铝合金正四面体点阵夹芯材料准静态压缩行为研究

泡沫铝填充薄壁铝合金方管轴向压缩性能的数值模拟
徐雅晨;凤仪;张春基;汤靖婧;杨茜婷
【期刊名称】《功能材料》
【年(卷),期】2010(000)A02
【摘要】泡沫铝填充薄壁结构的应用日趋广泛,研究了泡沫铝填充薄壁铝合金方管准静态轴向压缩条件下的力学性能。

实验选用铝合金方管作为面板,Al-Mg合金泡沫铝作为夹芯制备泡沫铝填充薄壁铝合金方管。

结果表明泡沫铝层合方管与薄壁铝合金方管的变形模式相同,都为对称叠缩变形模式,而且层合方管产生的折叠数比薄壁铝合金方管多。

填充泡沫铝后,层合方管承受压力的能力也大大提高。

采用ABAQUS软件建立了薄壁铝合金方管的有限元模型进行数值模拟,并且与相应的实验结果作对比,结果表明数值模拟与实验结果基本吻合。

【总页数】4页(P214-217)
【作者】徐雅晨;凤仪;张春基;汤靖婧;杨茜婷
【作者单位】合肥工业大学材料科学与工程学院,安徽合肥230009
【正文语种】中文
【中图分类】TB331
【相关文献】
1.泡沫铝填充薄壁铝合金方管轴向压缩性能的数值模拟
2.先进孔形态泡沫铝单元填充方管的压缩性能
3.轴向压缩下泡沫铝填充薄壁圆管吸能特性研究
4.诱导结构对
泡沫铝填充薄壁方管轴向压溃特性影响的研究5.泡沫铝填充非等长双方管的轴向压溃特性研究
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2195铝合金中温变形条件下的静态再结晶机理及动力学张京京;易幼平;黄始全;何海林;董非;王当【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2024(38)4【摘要】具有高强度、低密度的2195铝合金是航空航天构件减重的首选材料。

2195铝合金在中温热变形过程中常会伴随着静态再结晶的发生,静态再结晶晶粒对材料最终的力学性能有着重要影响。

因此,本工作采用热压缩试验、硬度测试、EBSD和XRD测试技术研究了静态再结晶晶粒判别方法,研究了不同变形温度(160~240℃)和不同保温时间(0~30 s)对静态再结晶行为和位错演变行为的影响,探明了静态再结晶的演变机理。

结果表明,晶粒平均取向差角度分布值(GOS值)小于或等于0.4°的晶粒为静态再结晶晶粒;当变形温度为160~240℃、应变速率为0.01 s^(-1)以及变形程度为30%时,随着保温时间t(t<20 s)延长,静态再结晶增加,晶粒尺寸逐渐增大。

然而,当变形温度为240℃、保温时间大于20 s时,静态再结晶晶粒没有明显增加,仅有略微长大。

在静态保温过程中,160℃的变形样品比200℃的变形样品能够更快、更易形成细小静态再结晶晶粒。

基于以上研究规律,建立了2195铝合金中温变形条件下的静态再结晶动力学模型,该模型具有良好的预测效果。

本研究对优化2195铝合金热变形和热处理工艺参数具有重要的理论价值和实际意义。

【总页数】9页(P170-178)【作者】张京京;易幼平;黄始全;何海林;董非;王当【作者单位】中南大学机电工程学院;极端服役性能精准制造全国重点实验室;中南大学轻合金研究院;湖南工业职业技术学院机械学院【正文语种】中文【中图分类】TG146.2【相关文献】1.Q235钢动态再结晶过程中的温度变化和变形道次间的静态软化2.7075铝合金热塑性变形动态再结晶动力学模型3.采用动态再结晶临界应变估算静态再结晶动力学方程4.热变形低碳钢中奥氏体静态再结晶介观尺度模拟5.Fe-0.1C-5Mn中锰钢在双道次热压缩变形期间的静态再结晶行为因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

铝合金半固态变形时的微观组织特征
卢雅琳;李淼泉
【期刊名称】《塑性工程学报》
【年(卷),期】2009(16)2
【摘要】文章在铝合金半固态压缩实验的基础上,深入研究了不同工艺参数下Al-4Cu-Mg合金半固态压缩时的微观组织形貌及参数变化。

研究结果表明,半固态压缩时的微观组织特征受变形工艺参数的影响较大。

变形程度越大,晶粒尺寸越小,晶粒圆整度越差。

变形程度超过40%,晶粒尺寸急剧减小,变形机制发生了显著变化。

随着应变速率的减小,晶粒尺寸增大,晶粒逐渐趋于圆整。

在较高的变形温度下,晶粒发生了合并长大。

但过高的变形温度引起晶粒尺寸的急剧增大,对变形不利。

【总页数】8页(P184-191)
【关键词】铝合金;半固态压缩;微观组织
【作者】卢雅琳;李淼泉
【作者单位】江苏技术师范学院机械工程学院;西北工业大学材料学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG146.2
【相关文献】
1.变形铝合金7050半固态锻造成形过程组织演变特征与力学性能研究 [J], 王志博;刘昌明;韩兆堂
2.半固态挤压高硅铝合金二次加热的微观组织演变 [J], 陈志国;方亮;吴吉文;张海
筹;马文静;白月龙
3.半固态加工变形温度对Ti14微观组织及变形机制的影响 [J], 陈永楠;魏建锋;赵永庆
4.不同半固态加工变形量的Ti14合金的微观组织和晶界特征 [J], 陈永楠;魏建锋;赵永庆
5.铸造ZL109铝合金和变形7050铝合金半固态成形过程组织演变的对比研究 [J], 翟彦博;刘昌明;王开;韩兆堂
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加强型蜂窝准静态压缩应力的理论、数值模拟及试验研究
许鹏;夏东伟;王成强;宋扬
【期刊名称】《机械强度》
【年(卷),期】2024(46)1
【摘要】为拓宽加强型蜂窝应用,研究其力学性能与结构参数的关系。

首先,分析加强型蜂窝的结构,提取Y型胞元,以此为基础分析塑性铰单元。

然后,将简化超折叠理论应用到Y型胞元结构折叠变形吸能分析,并分别利用基于屈雷斯佳和米塞斯屈服
准则,推导蜂窝异面方向准静态平台应力理论模型。

再次,选用壁厚为0.15 mm、边长为2.5 mm的铝合金5052H18,通过Ls⁃Dyna建立蜂窝仿真模型,获得平均应力,并将理论值与仿真值进行对比。

结果表明,2种屈服准则下,理论值与仿真结果相关
性为0.96,偏差在-12.16%~3.60%。

最后,对普通型和“4+1”型蜂窝制样进行准
静态压缩测试,结果表明,2种规格理论强度与实际测试强度偏差在-2.51%~1.56%。

说明理论计算式正确,可为加强型蜂窝选型提供有效的设计依据,为工程应用提供一
定的指导价值。

【总页数】9页(P87-95)
【作者】许鹏;夏东伟;王成强;宋扬
【作者单位】中车长春轨道客车股份有限公司;深圳市乾行达科技有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U270.34
【相关文献】
1.准静态压缩下蜂窝纸板应力-应变模型
2.煤体水压爆破准静态应力理论计算及数值模拟
3.仿生BCC结构的准静态压缩数值模拟及吸能性
4.碳纤维复合材料缠绕铝合金管准静态轴向压缩的数值模拟
5.蜂窝纸板静态压缩试验研究及其模拟分析
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2A14铝合金热压缩变形流变行为研究的开题报告一、研究背景和意义随着航空、航天、汽车、武器装备等领域的不断发展，高强度、高精度、轻量化的需求越来越迫切，铝合金作为重要的材料之一，在这些领域得到了广泛的应用。

热压缩变形技术是一种重要的改善铝合金组织和性能的方法，因此，研究铝合金热压缩变形流变行为，对于改善铝合金材料的组织和性能，提高铝合金材料的综合性能和应用价值具有重要的意义。

目前，国内外关于铝合金热压缩变形的研究已经取得了很多进展，但是仍然存在一些问题，例如，目前对于不同成分的铝合金热压缩变形流变行为的研究还不够深入和全面，对材料性能的影响机理尚未明确；在材料加工中，铝合金材料在高温下容易出现流变失稳的现象，需要更加深入地了解变形过程中材料的流变行为等。

