• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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於之杰, 王向盈, 孙启星, 孙伟, 郭玉佩. 基于应变梯度理论的跨尺度冲击损伤和疲劳研究[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0454
引用本文: 於之杰, 王向盈, 孙启星, 孙伟, 郭玉佩. 基于应变梯度理论的跨尺度冲击损伤和疲劳研究[J]. 爆炸与冲击. doi: 10.11883/bzycj-2024-0454
Research on cross-scale impact damage and fatigue of metals[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0454
Citation: Research on cross-scale impact damage and fatigue of metals[J]. Explosion And Shock Waves. doi: 10.11883/bzycj-2024-0454

基于应变梯度理论的跨尺度冲击损伤和疲劳研究

doi: 10.11883/bzycj-2024-0454
基金项目: 国家自然科学基金(12402093);航空科学基金(2023M053004002);

Research on cross-scale impact damage and fatigue of metals

  • 摘要: 冲击损伤和疲劳问题是航空和轨交等国防和民生重点领域所面临的新挑战,先进制造工艺的应用使得这一场景下的力学分析和寿命研究变得更为困难。当前尚无既能考虑金属多尺度微结构特点等微观特性、又便捷易用的金属跨尺度冲击损伤和疲劳性能的预测和设计方法。本文立足于冲击损伤和疲劳过程中的金属塑性力学机理,研究了冲击损伤过程中尺度效应影响下的材料构效行为,建立了金属材料的去局域化、跨尺度冲击本构关系和模型,形成了面向先进制造的多尺度微结构金属材料的冲击损伤和疲劳仿真方法。该方法利用低阶应变梯度理论(CMSG)实现尺度效应描述,并兼顾了一种形如Johnson-Cook的冲击动力学模型和一个修正改进的Lemaitre冲击损伤模型,并可以在VUMAT子程序中便捷地实现该本构的有限元计算,模拟结果表明本文的本构能够较好地描述具有微结构尺度效应的金属材料在冲击和多次冲击载荷下的力学响应。同时,有限元的模拟表明材料微结构所致的不均匀变形带来了较高的应变梯度,进一步放大了冲击过程的率硬化效应,使得材料的在冲击载荷下的应力和应变水平进一步提高,导致材料更快地进入损伤阶段,使材料承载力降低或提前失效,这与金属材料在强度与韧性间的拮抗关系相一致。
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出版历程
  • 收稿日期:  2024-11-18
  • 网络出版日期:  2025-03-05

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