[发明专利]一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方法

说明书

技术领域：

本发明涉及材料分析技术领域，特别涉及一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方法。

背景技术：

7A52铝合金是我国自行研制的AI-Zn-Mg-Cu系铝合金，由于该铝合金具有比重小、强度高和可焊接等优点，被广泛应用于航天、航空、核能、化工容器及军事工业等各个领域。但是，在7A52铝合金实际工程应用中，如机械加工、快速锻造、热处理以及对其进行焊后表面硬化的超声冲击处理过程中，材料会发生很大变形，变形速率可达10⁴s^-1以上，温度有时可达到500℃数量级，因此，研究7A52铝合金在不同加载条件下的力学行为对于其在复杂载荷下的应用(如高速撞击、金属加工及成型等)具有十分重要的意义。

本构模型是描述材料变形规律的一种数学模型，它在数值分析中作为输入数据来模拟特定载荷下材料的响应，因此，本构方程的精确程度直接影响模拟精度。材料的流动应力与变形程度、应变速率、变形温度、材料的组织结构和合金化学成分等因素有关。因此，对新材料开展高温流变行为的研究，了解材料热变形的物理规律，建立本构方程，对于材料热加工工艺的确定以及金属塑性变形理论的研究均具有重要意义。

由于有限元分析软件只能输入材料在某温度、应变以及应变率下的流动应力的一些试验数据点，然后通过插值和外推方法推算材料在其它温度、应变和应变率的流动应力模型。事实上，很多材料在不同温度、应变和应变速率范围内的应力变化非常大，采用插值和外推法得到的流动应力应变关系严重影响有限元计算精度，并且用于确定一条流动应力曲线的数据点很少，会使数值模拟的结果和试验所得结果相差很大，随着变形的增大，流动应力的误差也逐渐增大,尤其是在超声冲击过程中，材料产生较大的塑性变形，使用不准确的材料模型会影响整个模型的数值计算精度。因此，必须建立准确的材料模型以保证有限元模拟的精度。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种可以确保模拟精度的铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方法。

本发明由如下技术方案实施：一种铝合金热弹塑性变形模拟用本构模型的建立方法，其依次包括如下步骤：(1)选择本构模型；(2)确定模型参数；(3)将各参数代入本构模型方程式中，确定本构模型方程式；

所述步骤(1)选择本构模型，选用Johnson-Cook本构模型，所述的Johnson-Cook本构模型主要有三个部分的乘积组成：应变硬化项、应变率硬化项和温度软化项，用如下公式表示：

σ=(A+Bϵn)[1+Cln(ϵ·ϵ·0)][1-(T-T0Tm-T0)m]---(1)]]>

式中：σ为Von-Mises等效流动应力；

A代表材料室温时的屈服强度；

B为加工硬化模量；

n为硬化指数；

m为温度软化系数；