吴宇峰 戎嘉琪 余 丰

宁波大学 机械工程与力学学院 浙江宁波 315211

1 研究背景

GCr15轴承钢广泛应用于轨道交通、航天航空、建筑等领域,容易产生结构碰撞、挤压等现象。GCr15轴承钢在发生碰撞时,会形成高温、高压等物理现象。在高温高压下,材料会产生大塑性变形,甚至断裂破坏。因此,研究适用于GCr15轴承钢大变形的本构关系,确定本构关系中的材料参数,具有重要意义。针对金属材料的大变形,Rittel等[1]提出一种新的剪切压缩试样,并进行数值模拟。研究表明,这一试样的应力状态是三维的,而不是简单的剪切受力。Dorogoy等[2]对Rittel等提出的剪切压缩试样进行改进,然后对试样进行剪切压缩和剪切拉伸试验。结果表明,剪切拉伸大变形失效行为与剪切压缩有明显不同。材料大变形引起的延性断裂力学行为与多种因素有关,包含复杂的物理机制,从微观角度解释分为孔洞的形核、长大、聚合、裂纹伸展四个阶段。国内外学者从大量试验中发现应力三轴度是影响孔洞发展的一个重要因素。Rice等[3]研究发现材料所受的静水压力对孔洞的长大有重要影响,并提出了孔洞增长理论。基于孔洞增长理论,研究人员提出了一系列本构模型,如空穴增长模型、应力修正临界应变模型、Johnson-Cook模型[4-6]等。但是,这些本构模型都只考虑应力三轴度的影响,而并未考虑复杂应力状态对材料大变形的影响。事实上,在研究中应当同时考虑应力三轴度和洛德角因素。Xue Liang等[7-8]通过不同应力状态的力学试验,对比发现偏应力的第三不变量也是影响孔洞发展的重要参数。……