钛合金动态剪切的多尺度模拟与绝热剪切带演化机制研究

摘要

为揭示钛合金高应变率下动态失效机制，本文以Ti-10V-2Fe-3Al为对象，结合JMatPro、Johnson-Cook（JC）本构与ABAQUS模拟，探究晶粒尺寸对其动态剪切及绝热剪切带（Adiabatic Shear Band, ASB）演化的影响.通过JMatPro计算1、10、100μm晶粒的应力-应变数据，拟合不同晶粒尺寸的JC本构方程，其中1μm晶粒合金屈服强度参数A（1 674.00 MPa）高于10μm（1 256.00 MPa）与100μm（1 094.00 MPa）晶粒尺寸合金的对应参数，且细晶粒应变强化、热软化敏感性更强.基于ABAQUS构建帽形试样分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）模型模拟显示：低应变率（8 m/s）时，1μm晶粒无连续ASB；高应变率（20 m/s）时，其ASB快速形成，最高温升超100 K，升温耗时（2～3）×10^-5 s, ASB始于剪切区边角.本研究明确了晶粒尺寸与应变率对ASB的调控机制，为钛合金动态性能优化提供了有效支撑.

关键词

钛合金 / 高熵合金 / 绝热剪切带 / 本构方程 / 有限元