高温和冲击耦合作用下6061铝合金力学性能研究

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6061作为铝合金6XXX系列的主要合金,因其具有自重轻、强度高、延展性好易于加工、耐腐蚀性好等优点,逐渐在结构工程中得到应用。作为结构构件在服役过程中,除面临动荷载、高温等单一工况作用外,不可避免地会遭受高温、撞击或爆炸载荷等多灾害耦合作用,相较于单一工况,材料在高温和撞击等耦合作用下力学性能变得更为复杂。目前针对6061铝合金材料常规静力、动力及高温性能的研究相对较多,但对于高应变率和高温耦合工况下的相关性研究较少,且对于两者耦合作用下的力学性能并未提出相应预测模型。因此,本文将对6061铝合金材料在不同应变率和温度下的力学性能进行研究,并建立相应本构关系模型。主要内容如下:(1)采用试验机对6061铝合金开展了准静态拉伸和高温准静态压缩试验,获得了材料的基本力学性能指标。试验结果表明,材料在准静态拉伸试验过程中表现出较为明显的脆性破坏,高温准静态压缩试验过程中材料表现出温度软化现象,温度越高,温度软化效应越明显。(2)以应变率和温度为主要参数,采用带有同步组装加热系统的霍普金森压杆装置进行6061铝合金材料高温动态压缩试验,获得了高应变率和不同受热温度下的应力-应变关系曲线,并重点分析了应变率和受热温度对材料各项力学性能参数的影响。结果表明,6061铝合金在高应变率下表现出较弱的应变率强化效应,在高温下表现出较强的温度软化效应,相较于应变率强化效应,温度软化效应对材料的力学性能指标影响作用更显著。(3)根据不同工况下6061铝合金材料应力的变化规律,提出了能够反映6061铝合金应变率效应和温度软化效应的本构关系模型,该模型预测的流动应力和试验结果值误差较小,可以有效描述6061铝合金的应变硬化、应变率强化和温度软化效应等力学特征。
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