因此，进一步深入研究铝合金热压缩变形的流变行为，探索不同因素对材料流变行为的影响，有助于优化材料加工工艺，提高材料的综合性能。

二、研究内容和方法本文将以2A14铝合金为研究对象，通过热压缩实验，研究不同成分的2A14铝合金在不同温度和应变率下的热压缩变形流变行为。

通过观察热压缩过程中的变形形貌和显微组织，探索材料的变形机制和变形过程中的微观结构变化。

同时，采用扫描电镜、X射线衍射仪等手段对材料的宏观和微观结构进行表征和分析，探讨热压缩变形对材料组织和性能的影响。

三、研究进展和预期结果目前，已对2A14铝合金在不同温度和应变率下的热压缩变形流变行为进行了初步实验研究，初步观察到了铝合金在变形过程中的显微组织变化和相应的变形形貌。

未来，将进一步深入研究不同成分的铝合金在不同条件下的热压缩变形流变行为和相应的微观结构变化，探索变形机理和变形过程中的影响因素。

预计将进一步提高研究成果的深度和广度，为铝合金材料的优化设计和应用提供有力的支持。

第15卷第6期精密成形工程2023年6月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING19金属纤维钩织复合结构压缩行为分析赵顺秋，吴菲，洪熠豪，陈雅婷，郑氏韦（广东工业大学材料与能源学院，广州 510006）摘要：目的针对金属薄壁复合管在轴向压缩时初始峰值载荷高、吸能效果不佳、结构耐撞性不好等问题，研究金属纤维钩织复合结构以及填充6063铝合金管试件的轴向准静态压缩行为和吸能特性。

方法利用短针钩织与烧结工艺制备不同孔隙率的金属纤维钩织结构，将它们填充到6063薄壁管之后，在万能试验机上进行轴向压缩试验，引入评价指标，对试验数据进行处理分析。

结果孔隙率为85.9%、87.9%、89.4%的金属纤维钩织结构的初始峰值力分别为0.48、0.38、0.32 kN，平均压缩力分别为0.72、0.55、0.45 kN。

它们的初始峰值力和平均压缩力都非常小，都小于0.8 kN。

然而，它们的压缩力效率非常高，分别为1.5、1.45、1.41。

初始峰值力、平均压缩力和压缩力效率均随孔隙率的增加而减小。

这一特性有利于提高结构的耐撞性，表明不存在初始冲击效应，能够直接进入吸能阶段。

结论通过填充金属纤维钩织结构，可以在初始峰值力几乎没有增加的情况下提高6063管材的准静态耐撞性。

此外，钩织结构孔隙率对金属纤维钩织结构的准静态力学行为有明显影响。

关键词：金属纤维；钩织结构；复合填充管；压缩变形；能量吸收DOI：10.3969/j.issn.1674-6457.2023.06.003中图分类号：TG302 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2023)06-0019-08Compression Behavior Analysis of Metal FiberCrocheted Composite StructuresZHAO Shun-qiu, WU Fei, HONG Yi-hao, CHEN Ya-ting, ZHENG Shi-wei(School of Materials and Energy, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China)ABSTRACT: The work aims to study the quasi-static compression behavior and energy absorption characteristics of metal fiber crocheted composite structure and 6063 aluminum alloy pipe specimen filled with such structure, so as to solve the problems of high initial peak load, poor energy absorption effect and poor crashworthiness of metal thin-walled composite pipe during axial收稿日期：2023–02–28Received：2023-02-28基金项目：青年科学基金（500170074）Fund：Youth Science Foundation Project (500170074)作者简介：赵顺秋（1998—），男，硕士生，主要研究方向为金属连续纤维多孔材料/复合结构设计/制备、力学行为及吸能抗冲击应用。

第44卷第23期包装工程2023年12月PACKAGING ENGINEERING·293·泡沫铝夹芯双管构件横向压缩吸能性能研究吴鹏1，鲍海英2*，李爱群3,4（1.东南大学建筑设计研究院有限公司，南京210096；2.安徽工业大学建筑工程学院，安徽马鞍山243002；3.东南大学土木工程学院，南京210096；4.北京建筑大学土木与交通工程学院，北京100044）摘要：目的研究截面构型及几何参数对泡沫铝夹芯双管结构在横向载荷作用下变形失效机制和吸能性能的影响。

方法运用有限元软件Abaqus/Explicit对泡沫铝夹芯双管构件受横向载荷作用进行数值仿真分析。

结果泡沫铝夹芯双管构件在横向压缩过程中表现出3个阶段：初始压缩阶段、塑性变形阶段和致密化阶段，并发现外方内圆双管夹芯结构的耐撞性能显著强于双方管夹芯结构。

随着外管径的增大、内管径的减小，外方内圆双管夹芯结构的承载力和吸能能力越高；内管壁厚的增加使外方内圆双管夹芯结构的能量吸收、比吸能、平均压溃载荷和压溃力效率均表现出增大趋势。

结论泡沫铝芯材的变形失效模式受内管截面形状的影响，与传统双方管夹芯结构相比，外方内圆双管夹芯结构是一种更优秀的吸能构件，在横向碰撞安全防护中展现出更大的应用潜力。

通过增加内外管间距和内管壁厚，可以提高外方内圆双管夹芯结构的吸能性能。

关键词：泡沫铝；夹芯双管；横向压缩；吸能性能；数值模拟中图分类号：TB485.1；O347 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)23-0293-09DOI：10.19554/ki.1001-3563.2023.23.035Energy Absorption Performance of Aluminum Foam Sandwiched Double-tube underTransverse CompressionWU Peng1, BAO Hai-ying2*, LI Ai-qun3,4(1. Southeast University Architectural Design and Research Institute Co., Ltd., Nanjing 210096, China;2. School of Architecture and Engineering, Anhui University of Technology, Ma'anshan 243002, China;3. School of Civil Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, China;4. School of Civil andTransportation Engineering, Beijing University of Architecture, Beijing 100044, China)ABSTRACT: The work aims to study the effects of section configuration and geometric parameters on the deformation mechanism and energy absorption performance of aluminum foam sandwiched double-tube under transverse load. Finite element software Abaqus/Explicit was used to carry out numerical simulation on the aluminum foam sandwiched double-tube under transverse load. The aluminum foam sandwiched double-tube exhibited three stages in the process of transverse compression, namely, the initial compression stage, the plastic deformation stage, and the densification stage. It was also found that the crashworthiness of a novel aluminum foam sandwiched double-tube, comprised of square outer and circular inner tubes, was significantly stronger than that of the double square tube structure. As the outer tube diame-ter increased and the inner tube diameter decreased, the load-bearing capacity and energy absorption capacity of the novel aluminum foam sandwiched double-tube increased. The increase in wall thickness of the inner tube resulted in an in-creasing trend in energy absorption, specific energy absorption, average crushing load, and crushing force efficiency. The收稿日期：2023-05-22基金项目：安徽工业大学校自然基金青年项目（QZ202211）·294·包装工程2023年12月deformation failure mode of aluminum foam core material is affected by the section shape of the inner tube. Compared with the traditional double square tube structure, the novel sandwiched double-tube is a better energy-absorbing compo-nent, which shows greater application potential in the safety protection of lateral collision. By increasing the tance between the inner and outer tubes and the wall thickness of the inner tube, the energy absorption performance of the novel sandwiched double-tube can be improved.KEY WORDS: aluminum foam; sandwiched double-tube; transverse compression; energy absorption performance; nu-merical simulation薄壁金属管结构具有比刚度和比强度高的优点，在压缩过程中可以吸收大量的动能并将其转化为塑性应变能[1]，常作为吸能元件应用于汽车、航空航天、交通等领域，但存在易发生欧拉屈曲失稳、非轴向承载能力差等问题。

摘要本文以蜂窝吸能结构件为应用需求背景，研究了铝蜂窝的电阻点焊制备工艺，制备了点焊方形铝蜂窝结构单元试样，在不同温度条件下测试了试样的轴向准静态压缩性能，与相同规格的胶接铝蜂窝结构试样的准静态压缩试验结果进行了对比，探究点焊方形铝蜂窝结构单元试样的性能特性；同时采用Abaqus有限元模拟电阻点焊铝蜂窝结构单元的轴向压缩行为，观察分析了铝蜂窝壁板变形及焊点周围的应力分布状态。

