双轴拉伸应力下后继屈服面的演化研究

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1、航空学报Dec．252012Vol，33No．122230-2239ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000—6893CN11-1929／V==一=====================================；==========一http：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．CP,文章编号：1000—6893(2012)12—2230—10双轴拉伸应力下后继屈服面的演化研究陈岑1，刘芳2，付强3，洪友士1’*1．中国科学院力学研究所非线性国家重点实验室，北京1001902．

2、武汉理工大学交通学院，湖北武汉4300633．中国轻型燃气轮机开发中心，北京100009摘要：屈服面的位置和形状直接影响着材料塑性应变的确定。针对双轴拉伸应力下金属材料的塑性行为，以一种弹塑性损伤本构理论为基础，研究了后继屈服面在拉一拉应力空间中的演化。考虑了有限变形效应和耦合硬化效应，给出了屈服面的确定方法，并预测了拉一拉应力空间中的初始屈服面(IYS)和后继屈服面，预测结果显示本文提出的理论模型能一致描述出后继屈服面演化中的前端尖点效应、尾部包氏效应、膨胀／收缩以及移动和畸变。针对两种加工硬化材料(A16061一T6511和Annealed1100AI)

3、承受轴向拉伸、环向内压、轴向一环向混合比例加载时的后继屈服面，将模型预测的结果与文献中的实验结果进行对比。结果表明，所提模型能较好地预测后继屈服面的演化，并能分析其物理机制，为后继屈服面的演化研究提供了一种可行的方法。关键词：构元组集模型；后继屈服面演化；耦合硬化效应；尖点效应；包氏效应中图分类号：V219；0344．1文献标识码：A金属材料在双轴拉伸应力下的塑性行为一直以来都广受关注[1q]。随着金属板材成型和管件成型等工艺在航空工业和汽车工业中的广泛应用口]，需要确定材料在双轴拉伸应力下的塑性变形，尤其是回弹量的大小，而屈服面的位置及形状直接影响着塑性应

4、变的确定。因此，研究双轴拉伸应力下屈服面的演化过程具有重要意义。目前已经有大量的文献记载对屈服面的研究邙。12

5、，对于初始屈服面(IYS)，Tresca屈服准则、vonMises屈服准则等理论已经被广泛认可；而实验结果显示，后继屈服面的演化中会出现移动和畸变[10-]Z]。目前大部分实验和理论研究都是针对拉一剪应力空间中的，针对拉一拉应力空间中的研究为数不多。Phillips和Das[70曾研究应变小于l％时的屈服面；Lin[13和Kuwabara[”。5]等曾利用十字型试件的双轴拉伸实验来研究屈服面。近期Khan等口2]针对两种加工硬化材料，对薄壁圆管试件

6、施加轴向拉伸、环向内压、轴向一环向混合比例加载，得到了一系列有限塑性变形下拉一拉应力空间中的屈服面。另一方面，许多学者也致力于用理论模型研究拉一拉应力空间中屈服面的演化。Bariat等u6J曾提出一种各向异性的屈服函数。Korkolis和KyriakidesEl7]贝0利用这种屈服函数分析圆管的破裂对后继屈服面的移动和变形的影响；但这一理论依赖于已确定的屈服函数，不能解释后继屈服面的畸变和移动等问题。Peeters等口83利用一种基于加工硬化／软化的晶体塑性模型预测了材料收稿日期：2011-12—28；退修日期：2012·02·08；录用日期：2012—02

7、—2l；网络出版时间：2012·03—2011：02网络出版地址：WWW．cnki．net／kcrns／detail／I1．1929．V．20120320．1102．009．html基金项目：国家自然科学基金(11021262)*通讯作者Tel：010-82543966E-mail：hongys@imechac．cn荸

8、雳播武lChenc，LiuF，FuQ，etalInvestigationofsubsequentyieldsurfaceevolutionunderbiaxialtensionActaAeronauticaetAstro-nauticaSin

9、ica．2012．33(12)：2230．2239．踩岑．翩芳．付强．等．双轴拉伸应力下后继屈服面的演化研究i航空学报．2012．33(12)：2230-2239．陈岑等：双轴拉伸应力下后继屈服面的演化研究在复杂应变加载路径下的屈服面，研究了屈服面的形状和大小的改变以及中心点的移动，但缺乏对屈服面演化过程的讨论。尽管晶体模型能描述出材料的微结构及塑性变形机制，但存在参数过多且缺乏物理意义等问题。此外，也有学者将宏观唯象模型与晶体塑性模型相结合，例如Kowal—czyk和Gambin[1朝将材料的微观塑性变形机制引入到经典塑性理论中研究屈服面，也为研究后继屈服

10、面演化提供了一种可能的方法。本文利用一种基于微观物理