一种铝硅合金ADC12材料Johnson‑Cook本构模型的拟合方法技术

本发明专利技术公开了一种铝硅合金ADC12材料Johnson‑Cook本构模型的拟合方法，是为解决汽油发动机缸体、缸盖材料ADC12铝硅合金Johnson‑Cook本构模型中相关参数不确定的问题，首先对其模型进行解耦，并开展了静态和动态力学性能拉伸和压缩试验，根据试验数据拟合出解耦后的模型中的相关参数。本发明专利技术的方法，通过对金属材料进行静态和动态力学性能试验，得到压铸铝硅合金ADC12材料的Johnson‑Cook本构模型参数的取值，为以后对金属材料进行静态和动态力学性能研究提供有效的方法，对铝合金ADC12材料进行高速切削仿真研究提供试验依据。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽油发动机缸体、缸盖材料的动静态力学
，涉及一种铝硅合金ADC12材料Johnson-Cook本构模型的拟合方法。该方法基于霍普金森杆装置拟合出铝硅合金ADC12材料的Johnson-Cook本构模型参数。
技术介绍
发动机作为汽车中最重要的部分，其加工精度对提升发动机的工作性能和可靠性起关键性作用，为了提高其加工精度，首先需要对缸体、缸盖的材料进行研究，而对其材料进行力学性能的研究具有重要意义，其中，Johnson-Cook本构模型参数的确定是其中重要的一环，那么需要对该材料的动态力学和静态力学性能进行研究。材料的动态力学性能是研究材料切削变形的理论基础，也是对其进行有限元切削仿真分析的必要条件，而在高速切削过程中伴随着大应变、高应变率和高温的特点，因此获取材料的动态力学性能变得极为重要，也是国内外研究的热点。材料的静态力学性能σ＝f(ε)，可以通过普通的材料力学试验获得。随着实际生产的需要和科技的进步，国内外已经对大多数较常用的金属材料进行了充分的研究。而铝硅合金ADC12是一种压铸铝合金，基本上是用废旧铝再生的，其动态力学性能等很难通过查阅资料获得，而该材料本构模型的准确与否影响着对其进行切削数值模拟的正确与否，因此需要通过准静态试验和霍普金森杆动态试验对ADC12材料的力学性能进行研究，得出该材料在不同温度、不同应变率下的应力-应变关系，进而计算并拟合出其Johnson-Cook本构关系模型，然后在有限元软件中对其本构模型进行有效性验证。
技术实现思路
针对现有研究成果的不足，本专利技术基于霍普金森杆装置拟合出铝硅合金ADC12材料Johnson-Cook(简称J-C)本构模型中的参数，该参数的拟合能够通过对铝硅合金材料进行动态和准静态力学性能试验得出其应力-应变关系，进行计算并拟合出其J-C本构关系模型，然后在有限元软件中对其本构模型进行有效性验证。其J-C本构关系模型为 σ e q = ( A + Bϵ e q n ) ( 1 + C ln ϵ e q * · ) ( 1 - T * m ) - - - ( 1 ) ]]>其中σeq为Von Mises等效应力，A为材料在参考应变率和参考温度下的屈服强度，B、n分别为应变强化系数和硬化指数，εeq为等效应变，为无量纲化等效塑性应变，为等效应变率，为参考应变率，C为应变率敏感系数，T*m＝(T-Tr)/(Tm-Tr)为无量纲化温度，其中Tm、Tr分别为材料的熔点和参考温度(取常温)，T为当前温度，m为温度软化系数。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种铝硅合金ADC12材料Johnson-Cook本构模型的拟合方法，是一种基于霍普金森杆装置拟合出铝硅合金ADC12材料的Johnson-Cook本构模型参数，包括以下步骤：第一步，对该Johnson-Cook本构模型进行解耦，分别得到应变硬化项σeq、应变率硬化项σeq、温度软化项σeq： σ e q = A + Bϵ e q n - - - ( 2 ) ]]> σ e q = A ( 1 + Clnϵ e q * ) - - - ( 3 ) ]]>σeq＝A(1-T*m) (4)第二步，根据动态力学性能试验所需的应变率大小，设计出进行动态试验所需试件的结构形式和尺寸大小，并加工出所需数量和种类的试件；连接好常温准静态试验平台、高温准静态试验平台、霍普金森杆装置中的应变片与动态应变仪；在常温准静态试验平台上对试件进行常温下的单向拉伸试验，获得工程应力-应变曲线，分别如图1所示，得出其在常温下的屈服强度大小，从而得到A的取值；对获取的试验值通过式(5)(6)获取真实应力应变；σt＝σe(1+εe) (5)εt＝ln(1+εe) (6)对真实应力应变利用式(7)进行线性拟合：ln(σt-A)＝lnB+nlnεt (7)得到的拟合曲线如图2所示，获得应变项中的B和n的取值；第三步，在霍普金森杆装置进行多组不同应变率的拉伸试验，对动态拉伸试验中测得的应力波信号通过式(8)转换为应力应变， σ ( t ) = E ( A A s ) ϵ T ( t 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝硅合金ADC12材料Johnson‑Cook本构模型的拟合方法，其特征包括以下步骤：第一步，对Johnson‑Cook本构模型进行解耦，分别得到应变硬化项σeq、应变率硬化项σeq、温度软化项σeq：σeq=A+Bϵeqn---(2)]]>σeq=A(1+Clnϵeq*)---(3)]]>σeq＝A(1‑T*m)         (4)第二步，根据动态力学性能试验所需的应变率大小，设计出进行动态试验所需试件的结构形式和尺寸大小，并加工出所需数量和种类的试件；连接好常温准静态试验平台、高温准静态试验平台、霍普金森杆装置中的应变片与动态应变仪；在常温准静态试验平台上对试件进行常温下的单向拉伸试验，获得工程应力‑应变曲线，得出其在常温下的屈服强度大小，从而得到A的取值；对获取的试验值通过式(5)(6)获取真实应力应变；σt＝σe(1+εe)                                  (5)εt＝ln(1+εe)                                 (6)对真实应力应变利用式(7)进行线性拟合，获得应变项中的B和n的取值；ln(σt‑A)＝lnB+nlnεt                          (7)第三步，在霍普金森杆装置进行多组不同应变率的拉伸试验，对动态拉伸试验中测得的应力波信号通过式(8)转换为应力应变，获得最终所需要的工程应力应变曲线、真实应力应变曲线以及各自对应的应变率：σ(t)=E(AAs)ϵT(t)ϵ(t)=-2CoL∫0tϵR(t)dtϵ(t)=-2CoLϵR(t)---(8)]]>式(8)中：E为杆材料的弹性模量，A和As分别为杆和试件的横截面积，C0为应力波在杆中的传播速度，L为试样长度；对屈服应力应变利用最小二乘法进行拟合处理，得到式(3)中C的取值；第四步，在高温准静态试验平台上对试件进行拉伸试验，获得的应力‑应变关系曲线；利用最小二乘法对各温度下的屈服强度进行拟合，得到式(4)中m的取值；从第一到第四步得到了Johnson‑Cook本构模型的拉伸参数值；第五步，对铝硅合金ADC12材料在常温条件下进行准静态和动态压缩试验，得出相关应力‑应变关系曲线；从应力‑应变关系曲线中获得各应变率下的屈服强度，得到准静态压缩条件下的屈服强度即A的取值，利用最小二乘法对准静态压缩试验数据进行拟合得到拟合结果，据此得到应变强化项中的B和n的取值；第六步，对动态压缩试验结果用最小二乘法进行拟合，得到应变率强化项中C的取值；通过第五步和第六步得到J‑C本构模型的压缩试验参数值。...