通过焊点熔池微观形貌的观察及焊点剪切力的测定确定了铝蜂窝电阻点焊的优化工艺参数（焊接电压为250V、焊接时间为1.4s、电极压力为60N），单个焊点的剪切力达到66.5N，正拉力达到30.9N。

铝蜂窝结构单元试样的压缩应力应变曲线分线弹性变形、初始峰值屈服、稳定屈服平台和密实化四个阶段。

通过改变焊点数目制备不同焊点距的铝蜂窝进行准静态压缩试验发现，铝蜂窝压缩的稳定屈服平台应力随着焊点距减小而增大，而焊点距对铝蜂窝的初始峰值屈服强度没有明显影响。

电阻点焊铝蜂窝对环境温度的敏感性较小，从-50°C升至100°C，电阻点焊铝蜂窝的初始峰值屈服强度降低9.02%，胶接铝蜂窝的初始峰值屈服强度降低38.97%。

通过电阻点焊铝蜂窝结构单元试样的压缩过程观察和有限元模拟，蜂窝的初始屈服堆叠发生在结构的端部，随后依次扩展，铝蜂窝结构焊点附近没有明显的应力集中。

关键词：方形铝蜂窝；电阻点焊；准静态压缩；压缩机制；有限元分析AbstractFor the application requirement of the honeycomb as an energy absorbing structure, in the present paper, the resistance spot welding technology of the aluminum honeycomb is detailed and square aluminum honeycomb structure specimen is prepared. The axial quasi-static compression performances of the resistance spot welding aluminum honeycomb and the same size adhesive aluminum honeycomb were tested under different temperatures to explore performance characteristics of square aluminum honeycomb specimen. Meanwhile, Abaqus finite element simulation is adopted to observe the axial compression behavior of the aluminum honeycomb specimen, analyze the deformation of aluminum honeycomb panel and the stress distribution around the solder joint.The optimized technological parameters for aluminum honeycomb resistance spot welding are determined by observing the microstructure and testing the shearing force of solder joint (the welding voltage is 250V, the welding time is 1.4s, the electrode pressure is 60N).The shearing force of single solder joint is 66.5N, the positive tension is 30.9N.Compression stress-strain curve of aluminum honeycomb is characterized by linear elastic deformation , initial peak yield, stable yield and densification . Quasi-static compression tests are carried outwith different numbers of solder joints, which indicates thatthe plateau stress increases with the decrease of weld spacing, while the weld spot spacing has no obvious influence on the initial peak yield strength. The resistance spot welded aluminum honeycomb is less sensitive to the changeof environmental temperature. From -50°C to 100°C, the initial peak yield strength of aluminum honeycomb specimen decreases about 9.02%, and the initial peak yield strength of the adhesive aluminium honeycomb decreases about 38.97%.By observing the compression process of aluminum honeycomb specimen and Abaqus finite element simulation, the initial yield stack of the honeycomb occurs at the end of the honeycomb structure, then expands sequentially. There is no obvious stress concentration near the solder joint of aluminum honeycomb structure.Keywords:Square aluminum honeycomb, Resistance spot welding, Quasi-static compression, Compression mechanism, Finite element analysis目录摘要 (I)Abstract (II)第1章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 蜂窝结构概述 (1)1.2.1. 蜂窝结构种类及胞元形状 (1)1.2.2. 蜂窝结构性能特点 (2)1.2.3. 蜂窝结构的应用 (2)1.3 蜂窝结构的制备研究现状 (3)1.4 蜂窝结构的压缩性能研究现状 (5)1.4.1 铝蜂窝的压缩力学行为研究 (5)1.4.2 不同胞元结构铝蜂窝力学性能研究 (8)1.4.3 不同温度下铝蜂窝压缩性能研究 (9)1.5 电阻点焊原理概述 (11)1.6 主要研究内容 (12)第2章试验材料及方法 (13)2.1 试验材料 (13)2.2 铝蜂窝结构及制备方法 (14)2.3 力学性能测试方法 (16)2.3.1 焊点剪切力和正拉力测试 (16)2.3.2 铝蜂窝准静态压缩测试 (17)2.4 材料分析测试方法 (18)2.4.1XRD测试 (18)2.4.2SEM测试 (18)2.4.3 显微硬度测试 (18)2.4.4 玻璃化转变温度（Tg）测试 (18)2.5Abaqus有限元模拟 (19)第3章铝蜂窝电阻点焊工艺参数优化 (21)3.1 焊点形貌及熔池组织的观察 (21)3.2 焊点剪切力的测试 (23)3.3U、t s、Q对焊点剪切力F的影响 (25)3.4 焊点正拉力的测试 (29)3.5 本章小结 (30)第4章铝蜂窝结构的准静态压缩性能 (31)4.1 铝蜂窝的准静态压缩力学行为 (31)4.2 电阻点焊铝蜂窝在不同温度下的压缩性能 (32)4.3 焊点距对电阻点焊铝蜂窝压缩性能的影响 (36)4.4 胶接铝蜂窝在不同温度下的压缩性能 (39)4.5 两种蜂窝结构压缩性能对比分析 (41)4.6 本章小结 (44)第5章铝蜂窝结构的压缩失效过程及有限元分析 (45)5.1 胶接铝蜂窝结构的强度变化机理分析 (45)5.2 电阻点焊铝蜂窝结构的变形行为及强化机理 (46)5.2.1 电阻点焊铝蜂窝结构的压缩过程 (46)5.2.2 焊点距对铝蜂窝结构变形行为的影响 (47)5.2.3 电阻点焊铝蜂窝结构的焊点失效及强化机理 (49)5.3 点焊铝蜂窝的Abaqus有限元模拟 (54)5.3.1 铝蜂窝结构模块建模 (54)5.3.2 有限元材料参数 (54)5.3.3 有限元边界条件 (56)5.3.4 有限元网格划分 (56)5.3.5 焊点建立方式-Fasteners (56)5.4 点焊铝蜂窝结构模块有限元分析 (57)5.4.1 铝蜂窝模块的压缩过程 (57)5.4.2 铝蜂窝模块焊点的应力应变分布 (58)5.5 本章小结 (62)结论 (63)参考文献 (64) (69)致谢 (70)第1章绪论1.1课题研究背景及意义早在20世纪40年代，人类将桃花芯木制成的蒙皮材料和轻木制成的低密度芯子复合用来制造飞机机翼。

Material Sciences 材料科学, 2014, 4, 96-102Published Online May 2014 in Hans. /journal/ms/10.12677/ms.2014.43015A Study on Dynamic CompressiveMechanical Behaviors of AluminumHoneycombsShuang Tang1,2, Yunlai Deng1,2, Keda Jiang2, Chenqi Lei2, Zhao Yang21School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha2Key Laboratory of Nonferrous Materials Science and Engineering, Ministry of Education,Central South University, ChangshaEmail: tangshuang1998@, luckdeng@Received: Mar. 6th, 2014; revised: Apr. 2nd, 2014; accepted: Apr. 11th, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractSplit Hopkinson Pressure Bar (SHPB) method was employed to determine the compressive dy-namic mechanical properties of three kinds of honeycombs, which were made of Al alloy 5052H18 with side lengths (b) of 1.0 - 1.83 mm, foil thicknesses (t) of 0.04 - 0.06 mm and relative densities (ρ) of 0.05 - 0.06. Results indicated that: at high strain rate, the dynamic stress-strain curves of the Al honeycombs show a general "three-stage" characteristic of porous materials. The densification strains are greater than 65%. The specific range of energy absorption is 3.32 - 5.03 MJ/m3, and the range of the maximum values of energy absorption efficiency is 0.65 - 0.7. Even though only the yield stress of the Al honeycomb with the shortest side length (1 mm) is greater than itself plateau stress, all the tested Al honeycombs have the character of strain rate sensitivity. The specific energy absorption and the energy absorption efficiency have no significant difference between the two Al honeycombs with the same ratio of side lengths/foil thickness (1.0 mm/0.04 mm, 1.5 mm/0.06 mm).KeywordsAluminum Honeycomb, Dynamic Mechanical Properties, Energy Absorption, SHPB铝蜂窝材料动态压缩力学性能及吸能分析唐爽1,2，邓运来1,2，姜科达2，雷郴祁2，杨昭21中南大学材料科学与工程学院，长沙2中南大学有色金属材料科学与工程教育部重点实验室，长沙Email: tangshuang1998@, luckdeng@收稿日期：2014年3月6日；修回日期：2014年4月2日；录用日期：2014年4月11日摘要采用分离式霍普金森压杆(SHPB)技术，研究了边长为1.0~1.83 mm，箔厚度为0.04~0.06 mm，相对密度为0.05~0.06的三种5052 H18铝合金蜂窝的动态压缩行为。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910243097.1(22)申请日 2019.03.27(71)申请人 北京交通大学地址 100044 北京市海淀区西直门外上园村3号(72)发明人 李晔卓　姚燕安　张倩倩　武建昫　朱仲鱼　(74)专利代理机构 北京市诚辉律师事务所11430代理人 王玉(51)Int.Cl.B64G 1/22(2006.01)B64G 1/44(2006.01)E04B 1/344(2006.01)(54)发明名称一种能够局部缩放的四面体(57)摘要本发明属于航天、航空领域，具体涉及一种能够局部缩放的四面体，特征在于：第一变形面(1)通过第一转角件(5)和第二变形面(2)相连，第二变形面(2)通过第二转角件(6)和第三变形面(3)相连，第三变形面(3)通过第三转角件(7)和第一变形面(1)相连，第四变形面(4)通过第四转角件(8)和第二变形面(2)相连，第四变形面(4)通过第五转角件(9)第三变形面(3)相连，第四变形面(4)通过第六转角件(10)和第一变形面相连。

