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7150-T6铝合金动态特性实验及本构方程研究

陈睿 温仕成 王旭 彭锐涛 胡聪芳

陈睿, 温仕成, 王旭, 彭锐涛, 胡聪芳. 7150-T6铝合金动态特性实验及本构方程研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1270-1277. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200491
引用本文: 陈睿, 温仕成, 王旭, 彭锐涛, 胡聪芳. 7150-T6铝合金动态特性实验及本构方程研究[J]. 机械科学与技术, 2022, 41(8): 1270-1277. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200491
CHEN Rui, WEN Shicheng, WANG Xu, PENG Ruitao, HU Congfang. Experimental Study of Dynamic Characteristics and Constitutive Equation of 7150-T6 Aluminum Alloy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1270-1277. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200491
Citation: CHEN Rui, WEN Shicheng, WANG Xu, PENG Ruitao, HU Congfang. Experimental Study of Dynamic Characteristics and Constitutive Equation of 7150-T6 Aluminum Alloy[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2022, 41(8): 1270-1277. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200491

7150-T6铝合金动态特性实验及本构方程研究

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200491
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11602212

国家自然科学基金项目 51975504

国家自然科学基金项目 51705442

湖南省杰出青年项目 2022JJ10045

湖南省自然科学基金项目 2018JJ3509

湖南省教育厅一般项目 19C1785

详细信息
    作者简介:

    陈睿(1985-), 副教授,博士, 研究方向为材料动力学响应和材料结构设计与优化, chenrui85@xtu.edu.cn

    通讯作者:

    彭锐涛, 教授, 博士生导师, pengruitao@xtu.edu.cn

  • 中图分类号: TH212;TH213.3

Experimental Study of Dynamic Characteristics and Constitutive Equation of 7150-T6 Aluminum Alloy

  • 摘要: 为研究高温与高应变率对7150-T6铝合金动态力学性能的影响,利用分离式霍普金森压杆装置进行动态冲击试验,并对冲击后试样进行了SEM显微组织分析。结果表明:7150-T6铝合金在常温、高应变率下呈现局部热软化现象和较弱的应变率敏感性。材料的流动应力随着温度的升高而不断减小,尤其当温度高于200 ℃时,流动应力显著降低。在高应变率冲击下,应变率增大使绝热剪切带的形成更加明显,而高温下未发生明显绝热剪切现象。通过最小二乘法拟合出的Johnson-Cook本构方程能够有效预测不同加载条件下的流动应力,其预测结果与试验结果基本吻合。本研究可为7150-T6铝合金在汽车等运载器结构的轻量化与安全性设计提供指导。
  • 图  1  SHPB实验装置

    图  2  SHPB空杆撞击时的典型电压波信号

    图  3  抛光后试样的SEM显微照片

    图  4  常温不同应变率下7150-T6铝合金的应力-应变

    图  5  常温下应变为0.1时的对数应力与对数应变率

    图  6  高温下应变率为2 000 s-1的应力-应变曲线

    图  7  相同气压不同温度下的应力-应变曲线

    图  8  不同加载条件下的能量吸收时程曲线

    图  9  不同加载条件下的能量吸收率时程曲线

    图  10  常温不同应变率下试样的SEM显微图像

    图  11  2 000 s-1不同温度下试样的SEM显微图像

    图  12  准静态拉伸试验结果与拟合结果的比较

    图  13  常温不同应变率下的试验结果与拟合结果的比较

    图  14  2 000 s-1不同温度下的试验结果与拟合结果的比较

    表  1  AA7150-T6铝合金各元素的质量分数 %

    Si Fe Cu Mg Mn Cr Zn Ti Zr
    0.12 0.15 2.20 2.35 0.10 0.04 6.5 0.06 0.60
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    表  2  7150-T6铝合金常温下(20 ℃) 不同应变率下的动态特性

    子弹速度/(m·s-1) 应变率/s-1 屈服强度/MPa 最大流动应力/MPa
    24.20 820 488.3 663.5
    28.98 1 163 494.4 708.4
    31.90 1 451 516.5 771.8
    35.40 1 881 547.4 810.2
    39.21 2 208 542.6 815.8
    44.08 2 614 557.7 883.6
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    表  3  7150-T6铝合金在不同温度下的动态特性

    温度/℃ 子弹速度/(m·s-1) 应变率/s-1 屈服强度/MPa 最大流动应力/MPa
    20 36.97 1 980 563.4 819.1
    100 37.00 1 945 557.1 829.4
    200 37.53 1 976 533.7 785.2
    300 22.95 1 980 309.3 539.3
    400 20.37 1 942 217.2 406.9
    300 37.76 2 584 382.2 638.1
    400 36.88 3 473 237.5 575.6
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    表  4  7150-T6铝合金Johnson-Cook本构模型参数

    E/GPa A/MPa B/MPa n C m
    68.7 490.6 645.6 0.794 0.008 7 2.11
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  • 收稿日期:  2020-11-27
  • 刊出日期:  2022-08-25

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