35CrMnSiA钢在一维应力状态下的失效判据

当加载应变率大于临界断裂应变率时，35CrMnSiA钢试件中产生很大的剪应力和剪应变，同时产生大量的热。压杆中传播的一维应力弹性波对试件的加载过程在微秒量级，产生的热量来不及散逸出去，因而大大提高了试件的温度，降低了材料的抗剪强度，并最终发展为绝热剪切带。因此，本书利用能量法对一维应力状态下35CrMnSiA钢的失效判据进行研究。

图7.17　4 100～4 200 s-1应变率下35CrMnSiA钢的微观组织形貌

（a）原始试件；（b）4 100 s-1应变率下回收受损试件；（c）4 200 s-1应变率下回收受损试件的裂纹与绝热剪切带

图7.17　4 100～4 200 s-1应变率下35CrMnSiA钢的微观组织形貌（续）

（d）晶粒细化；（e）高温氧化物夹杂

变形体单位体积内的塑性应变能可用下式计算：(www.xing528.com)

式中，vεp是塑性应变能密度；εp是塑性应变；σflow是塑性流动应力；对未断裂试件，即最大塑性应变，对发生断裂失效的试件，即试件发生应力塌陷时对应的失效塑性应变，计算结果列于表7.6中。

表7.6　35C rMnSiA钢SHPB试验数据能量法计算结果

由表7.6可见，35CrMnSiA钢的塑性应变能密度随着应变率的增加而增大，在4 100 s-1加载应变率下，达到最大值6.70×108 J·m-3；当加载应变率达到临界破坏应变率以上时，35CrMnSiA钢由于绝热剪切失稳，提前出现卸载，塑性应变能密度下降。为了进一步考虑材料绝热剪切破坏的率效应，通过对塑性应变能密度求导，计算塑性应变能密度增加率。如图7.18所示，35CrMnSiA钢的塑性应变能密度增加率随应变率的增加而单调递增。当塑性应变能密度达到4.51×108 J·m-3且塑性应变能密度增加率高于临界破坏阈值10.58×106 J·m-3·μs-1时，35CrMnSiA钢发生绝热剪切破坏。

图7.18　不同应变率下35CrMnSiA钢的塑性应变能密度增加率

塑性应变能密度和塑性应变能密度增加率综合考虑了一维应力加载条件下材料的应变能、应力-应变历史和率效应，可作为中应变率下超高强度合金钢绝热剪切失效判据。