本发明操控便利，运动过程中部件不会干涉碰撞，缩放程度高，便于存储。

权利要求书6页 说明书13页 附图7页CN 110077625 A 2019.08.02C N 110077625A权　利　要　求　书1/6页CN 110077625 A1.一种能够局部缩放的四面体，其特征在于：第一变形面(1)通过第一转角件(5)和第二变形面(2)相连，第二变形面(2)通过第二转角件(6)和第三变形面(3)相连，第三变形面(3)通过第三转角件(7)和第一变形面(1)相连，第四变形面(4)通过第四转角件(8)和第二变形面(2)相连，第四变形面(4)通过第五转角件(9)第三变形面(3)相连，第四变形面(4)通过第六转角件(10)和第一变形面相连，第一转角件(5)夹角、第二转角件(6)夹角、第三转角件(7)夹角、第四转角件(8)夹角、第五转角件(9)夹角、第六转角件(10)夹角均为相等的钝角。

三维金属点阵材料结构设计及压缩力学行为研究说到三维金属点阵材料，这个名字听起来是不是有点高深莫测，像是什么科幻小说中的“外星科技”一样？但实际上，它就是我们用来设计和制造新型材料的一种“黑科技”。

别急，我先给大家扒一扒这东西到底是个啥。

简单来说，三维金属点阵材料其实就是一种金属结构，它的内部有着非常特殊的、像蜂窝一样的孔洞。

这些孔洞不仅让它比普通金属轻巧，还能有效地分担外界的压力，表现得像个“抗压小能手”。

你想象一下，拿着一个外形酷炫的金属网格，虽然外表坚固无比，实际却比你预期的要轻得多。

这种材料的应用，可真是处处可见，从航天器到汽车、甚至一些智能装备，都离不开它的身影。

说到这里，大家可能会问了，为什么要设计这么个奇怪的结构呢？这个结构的关键就在于“力学行为”。

通常，金属在受到压缩力时会发生形变，甚至断裂，可是三维金属点阵材料不一样。

它就像是一个超级能吃力的“海绵”，外界给它多大的压力，它都能慢慢消化，没那么容易崩溃。

这些特殊的孔洞结构就像一层层缓冲垫，当压强传递过来的时候，它们就会通过改变形态来吸收能量，逐渐将外部压力分散到整个结构中。

你可以想象它像一个大力士，外面是铁打的骨头，里面却是松软的海绵，能在承受巨大压力的同时，依然保持原有的稳定。

不过，三维金属点阵材料的设计可不是随便玩玩的。

想让它既强又轻，结构设计可是个技术活。

就好比做菜，食材很重要，但火候、配料的搭配更能决定这道菜的味道。

一个金属点阵的节点、支撑和孔隙的大小，都直接影响着整个材料的力学表现。

如果设计得不合理，可能就会“掉链子”，压缩的时候容易出事。

每个孔洞的尺寸、分布、甚至孔洞间的距离都得精心设计，太密了可能承受不住压力，太疏了可能影响材料的稳定性。

就像你穿上一个号小的鞋子，脚一挤就痛得不行，三维金属点阵的“鞋子”得合脚，才能舒适又不容易坏。

咱们平常见的金属材料，大多都是块头大、密度重那种，可三维金属点阵材料不仅保持了金属的强度，还大大减轻了重量，解决了“金属重”的老大难问题。

第51卷2023年5月第5期第76-86页材料工程J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n g i n e e r i n gV o l.51M a y2023N o.5p p.76-86挤压-固溶态7A43铝合金的室温压缩微观组织及变形行为M i c r o s t r u c t u r e a n dd e f o r m a t i o nb e h a v i o r o fe x t r u d e d7A43a l l o y i n s o l i d s o l u t i o n s t a t eu n d e r r o o mt e m p e r a t u r e c o m p r e s s i o n邵虹榜1,2,黄元春1,2*,王端志2,3,郭晓芳2(1中南大学轻合金研究院,长沙410083;2中南大学机电工程学院,长沙410083;3山东长征火箭有限公司,山东烟台265100)S H A O H o n g b a n g1,2,HU A N G Y u a n c h u n1,2*,WA N G D u a n z h i2,3,G U O X i a o f a n g2(1L i g h tA l l o y R e s e a r c h I n s t i t u t e,C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y,C h a n g s h a410083,C h i n a;2C o l l e g e o fM e c h a n i c a l a n dE l e c t r i c a lE n g i n e e r i n g,C e n t r a l S o u t hU n i v e r s i t y,C h a n g s h a410083,C h i n a;3S h a n d o n g L o n g M a r c hR o c k e tC o.,L t d.,Y a n t a i265100,S h a n d o n g,C h i n a)摘要:采用G l e e b l e-3500试验机对挤压-固溶态7A43铝合金(A l-6.0Z n-2.1M g-0.15C u-0.15Z r,质量分数/%)进行应变速率为0.001~1s-1㊁变形量为50%的室温压缩变形,并借助扫描电子显微镜(S E M)㊁背散射电子显微分析(E B S D)以及X射线分析(X R D)等手段对变形微观组织进行表征㊂结果表明,随着变形速率的提高,整体晶粒尺寸因畸变程度增加而减小的同时,合金内部晶格应变和位错密度逐渐增大㊂高应变速率条件下微观组织中的亚结构组分增加,粗大纤维组织被细小的等轴晶粒取代㊂测得的应力-应变曲线表明,累积应变量和应变速率对流变应力水平具有较大影响,基于得到的实验数据构建了F i e l d s-B a c k o f e n(F-B)本构方程,预测值和实验值之间的相关系数(R)和平均绝对相对误差(A A R E)分别为0.991069和3.667%,表明所建立的模型较准确地描述了7A43铝合金室温变形流变行为㊂关键词:7A43铝合金;室温变形;微观组织;流变行为;本构模型d o i:10.11868/j.i s s n.1001-4381.2022.000250中图分类号:T G146.2+1文献标识码:A 文章编号:1001-4381(2023)05-0076-11A b s t r a c t:T h e c o m p r e s s i o nd e f o r m a t i o n t e s t o ne x t r u d e d-s o l i ds o l u t i o n7A43a l l o y(A l-6.0Z n-2.1M g-0.15C u-0.15Z r,m a s s f r a c t i o n/%)w a s c o n d u c t e db y G l e e b l e-3500m a c h i n ew i t hs t r a i nr a t eo f0.001 s-1t o1s-1a tr o o mt e m p e r a t u r e,a n dt h e m i c r o s t r u c t u r a l f e a t u r e sw e r ec h a r a c t e r i z e db y s c a n n i n g e l e c t r o n m i c r o s c o p y(S E M),b a c k s c a t t e r e d e l e c t r o n m i c r o s c o p y(E B S D)a n d X-r a y d i f f e r a c t i o n a n a l y s i s(X R D).I t i s r e v e a l e d t h a tw i t ht h e i n c r e a s eo f s t r a i nr a t e,t h ea v e r a g e g r a i ns i z ed e c r e a s e s d u e t o s e v e r em i c r o s t r u c t u r a l d i s t o r t i o n,w h i l s t t h e l a t t i c es t r a i na n dd i s l o c a t i o nd e n s i t y i nt h ea l l o y g r a d u a l l y i n c r e a s e.D y n a m i cr e c o v e r y s u b s t r u c t u r ec o m p o n e n t s i nt h e m i c r o s t r u c t u r ea r ee n h a n c e d, a n dt h e c o a r s e d e f o r m e d g r a i n s a r e r e p l a c e d b y f i n e e q u i a x e d g r a i n s u n d e r h i g h d e f o r m a t i o n r a t e c o n d i t i o n s.A F i e l d s-B a c k o f e n(F-B)c o n s t i t u t