基于逆向擬合法的H13鋼J-C本構(gòu)修正模型

張靜，張松，李斌訓(xùn)

(1.山東大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，高效潔凈機(jī)械制造教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東濟(jì)南，250061；2.山東大學(xué)機(jī)械工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，山東濟(jì)南，250061)

近年來(lái)，隨著對(duì)切削機(jī)理及數(shù)值模擬研究的不斷深入，材料的流變應(yīng)力行為建模受到了廣泛的關(guān)注。其中，材料塑性變形的流變應(yīng)力是預(yù)測(cè)切削變形力學(xué)行為和微觀組織性能以及制定切削加工工藝的重要依據(jù)之一[1]。因此，準(zhǔn)確建立材料在高溫、高應(yīng)變率條件下的本構(gòu)方程，對(duì)研究材料的高速切削加工性能以及切削層材料損傷具有重要意義。在工程材料動(dòng)態(tài)力學(xué)行為研究中，通常利用分離式霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)來(lái)建立材料的本構(gòu)關(guān)系方程。針對(duì)不同的材料參數(shù)的求解，傳統(tǒng)的方法是對(duì)實(shí)驗(yàn)獲得的應(yīng)力和應(yīng)變反復(fù)進(jìn)行運(yùn)算處理，然后逐個(gè)求出相應(yīng)的模型參數(shù)。陳剛等[2-5]提出了一種基于數(shù)字圖像相關(guān)(digital image correlation，DIC)技術(shù)逆向建立材料本構(gòu)方程的方法。魯世紅等[6]利用霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)，研究了H13鋼的高應(yīng)變速率動(dòng)態(tài)性能，并建立了該材料在溫度為293～873 K，應(yīng)變率為103～104 s-1條件下的J-C 本構(gòu)模型。ZHANG 等[7]利用DIC 技術(shù)獲得加工過(guò)程中的切削力以及工件變形區(qū)域，再結(jié)合有限元仿真確定了Al6061-T4 在切削狀態(tài)下的本構(gòu)方程。李濤等[8]利用有限元仿真建立了淬硬模具鋼正交切削的力學(xué)模型，并構(gòu)建了模具鋼在溫度為273～873 K，應(yīng)變率為700～6 000 s-1條件下的J-C本構(gòu)方程。在上述本構(gòu)模型中，材料參數(shù)被視為常數(shù)，這些本構(gòu)模型往往僅適用于預(yù)測(cè)特定條件下的材料流變應(yīng)力行為，當(dāng)實(shí)驗(yàn)條件超過(guò)特定范圍的應(yīng)變溫度或者應(yīng)變率時(shí)，預(yù)測(cè)精度往往較低。……