不同加载状态下激光选区熔化(SLM)3D打印成形件动态力学性能研究

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3D打印技术的快速发展,它在军事、航空航天、生物医学等领域的应用范围越来越广。激光选区熔化(Selective Laser Melting,SLM)方法其性能已与传统工艺相近,是目前工业上应用最广泛的金属3D打印技术。但由于SLM技术打印零件存在结晶取向,使其性能存在不对称性,因此,开展SLM 3D打印材料动态性能研究对于军事、航天等分析应用具有重要意义。本文对SLM 3D打印GP1不锈钢在不同加载状态下的动态力性能开展研究,采用分离式霍普金森压杆并结合二维图像相关法(DIC)技术开展压缩、拉伸及剪切加载下材料的动态力学性能实验研究。主要研究工作及成果如下:(1)针对小试样准静态、动态拉伸实验研究需要,发展了封闭M型拉伸试样,有效改善了M型试样的整体转动畸变对拉伸标段的附加弯矩影响,保证拉伸段均匀变形。M型拉伸试样可利用传统的Hopkinson压杆进行动态加载,避免使用常规Hopkinson拉杆时拉伸试样与两杆端的连接问题,加载方便,具有较高精度,可实现5900s-1甚至更高应变率下的动态拉伸实验,得到动态应力-应变曲线。(2)采用SLM 3D打印制备了GP1不锈钢的圆柱压缩、M型拉伸及平板帽型剪切试样,利用Hopkinson压杆技术开展了系列压缩、拉伸及剪切下的动态性能实验研究,分析了SLM打印3D GP1不锈钢的动态力学性能,结果表明:(a)准静态加载下,SLM 3D打印GP1不锈钢拉伸和压缩性能基本一致,并且应力-应变曲线在应变强化阶段都出现韧性金属材料不同的曲线上翘现象;(b)SLM 3D打印GP1不锈钢动态性能在不同加载状态下存在明显差别,压缩屈服强度最大,拉伸屈服次之,而剪切屈服强度及断裂应变最小;(c)SLM 3D打印GP1不锈钢材料具有应变强化效应,动态压缩屈服强度明显高于其准静态屈服强度;其动态屈服强度应变率效应与对数应变率成线性关系,并且应变率效应也与加载状态有关,拉伸状态下的应变率敏感系数与剪切状态下应变率敏感系数相同为186,压缩状态下对数应变率敏感系数较小,为62.598。
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