i v e m o d e l w a s c o n s t r u c t e d b a s e d o n t h e e x p e r i m e n t a l s t r e s s-s t r a i nd a t a,t h ec o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t(R)a n da v e r a g ea b s o l u t er e l a t i v ee r r o r (A A R E)b e t w e e n t h e e x p e r i m e n t a l a n d p r e d i c t e d v a l u e s a r e0.991069a n d3.667%,r e s p e c t i v e l y,w h i c h p r o v i d e a g o o d d e s c r i p t i o n o f t h em o d e l f o r d e f o r m a t i o n r h e o l o g i c a l b e h a v i o r o f7A43a l u m i n u ma l l o y a t r o o m t e m p e r a t u r e.K e y w o r d s:7A43a l l o y;r o o m t e m p e r a t u r e d e f o r m a t i o n;m i c r o s t r u c t u r e;r h e o l o g i c a l b e h a v i o r;c o n s t i t u t i v em ode lCopyright©博看网. All Rights Reserved.第51卷第5期挤压-固溶态7A43铝合金的室温压缩微观组织及变形行为壁板是运载火箭舱段的主要承力构件,其良好的性能是运载火箭可靠性的重要保障㊂具有低密度㊁高强度等一系列优点的7ˑˑˑ系A l-Z n-M g-C u合金成为火箭舱段壁板的主要选用材料之一[1-3]㊂在箭体结构轻质一体化的发展需求背景下,通过热挤压得到带筋毛坯后再进行室温精确成形的工艺成为整体式带筋壁板制造的新路线㊂清晰地认识合金变形过程中的微观组织演变以及流变行为成为制定合理的工艺参数的前提㊂关于7ˑˑˑ合金塑性变形时微观组织随变形条件的变化得到了广泛关注,众多文献针对合金强化机制[4-6]㊁热变形组织特征[7-10]以及相关变形工艺开发[11-14]进行了报道㊂通常认为变形条件对内部微观组织演变规律和宏观性能表现有直接关联㊂W u等[15]研究了7050铝合金在593~743K温度范围内压缩变形时,观察到动态再结晶的发生需要应变和变形温度同时达到对应临界值,提高变形速率有利于促进再结晶形核并抑制晶粒长大㊂许晓静等[12]认为固溶态A l-Z n-M g-C u合金在时效之前引入适当变形可以增加小角度晶界比例并提高合金的屈服强度和抗晶间腐蚀的能力㊂流变应力随微观结构和变形条件(变形温度㊁应变速率等)的变化也已经被研究者通过不同的方法进行了描述㊂例如,C h e n等[16]在较宽应变速率范围内对7050-T7451合金进行压缩时,发现快速变形条件下动态再结晶及强化相的状态对加工硬化率的影响更为明显,并通过改进的J-C模型对加工硬化和热软化的耦合进行了描述㊂S u n等[17]研究了7075合金热压缩动态再结晶行为,并将所建立的再结晶模型与流动应力本构方程相结合,统一预测热变形过程中的流动应力和组织演变㊂超高强铝合金壁板在室温条件下的精加工是保证尺寸精度和服役性能的重要环节㊂然而,目前大多数有关7ˑˑˑ铝合金组织性能的研究主要围绕热加工条件下开展的,而关于铝合金冷变形的研究也大多集中在2ˑˑˑ系[18-19]㊁5ˑˑˑ系和6ˑˑˑ系[20-23]铝合金㊂本工作以自主开发的用于制造整体壁板的新型7A43铝合金为对象进行室温压缩实验,研究变形条件对其微观组织特征以及流变行为的影响,并通过构建合理的本构模型以描述7A43铝合金室温变形行为规律,以期为后续开发挤压筒形件室温减薄成形技术提供参考㊂1实验材料与方法从前期制得的7A43铝合金(A l-6.0Z n-2.1M g-0.15C u-0.15Z r,质量分数/%)挤压筒坯上沿壁厚方向切取ϕ6m mˑ9m m圆柱形试样,冷变形前进行470ħˑ2h固溶后水淬至室温㊂采用G l e e b l e-3500热模拟试验机研究了室温压缩过程中7A43铝合金承受压应力时的加工硬化规律和本构关系:压缩变形量为50%,应变速率分别为0.001,0.01,0.1s-1和1s-1㊂变形完成后试样被沿压缩方向对半切开,将得到的切面进行机械抛磨并采用K e l l e r试剂(1%H F+ 1.5%H C l+2.5%H N O3+95%H2O,体积分数)腐蚀以便观察微观组织㊂通过O L YM P U S-D S X500金相显微镜(OM)和T E S C A N M I R A扫描电镜(S E M)分析组织特征,采用配备有O x f o r dI n s t r u m e n t H K L E B S D设备的Z e i s sS u p r a55扫描电镜进行E B S D表征㊂X R D分析在D/m a x2550X型X射线衍射仪上进行,扫描速率为5(ʎ)/m i n,扫描范围为30ʎ~90ʎ,射线为C u靶Kα,波长λ为0.15406n m㊂2结果与分析2.1微观组织分析2.1.1初始状态组织图1展示了压缩变形前7A43铝合金挤压态和固溶态的微观组织特征㊂从图1(a)中可以看到,挤压态试样的晶粒沿着挤压方向变形而呈纤维状,部分纤维组织呈隔晶层分布,晶粒宽度大约为15~30μm㊂并且其组织中存在因热挤压产生的动态再结晶特征㊂图1(b)显示经过固溶处理后,纤维状变形晶粒发生明显长大和球化,并且观察到在变形较大的区域出现了由静态再结晶(s t a t i c r e c r y s t a l l i z a t i o n,S R X)产生的较小尺寸的等轴晶粒㊂此外,固溶处理使得基体内第二相粒子基本重新回溶,不过仍存在少量尺寸5~15μm的粗大第二相残留在晶界上(图1(c))㊂图1(d)给出的E D S结果显示其主要含A l,Z r元素,即为未溶A l Z r初生相㊂2.1.2压缩变形组织不同应变速率压缩试样的金相组织如图2所示㊂从图2(a)中可以看到,应变速率为0.001s-1时粗大的变形晶粒沿着挤压方向被拉长为纤维状,同时仍保留了部分固溶时产生的尺寸约为8~20μm的静态再结晶晶粒㊂图2(b),(c)显示随着应变速率的增加,一方面出现更多的破碎晶粒以及变形带,另一方面在畸变程度较高的区域出现了细小的等轴晶粒分布在变形晶粒之间㊂当应变速率进一步提高至1s-1后,图2(d)显示变形严重的区域内晶粒已难以分辨且出现了微裂纹,这可能是由于室温快速压缩使得局部变形抗力迅速增加而导致不均匀变形造成的㊂77Copyright©博看网. All Rights Reserved.材料工程2023年5月图1 挤压态(a )和固溶态(b )7A 43合金的金相照片以及物相信息(c ),(d)F i g .1 O p t i c a lm i c r o g r a p h s o f 7A 43a l l o yi na s -e x t r u d e d (a )a n d s o l i d -s o l u t i o n s t a t e (b ),i n f o r m a t i o no f t h e s e c o n d p h a s e (c ),(d)图2 不同应变速率下压缩变形试样的微观组织(a )0.001s -1;(b )0.01s -1;(c )0.1s -1;(d )1s-1F i g .2 O p t i c a lm i c r o s t r u c t u r e s o f s p e c i m e n c o m pr e s s e dw i t hd i f f e r e n t s t r a i n r a t e s (a )0.001s -1;(b )0.01s -1;(c )0.1s -1;(d )1s-1图3显示了各压缩试样的晶粒取向和晶界分布的E B S D 分析结果,图中黑色粗线和灰色细线分别代表高角度晶界(h i g ha n g l e g r a i nb o u n d a r y ,H A G B s )和低角度晶界(l o wa n g l e g r a i nb o u n d a r y,L A G B s )㊂从图3(a -1)中可以看到,0.001s-1压缩时粗大的变形晶粒主要沿<110>和<111>方向排布,组织中所含的低角度晶界相对较少㊂图3(a -2)显示,此时的平均晶界角度θA v g 和LA GB s 占比分别为15.488ʎ和71.70%㊂这是87Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第51卷 第5期挤压-固溶态7A 43铝合金的室温压缩微观组织及变形行为图3 E B S D 测得的压缩试样晶粒形貌(1)与晶界分布(2)情况(a )0.001s -1;(b )0.01s -1;(c )0.1s -1;(d )1s-1F i g .3 G r a i nm o r p h o l o g i e s (1)a n db o u n d a r y d i s t r i b u t i o n s (2)m e a s u r e db y EB S D (a )0.001s -1;(b )0.01s -1;(c )0.1s -1;(d )1s -1因为压缩前的固溶过程中静态再结晶晶粒的形成消耗了一部分低角度晶界,另一方面,慢速变形时位错运动较为充分,晶粒内部新形成的L A G B s 较少㊂而随着应变速率的提高,剧烈变形造成晶粒破碎程度增加,原本粗大的纤维组织逐渐被细小变形晶粒取代,使得θA v g 减小的同时,L A G B s 占比逐渐升高,图3(d -2)显示1s-1时平均晶界角度和低角度晶界比例分别为10.521ʎ和78.25%㊂此外,高应变速率条件下由于压缩过程较为短暂,变形晶粒朝着垂直于压缩方向的刚性转动程度较小,更多地保留了固溶处理后的晶粒排布特征(见图3(c -1),(d -1))㊂合金压缩变形后的晶粒尺寸分布以及微观组织构成情况如图4和表1所示㊂可以看到,在0.001~0.1s-1范围内随着应变速率的增加,合金中平均晶粒97Copyright ©博看网. All Rights Reserved.