中錳鋼棘輪行為的細(xì)觀有限元模擬

暢舒心,張 娟,劉駿華,黃興民

(西南交通大學(xué)1.力學(xué)與航空航天學(xué)院,應(yīng)用力學(xué)與結(jié)構(gòu)安全四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.材料科學(xué)與工程學(xué)院,成都 610031)

0 引 言

中錳(錳質(zhì)量分?jǐn)?shù)在4%～12%)鋼因存在相變誘發(fā)塑性(TRIP)效應(yīng)而具有高強(qiáng)高韌性,在汽車工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用[1-2]。鋼結(jié)構(gòu)件在加工成形以及實(shí)際服役時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生較大的變形以及承受循環(huán)載荷;在非對(duì)稱應(yīng)力控制循環(huán)加載下,結(jié)構(gòu)件會(huì)產(chǎn)生塑性變形的累積現(xiàn)象,即棘輪效應(yīng)[3]。棘輪效應(yīng)中產(chǎn)生的漸進(jìn)變形,即棘輪應(yīng)變的累積會(huì)加速疲勞裂紋擴(kuò)展和損傷累積,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)件疲勞壽命縮短或使其塑性變形遠(yuǎn)超限值,這是工程應(yīng)用中不可忽略的重要問(wèn)題之一[4-5]。由于中錳鋼由殘余奧氏體、鐵素體等多種相組成,并且在變形過(guò)程中會(huì)發(fā)生馬氏體相變,因此其力學(xué)行為比一般鋼材更為復(fù)雜。另外,在循環(huán)載荷作用下,這種復(fù)雜的顯微組織演變也勢(shì)必會(huì)對(duì)其棘輪行為產(chǎn)生影響。然而,目前能夠探究變形過(guò)程中材料內(nèi)部微結(jié)構(gòu)受力的原位試驗(yàn)設(shè)備還較少[6],且成本較高,這使得通過(guò)試驗(yàn)方法來(lái)研究中錳鋼棘輪變形過(guò)程中的顯微組織演變較為困難。隨著計(jì)算機(jī)性能的進(jìn)一步提高,有限元模擬憑借直觀易得、節(jié)約成本的優(yōu)勢(shì)逐漸成為探究中錳鋼變形行為的有力工具[7]。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)TRIP鋼單軸拉伸過(guò)程中組織演變對(duì)力學(xué)性能影響的有限元模擬研究較多。DAN等[8]采用有限元模擬對(duì)TRIP鋼板成形過(guò)程中應(yīng)變誘發(fā)馬氏體相變效應(yīng)進(jìn)行了研究?！?br>