提升动态压缩性能的方法

为表征3种低碳合金钢的动态力学性能，通过分离式Hopkinson压杆（Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB）试验研究500～5 500 s-1应变率范围内材料的动态力学行为。采用φ14.5 mm分离式Hopkinson压杆试验系统进行加载和测试，试件尺寸为φ5 mm×4 mm。不同应变率下3种低碳合金钢的应力-应变曲线和回收受损试件如图8.5所示。

图8.5　不同应变率下3种低碳合金钢板动态压缩应力-应变曲线

（a）Q235A；（b）10CrNiMo

图8.5　不同应变率下3种低碳合金钢板动态压缩应力-应变曲线（续）

（c）22SiMnTi；（d）3种低碳合金钢板动态压缩特性对比

由图8.5（a）和图8.5（b）可见，在500～5 500 s-1应变率范围内，Q235A和10CrNiMo试件仅发生均匀墩粗变形，未出现断裂，表现出较好的塑性和抗动态压缩性能；22SiMnTi试件在3 750 s-1应变率下沿45°方向发生剪切断裂。当材料屈服进入塑性流动阶段后，存在应变强化机制与损伤演化引起的软化机制共存又相互竞争的过程。如图8.5（d）所示，通过对比相同应变率下3种低碳合金钢的切线模量，可以得到Q235A具有明显的应变硬化特性，10CrNiMo次之，22SiMnTi在热软化作用下出现了剪切失稳。(www.xing528.com)

由图8.6所示，3种低碳合金钢的动态压缩屈服强度均随应变率的增加而增大，表现出明显的应变率增强效应。Q235A对应变率的变化最为敏感，5 300 s-1应变率下其动态压缩屈服强度较准静态压缩屈服强度提高了104.67%；10CrNiMo次之，5 350 s-1应变率下其动态压缩屈服强度较准静态压缩屈服强度提高了82.89%；22SiMnTi最次，3 750 s-1应变率下其动态压缩屈服强度较准静态压缩屈服强度提高了21.49%。采用Cowper-Symonds［322］（1957）应变率强化模型对3种低碳合金钢中低应变率下的本构行为进行定量表征：

式中，σ0为静载荷条件下材料的初始屈服应力；为单轴应变率下的动态初始屈服应力；为应变率；q、D为经验系数，可通过材料的拉、压测试获取。通过最小二乘法拟合得到的本构模型参数见表8.3，用Cowper-Symonds本构模型表征的弹体钢35CrMnSiA和3种低碳合金钢动态压缩屈服强度随应变率的变化关系如图8.6所示。

图8.6　35CrMnSiA钢和3种低碳合金钢屈服强度随应变率的变化关系

表8.3　Cow per-Sym onds模型参数拟合结果

由表8.3可见，Cowper-Symonds模型参数q近似随材料强度的增加而减小，对于超高强度合金钢，q值基本达到饱和，稳定在0.9左右，不再随材料强度的增加而继续减小，具体表现为Q235A参数最大，22SiMnTi参数最小；参数D呈现相反的变化规律：随材料强度的增大而增大，表现为Q235A参数最小，35CrMnSiA参数最大。