材料工程2023年5月图4 不同应变速率压缩后的7A 43合金晶粒尺寸分布(a )与微观组织组成(b)F i g .4 D i s t r i b u t i o n s o f g r a i n s i z e (a )a n dm i c r o s t r u c t u r a l c o m p o n e n t s (b )o f t h e s p e c i m e n s c o m pr e s s e dw i t hd i f f e r e n t s t r a i n r a t e s 表1 测得的不同应变速率压缩后试样的微观结构参数T a b l e 1 M e a s u r e dm i c r o s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f c o m p r e s s e d s pe c i m e n S t r a i n r a t e /s-1ȡ1ʎ1ʎ-15ʎ(L A G B s)ȡ15ʎ(H A G B s)M i c r o s t r u c t u r a l c o m po n e n t r a t i o /%L A v g /μm θA v g /(ʎ)θL A G B s /(ʎ)f /%θH A G B s /(ʎ)1-f /%R e c r ys t a -l l i z a t i o n S u b s t r -u c t u r e D e f o r m e ds t r u c t u r e 0.00115.61315.1881.94871.7013.53828.306.16335.85657.9810.0113.68912.2742.29674.339.96925.674.44135.34760.2120.111.22111.3782.27378.258.24121.754.15444.19051.656111.03610.5211.94878.2113.53821.791.92228.68569.393尺寸(L A v g )明显减小而再结晶晶粒和亚结构的占比有所增加㊂分析其原因,合金在压缩变形时,加工硬化和动态软化是同时进行的,一方面,压缩变形时提高应变速率会造成晶粒破碎程度增加,减小了整体晶粒尺寸;另一方面,应变速率的提升不仅导致位错运动阻力增大而相互缠结形成位错胞亚结构,而且当畸变程度较高的8Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第51卷第5期挤压-固溶态7A43铝合金的室温压缩微观组织及变形行为区域位错塞积达到一定极限后会形成亚晶雏形,加之塑性变形引起的变形热导致的局部温度升高使得原子热振动和晶界的迁移能力得到增强,有利于亚结构的形成㊂而当应变速率达到1s-1后,快速的压缩变形使得加工硬化在变形过程中占主导作用,晶粒的变形程度更加剧烈,最终导致合金内部由变形组织和亚结构组成㊂2.2X R D分析图5展示了7A43铝合金经不同应变速率的室温压缩后的X R D图谱以及半高峰宽图(F WHM)㊂图中显示随着应变速率的增加,试样的主衍射峰发生宽化并且向右偏移,这是由于高的应变速率条件下微观组织的晶粒尺寸更小,位错密度更高以及晶格畸变更为严重所致[24]㊂采用X R D衍射峰积分宽度计算分析各变形条件下的位错密度及晶格应变㊂该方法假设相干衍射区晶粒尺寸展宽和晶格应变展宽分布可以分别由柯西函数和高斯函数近似表达,得到如下关系[24]:(δ2θ)2t a n2θ0=λdδ2θt a nθ0s i nθ0+25<e2>(1)式中:θ0为各衍射峰最高位置;δ2θ为衍射峰积分宽度;λ是C u-Kα射线波长;d和<e2>分别代表相干衍射图5不同应变速率条件下7A43合金X R D图谱(a)及半高峰宽图(b)F i g.5 X R D p a t t e r n s(a)a n dF WHW(b)o f7A43a l l o y c o m p r e s s e dw i t hd i f f e r e n t s t r a i n r a t e s区微晶尺寸和晶格应变㊂根据X R D测得的数据计算出δ2θ/t a nθ0s i nθ0和(δ2θ)2/t a n2θ0并进行拟合得到两者之间的线性关系如图6所示㊂根据拟合计算出的晶粒尺寸和晶格应变18Copyright©博看网. All Rights Reserved.材料工程2023年5月列于表2㊂而位错密度ρ与d 和<e2>之间的关系可描述为如下[25]:ρ=23<e 2>1/2/(d b )(2)式中:b 为柏氏矢量(铝的柏氏矢量为0.286n m ),根据式(2)计算得出各应变速率条件下试样内部位错密度值如表2所示㊂计算结果表明,合金内部的晶格应变和位错密度明显受到应变速率的影响,两者基本随着应变速率的增加而增加,当应变速率增至1s -1时位错密度达到3.8344ˑ1014m -2㊂值得注意的是,0.01s-1条件下的位错密度较0.001s -1时的位错密度更低,这可能是由于在较低应变速率范围内时提高应变速率产生绝热剪切热,促进局部产生的动态软化超过了位错图6 (δ2θ)2/t a n 2θ0与δ2θ/t a n θ0s i n θ0之间的线性拟合关系 (a )0.001s -1;(b )0.01s -1;(c )0.1s -1;(d )1s -1F i g .6 F i t te d l i n e a r r e l a t i o n s h i p b e t w e e n (δ2θ)2/t a n 2θ0a n d δ2θ/t a n θ0s i n θ0 (a )0.001s -1;(b )0.01s -1;(c )0.1s -1;(d )1s -1表2 测得的压缩试样相干衍射区微晶尺寸d ㊁晶格应变<e2>和位错密度ρT a b l e 2 M i c r o s t r u c t u r a l p a r a m e t e r s o f 7A 43a l l o yc a l c u l a t ed f r o m X R Dd a t aS t r a i n r a t e /s-1d /n m <e2>ρ/1014m -20.00133.27432.3589ˑ10-71.76790.0135.99531.7490ˑ10-71.40730.132.16282.0953ˑ10-71.7238120.87534.3674ˑ10-73.8344增殖速率而使得位错密度有所降低[16]㊂2.3 室温压缩变形行为固溶态7A 43铝合金试样室温压缩真应力-真应变曲线如图7(a )所示㊂当应变速率一定时,流动应力随应变增加而急剧上升至屈服应力值附近后呈缓慢增加的稳定趋势,在应变速率为1s -1㊁应变达到0.5时压缩应力达到473.35M P a ;而在相同应变条件下,合金的压缩应力随着应变速率的增加而增大㊂观察到在0.001s-1的准静态变形条件下,流动应力曲线的弹性和塑性阶段较为连续,而在其他高应变速率条件下随着应变速率的增大,流动应力曲线的弹性和塑性阶段分界明显㊂图7(b )展示了加工硬化率在塑性变形起始阶段具有最大值,之后随着应变增加而迅速减小并逐渐趋于零,即动态软化与加工硬化基本达到平衡㊂而在真应变ε<0.2区间内,高应变速率条件下快速变形有利于动态回复的产生,由此带来的软化效应使得硬化率快速降低㊂从上述情况可知,7A 43铝合金在室温下发生冷塑性变形时流动应力受应变量和应变速率的影响较为明显㊂2.4 本构模型构建H o l l o m o n 建立的流动应力与应变之间的函数σ=k εn [26](k ,n 分别为强度系数和应变硬化指数)可以很好地描述金属材料在变形时的加工硬化特征,在此基础上发展出了考虑应变速率敏感性影响的F i e l d s -B a c k o f e n (F -B )方程[27]:σ=f (K ,εn ,ε㊃m,T )(3)式中:σ为真应力;ε㊃为应变速率;T 为绝对温度;m 为28Copyright ©博看网. All Rights Reserved.