许立藤涛杨亮李波

（大连交通大学机械工程学院，辽宁大连 116028）

材料的本构方程是用来描述应力、应变、应变率、 温度、应变历史的关系方程。金属切削加工的数值仿真结果是否能反映实际加工的情况在很大程度上取决于本构方程的建立，所以建立精确的材料模型在有限元仿真中具有重要的意义［1－3］。以前人们对本构方程的研究主要集中在普通低、中碳钢上，还没有对高锰钢的材料性能进行过研究。

通过做ZGMn13高锰钢的压缩实验和分离式Hopkinson压杆实验，对其在常温、不同时效处理下的材料试验的结果进行分析处理，拟合出材料Johnson－Cook本构方程。

1 试验设计及方法

试样材质为ZGMn13高锰钢并将其加工成11.30 mm×11.16 mm×24.47 mm的长方体和φ4 mm×4 mm的圆柱体用以完成压缩试验和压杆试验。所用的设备是金属压缩试验机和Split Hop－kinson Pressure Bar压杆装置。压缩试验的加载速度为5 mm/min;10 mm/min。材料种类为原始高锰钢试样;400时效高锰钢试样;500时效高锰钢试样;600时效高锰钢试样。

2 静态压缩试验和Hopkinson压杆试验

2．1 压缩试验的数据

在每一组应变率下测试4个试样，测量的结果为4个试样值的平均值。应变率为

式中:l为试样长度;ν为加载速度。

当加载速度v=5 mm/min时

当加载速度v=10 mm/min时

4种时效下ZGMn13高锰钢的准静态压缩应力－应变曲线见图2。

2．2 Hopkinson压杆试验的数据

分离式霍普金森压杆实验（SHPB）已经成为测试材料在高应变率（102～104s－1）下动态力学性能的重要手段之一。高锰钢材料的SHPB试验要满足一维应力假设（只存在轴向应力）、弹性假设（输入杆和输出杆只发生弹性变形）和均匀性假设才能得到有效的测试结果。……