Cu-Cr-Zr合金动态载流力学性能及其修正Johnson-Cook模型

李伟昊; 陈立; 石昊; 李成成; 周佳婧; 刘鸿第; 石桓通; 李兴文

西安交通大学学报 ›› 2025, Vol. 59 ›› Issue (11) : 218 -226.

李伟昊, 陈立, 石昊, 李成成, 周佳婧, 刘鸿第, 石桓通, 李兴文

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摘要

针对电磁轨道发射装备多场耦合仿真中传统本构模型无法表征载流条件下材料电-力耦合力学行为的问题，提出一种融合电致塑性效应的修正本构模型以提高计算精度。该研究基于霍普金森拉杆实验平台增加了超级电容载流回路，通过高应变率试验缩短有效信号时长避免电磁干扰，并在此平台开展了不同应变率与电流密度下的Cu-Cr-Zr合金动态拉伸试验，获得了相应条件下的应力-应变曲线。实验结果表明：Cu-Cr-Zr合金在动态拉伸条件下的强度显著高于准静态拉伸条件，表现出明显的应变率强化效应；随着电流密度的增加，流动应力逐渐下降，尤其在电流密度达到5.7×10～8 A/m²时，出现显著的流动应力下降现象，其中屈服强度降低了94 MPa,极限强度降低了177.9 MPa。基于实验数据，对Johnson-Cook模型修正了应变率强化项并引入了电致塑性项，从而能够有效描述材料在动态载流拉伸条件下的力学行为。修正后的模型预测结果与实验曲线吻合较好，误差小于3.69%,为电磁能装备多物理场计算与材料考核提供了参考。