第51卷 第5期挤压-固溶态7A 43铝合金的室温压缩微观组织及变形行为图7 7A 43合金室温压缩真应力-真应变曲线(a )及加工硬化率变化情况(b)F i g .7 T r u e s t r e s s -s t r a i n c u r v e s (a )a n dv a r i a t i o no fw o r kh a r d e n i n g r a t e s (b )o f 7A 43a l l o y d u r i n g c o m pr e s s i o n 应变速率敏感指数;K 为强度系数㊂由于是在室温下进行的变形,不考虑温度的影响,则式(3)变为σ=f (K ,εn ,ε㊃m )=K εn ε㊃m(4) 对式(4)左右两边取对数,可以改写成:l n σ=l n K +n l n ε+m l n ε㊃(5) (1)m 求解图8展示了不同应变条件下l n ε㊃-σ以及ε-m 的关系曲线,图8(a )表明不同应变条件下应力-应变速率在双对数坐标下基本呈线性关系㊂应力-应变速率曲线的斜率即为应变率灵敏度指数m ,故可以得到m 随应变的变化情况如图8(b )所示㊂可以看出m 值随着应变增加而逐渐减小至0.01附近,可以解释为较大的应变在较低的应变率下硬化㊂根据m 与应变的关系,可以得到m 随应变变化的方程如下:m =0.01102+0.02835e x p(-560.36203ˑε3.07491)(6)图8 不同应变下l n ε㊃-σ(a )及ε-m (b )的关系曲线F i g .8 R e l a t i o n s h i p be t w e e n l n ε㊃-σ(a )a n d ε-m (b )a t d i f f e r e n t s t r a i n s (2)n 求解应变硬化指数n 为双对数应力-应变曲线l n σ-l n ε的斜率:n =∂l n σ/∂l n ε(7) 图9展示了l n ε-l n σ及l n ε-n 的关系曲线㊂图9(a)显示不同应变速率条件时双对数坐标下流动应力变化趋势基本相同:首先随应变增大而激增至5以上,随后呈小幅波动的稳定变化趋势㊂图9(b )显示n 随l n ε呈非线性的波动变化㊂可以看出n 受到应变的影响较大㊂根据n 随ε的变化特征,将n 表达为n =N 1+C 1ε+C 2ε2(8)式中:N ,C 1,C 2为待拟合参数,依据C 1,C 2值的不同,该方程可适用于d n /d ε不同的变化情况㊂将式(8)代入式(5)可得:l n σ=l n K +N1+C 1ε+C 2ε2l n ε+m l n ε㊃(9)在同一应变速率条件下,式(9)右边l n K +m l n ε㊃为常数,令其为M ,则方程化为l n σ=N1+C 1ε+C 2ε2l n ε+M (10) 对l n σ与ε在不同应变速率下的关系进行拟合,做出不同应变速率下的l n σ-ε关系图,求出N =0.56791,C 1=166.48592,C 2=-166.33454㊂则n 的表达式为n =0.567911+166.48592ε-166.33454ε2(11)38Copyright ©博看网. All Rights Reserved.材料工程2023年5月图9l nε-l nσ及l nε-n关系曲线F i g.9 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n l nε-l nσ(a)a n d l nε-n(b)(3)K求解对于强度系数K,其值并非常数而是随不同应变速率条件以及不同应变水平变化的㊂将已经得到的m 和n表达式带入式(5)㊂得到K随应变速率以及应变的变化情况如图10所示㊂可以看到在某一应变条件下K与l nε㊃基本呈线性图10 l nε㊃-K(a)及ε-K(b)关系曲线F i g.10 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n l nε㊃-K(a)a n dε-K(b)关系,而与应变呈二次多项式关系㊂因此求得K的表达式如下:K=0.16615l nε㊃+151.83805ε2-102.47001ε+480.81063(12)综上,将求得的各参数代入式(4)得到7A43铝合金室温压缩流动应力模型:σ=Kεnε㊃mK=0.16615l nε㊃+151.83805ε2-102.47001ε+480.81063n=0.567911+166.48592ε-166.33454ε2m=0.01102+0.02835e x p(-560.36203ˑε3.07491)(13)2.5流动应力模型验证将实验条件下应变速率ε㊃及应变ε代入到式(13)计算得到应力值,并绘制出不同应变速率下的流动应力的实验值和预测值,如图11所示㊂建立的流动应力模型准确性可通过相关系数R及平均绝对相对误差A A R E验证[28]:R=ðN i=1(σi E- σE)(σi P- σP)ði=N1(σi E- σE)2ði=N1(σi P- σP)2(14)A A R E=1NðN i=1σP-σEσEˑ100%(15)式中:σP,σE分别为预测应力和实测应力; σP和 σE分别是σP和σE的平均值;N是所有数据的总数㊂相关系数R反应了实验值和计算值之间的线性关系信息,通过逐项比较相对误差来计算的A A R E是无偏统计参数㊂R越接近于1以及A A R E越小,代表本构方程的预测准确性越好㊂通过计算得到实验值与计算值之间R=0.991069,A A R E=3.667%(如图12所示),这表明所48Copyright©博看网. All Rights Reserved.第51卷 第5期挤压-固溶态7A 43铝合金的室温压缩微观组织及变形行为图11 不同应变速率下流变应力实验值与预测值的对比F i g .11 C o m p a r i s o nb e t w e e n t h e e x pe r i m e n t a l v a l u e a n df i t t e d v a l u e o f f l o ws t r e s s a t d i f f e r e n t s t r a i n r a t es图12 不同应变速率条件下流变应力实验值与计算值F i g .12 C o r r e l a t i o nb e t w e e ne x pe r i m e n t a l a n d c a l c u l a t e d v a l u e s of s t r e s sw i t hd i f f e r e n t s t r a i n r a t e s建立的F -B 本构模型对7A 43铝合金室温压缩流动应力进行了较为准确的预测㊂3 结论(1)挤压-固溶态7A 43铝合金室温压缩变形时随着变形速率的增加,微观组织中的动态回复亚结构的组分增加,粗大的纤维组织逐渐被细小等轴晶粒取代,同时晶格应变和位错密度逐渐增大㊂应变速率增至1s -1时位错密度达到3.8344ˑ1014m -2㊂(2)7A 43铝合金室温压缩流变行为受应变量和应变速率的影响较为明显,应力水平随应变量的增大先快速升至屈服应力值后缓慢增加,且应变速率越高,流动应力越大㊂变形初始阶段高应变速率条件下动态软化效应导致加工硬化速率降低得更快㊂(3)基于考虑应变速率敏感性影响的F -B 方程构建了应变速率0.001~1s -1条件下7A 43铝合金室温变形流动应力模型:σ=K εn ε㊃mK =0.16615l n ε㊃+151.83805ε2-102.47001ε+480.81063n =0.567911+166.48592ε-166.33454ε2m =0.01102+0.02835e x p(-560.36203ˑε3.07491)该模型的预测值和实验值之间的相关系数(R )和平均绝对相对误差(A A R E )分别为0.991069和3.667%,较准确地预测了7A 43铝合金室温变形流变行为㊂参考文献[1] 王端志,胡勇,孙海霞,等.高强韧铝合金结构壁板研究进展[J ].强度与环境,2020,47(5):28-36.WA N G DZ ,HU Y ,S U N H X ,e t a l .R e s e a r c ho f h i g h -s t r e n gt h a n d t o u g h n e s sa l u m i n u ms t r u c t u r a l p a n e l so f a e r o s pa c ea n dw a r -s h i p [J ].S t r u c t u r e a n dE n v i r o n m e n tE n g i n e e r i n g ,2020,47(5):28-36.[2] 王惠芬,杨碧琦,刘刚.航天器结构材料的应用现状与未来展望[J ].材料导报,2018,32(增刊1):395-399.WA N G H F ,Y A N GBQ ,L I U G.A p p l i c a t i o n s t a t u s a n d f u t u r e p r o s p e c t o fm a t e r i a l s f o r s pa c e c r a f t s t r u c t u r e s [J ].M a t e r i a l sR e -v i e w ,2018,32(S u p pl 1):395-399.[3] 吕九九,张秀艳,杨烨,等.国外重型运载火箭的舱段结构概述[J ].国际航空航天科学,2019,7(3):86-95.L VJ J ,Z H A N G X Y ,Y A N G Y ,e t a l .S u m m a r y o f t h ec a b i n s t r u c t u r e o f f o r e i g nh e a v y la u n c hv e h i c l e [J ].J o u r n a lo fA e r o -s p a c eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2019,7(3):86-95.