考虑高温影响的304奥氏体不锈钢动态力学性能研究

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304奥氏体不锈钢具有良好的力学性能,造型美观、易于维护等优点,被广泛应用于工业和建筑结构。建筑物在服役过程中,除了面临动荷载和高温等单一工况作用外,不可避免的会遭受冲击、爆炸和高温等多灾害耦合作用,结构在耦合荷载作用下会呈现出明显不同的力学性能,其中材料的动态本构关系是分析建筑结构动力响应的必要前提。目前有关于304奥氏体不锈钢的研究主要集中在常温静态、动态及高温等单一工况下,对其在不同温度和应变率耦合作用下的动态力学性能研究较少,因此,本文对建筑结构用304奥氏体不锈钢进行了不同温度作用下的准静态和动态力学试验研究,并建立了其相应的动态本构模型。主要研究内容如下:(1)采用电子万能材料试验机完成温度为20℃~600℃作用下的准静态压缩试验,得到了基本的力学性能指标,结果表明,随着温度的升高,材料的屈服强度明显下降。(2)利用带有同步组装加热系统的高温Hopkinson压杆装置完成温度为20℃~600℃和应变率为1000s-1~3000s-1作用下的动态压缩试验,得到了304不锈钢在不同应变率和不同温度作用下的应力-应变曲线,给出了应变率、温度对304不锈钢动态力学性能的影响规律。(3)基于试验数据,采用Johnson-Cook模型对304不锈钢进行了动态本构的拟合,确定了Johnson-Cook模型的相关参数。结果表明,J-C模型拟合的应力应变曲线与试验结果吻合度较好,说明本文所采用的J-C模型可有效描述304不锈钢在温度为20 ℃~600℃与应变率为0.001s-1~3000s-1作用下的塑性流动特征,可为建筑不锈钢材料在高温及高应变率作用下的动力分析提供参考。
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