【技术特征摘要】
1.一种铝硅合金ADC12材料Johnson-Cook本构模型的拟合方法，其特征包括以下步骤：第一步，对Johnson-Cook本构模型进行解耦，分别得到应变硬化项σeq、应变率硬化项σeq、温度软化项σeq： σ e q = A + Bϵ e q n - - - ( 2 ) ]]> σ e q = A ( 1 + Clnϵ e q * ) - - - ( 3 ) ]]>σeq＝A(1-T*m) (4)第二步，根据动态力学性能试验所需的应变率大小，设计出进行动态试验所需试件的结构形式和尺寸大小，并加工出所需数量和种类的试件；连接好常温准静态试验平台、高温准静态试验平台、霍普金森杆装置中的应变片与动态应变仪；在常温准静态试验平台上对试件进行常温下的单向拉伸试验，获得工程应力-应变曲线，得出其在常温下的屈服强度大小，从而得到A的取值；对获取的试验值通过式(5)(6)获取真实应力应变；σt＝σe(1+εe) (5)εt＝ln(1+εe) (6)对真实应力应变利用式(7)进行线性拟合，获得应变项中的B和n的取值；ln(σt-A)＝lnB+nlnεt (7)第三步，在霍普金森杆装置进行多组不同应变率的拉伸试验，对动态拉伸试验中测得的应力波信号通过式(8)转换为应力应变，获得最终所需要的工程应力应变曲线、真实应力应变曲线以及各自对应的应变率： σ ( t ) = E ( A A s ) ϵ T ( t ) ...

【专利技术属性】
技术研发人员：丛明，刘冬，毕京宇，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21