[4] MA K K ,W E N H M ,HU T ,e ta l .M e c h a n i c a lb e h a v i o ra n ds t r e n g t h e n i n g m e c h a n i s m s i n u l t r a f i n e g r a i n p r e c i p i t a t i o n -s t r e n g t h e n e da l u m i n u m a l l o y [J ].A c t a M a t e r i a l i a ,2014,62:141-155.[5] Z HA N G Y ,P E L L I C C I A D ,M I L K E R E I T B ,e t a l .A n a l ys i so f a g eh a r d e n i n gp r e c i p i t a t e s o fA l -Z n -M g -C ua l l o y s i naw i d e r a n g e o f q u e n c h i n g r a t e s u s i n g s m a l l a n g l eX -r a y s c a t t e r i n g [J ].M a t e r i -a l s&D e s i gn ,2018,142:259-267.[6] 王宇,熊柏青,李志辉,等.新型超高强A l -Z n -M g-C u 合金热压缩变形行为及微观组织特征[J ].材料工程,2019,47(2):99-106.WA N G Y ,X I O N GBQ ,L I ZH ,e t a l .H o t c o m pr e s s i v e d e f o r m -a t i o n b e h a v i o ra n d m i c r o s t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i c s o fn e w u l t r a s t r e n g t hA l -Z n -M g -C ua l l o y [J ].J o u r n a l o fM a t e r i a l sE n gi n e e r -i n g,2019,47(2):99-106.[7] R O J A S AJ I ,C R E S P O D.D yn a m i cm i c r o s t r u c t u r a l e v o l u t i o no f a nA l -Z n -M g -C ua l l o y (7075)d u r i n g c o n t i n u o u sh e a t i n g an dt h e i n f l u e n c e o n t h e v i s c o e l a s t i c r e s p o n s e [J ].M a t e r i a l s C h a r a c t e r i z a -t i o n ,2017,134:319-328.[8] A Z I M IA ,S H O K UH F A R A ,Z O L R I A S A T E I N A.N a n o s t r u c -t u r e dA l -Z n -M g -C u -Z r a l l o yp r e p a r e db y m e c h a n i c a l a l l o y i n g f o l -l o w e db y h o t p r e s s i n g [J ].M a t e r i a l s S c i e n c e a n dE n g i n e e r i n g :A ,2014,595:124-130.[9] G H O S H KS ,G A O N ,S T A R I N K MJ .C h a r a c t e r i s a t i o no f h i gh p r e s s u r e t o r s i o n p r o c e s s e d7150A l -Z n -M g -C ua l l o y [J ].M a t e r i -58Copyright ©博看网. 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不同冷却速率下7A09铝合金冷却收缩行为研究
纪宏志;袁林;单德彬
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2011(019)005
【摘要】合金在冷却过程中的收缩行为对于热成形零件的尺寸精度和性能有着重要的影响.采用透射电镜、X射线衍射、热模拟实验相结合的分析方法,研究了不同冷却速率条件下7A09铝合金的冷却收缩行为.结果表明：在冷却过程中,该合金的主要相转变是η相（MgZn2）析出.η相的析出降低了合金体系的结合能,引发了合金热收缩系数相应的非线性变化.当冷却速率增大时,η相的析出量随之减少,热收缩系数则随着η相析出量的减少而增大.
【总页数】4页(P17-20)
【作者】纪宏志;袁林;单德彬
【作者单位】哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001;哈尔滨工业大学材料科学与工程学院,哈尔滨150001
【正文语种】中文
【中图分类】TG113
【相关文献】
1.不同温度和冷却速率下高温灰渣的结晶行为 [J], 汪达;王倩;张建胜
2.不同冷却速率下钐铁合金的组织演变行为研究 [J], 张凯璇;柳昆;袁志鹏
3.冷却速率对高强度铝合金铸件机械性质与微孔隙关系之研究 [J], 郭永圣
4.不同冷却速率下Zn-2Ni合金包晶凝固研究 [J], 孔纲;卢锦堂;许乔瑜
5.淬火冷却速率对6082铝合金组织及性能影响研究 [J], 徐宁;王爽;潘岩;冯小东;张富亮
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7A04铝合金的本构关系和失效模型
张伟;肖新科;魏刚
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2011(031)001
【摘要】使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250℃的准静态、动态本构关系和失效模型.基于实验结果,修改了Johnsor-Cook强度模型中的应变强化项以及Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数.实验结果表明,7A04铝合金的应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加.
【总页数】7页(P81-87)
【作者】张伟;肖新科;魏刚
【作者单位】哈尔滨工业大学高速撞击研究中心,黑龙江,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学高速撞击研究中心,黑龙江,哈尔滨,150080;哈尔滨工业大学高速撞击研究中心,黑龙江,哈尔滨,150080
【正文语种】中文
【中图分类】O347.3
【相关文献】
1.复合材料蠕变本构关系及实验测定：Ⅰ.本构关系 [J], 向小运;张双寅
2.2A12铝合金本构关系和失效模型 [J], 张伟;魏刚;肖新科
3.中低应变率下7075-T7351铝合金本构与失效模型对比 [J], 冯振宇;李恒晖;刘义;解江;牟浩蕾;惠旭龙;舒挽
4.塑性本构理论与工程材料塑性本构关系 [J], 郑颖人;孔亮;刘元雪
5.高温合金GH4133B动态本构模型与失效模型研究 [J], 孟卫华;王建军;李坚;郭小军;郭伟国
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简单立方点阵结构静态平压性能分析
杨孝峰;盛亚鹏;苏宇锋
【期刊名称】《计算力学学报》
【年(卷),期】2024(41)3
【摘要】为了提高简单立方(SC)点阵结构的平压力学性能,在ABAQUS中对SC单胞建立了周期边界约束方程,并通过ESO算法对周期边界条件下的SC单胞进行了拓扑优化设计。

随后对优化SC单胞的等效弹性模量进行了求解,发现优化SC单胞的等效弹性模量明显优于传统SC单胞,从外部去除单胞材料可使优化单胞等效压缩模量提高27.14%,从内部去除单胞材料可使单胞等效剪切模量提高46.18%。

最后将优化SC单胞从单胞层面扩展到宏观结构中,探究了三类SC点阵结构的静态平压性能。

研究表明,周期边界条件与ESO相结合的拓扑优化方法,可使SC结构静态平压时的抵抗力得到明显提升。

相比传统SC点阵结构,优化后的SC点阵结构抵抗力提高了20%以上。

【总页数】7页(P513-518)
【作者】杨孝峰;盛亚鹏;苏宇锋
【作者单位】郑州大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH140.8;TB303;O224
【相关文献】
1.木质基直柱型点阵夹芯结构的平压和弯曲性能研究
2.一种简单路由算法下的全互连立方体网络性能分析
3.Kagome点阵夹芯结构平压性能研究
4.多层尺寸梯度面心立方点阵结构力学性能研究
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