兵工学报 ›› 2025, Vol. 46 ›› Issue (1): 231210-.doi: 10.12382/bgxb.2023.1210
李祥辉1,2, 张兴渝1,2, 胡家豪1,2, 刘洋1,2, 马伯翰3, 王永刚1,2, 蒋招绣1,2,*()
收稿日期:
2023-12-26
上线日期:
2024-03-25
通讯作者:
基金资助:
LI Xianghui1,2, ZHANG Xingyu1,2, HU Jiahao1,2, LIU Yang1,2, MA Bohan3, WANG Yonggang1,2, JIANG Zhaoxiu1,2,*()
Received:
2023-12-26
Online:
2024-03-25
摘要:
钢靶侵彻是一种典型的大塑性变形过程,靶材本构与损伤模型的构建是实现有限元模拟的重要前提。针对AISI 4340钢进行不同应力状态、应变率的静动态试验以及多层靶的侵彻试验。为实现钢靶侵彻的有限元模拟,引入能描述材料在大塑性应变阶段(即颈缩后)应力-应变响应的Swift-Voce混合塑性模型,以及同时考虑含应力三轴度、Lode角参数、应变率、温度的拓展Hosford-Coulomb断裂起始模型。在模型参数标定中,基于试验数据和有限元模拟进行塑性模型的参数标定;在构建误差函数以及单纯形法的线性规划算法基础上标定断裂起始模型的参数;通过建立准静态拉伸试验、动态拉伸试验和侵彻试验的有限元模型,对塑性和断裂起始模型参数进行反演验证。研究结果表明:AISI 4340钢表现出明显的应变率强化和热软化效应;新构建的本构与损伤模型能够准确预测钢靶材料的变形与断裂行为,且在侵彻试验模拟中与试验结果较为吻合。
中图分类号:
李祥辉, 张兴渝, 胡家豪, 刘洋, 马伯翰, 王永刚, 蒋招绣. AISI 4340钢靶大塑性模型及断裂起始模型参数研究[J]. 兵工学报, 2025, 46(1): 231210-.
LI Xianghui, ZHANG Xingyu, HU Jiahao, LIU Yang, MA Bohan, WANG Yonggang, JIANG Zhaoxiu. Study on the Large Plasticity Model and Fracture Initiation Model Parameters of AISI 4340 Steel Targets[J]. Acta Armamentarii, 2025, 46(1): 231210-.
2.086 | 2.816 | 1.845 |
表1 试样的断裂位移
Table 1 Fracture displacements of specimens mm
2.086 | 2.816 | 1.845 |
试验序号 | 着靶速度/ (m·s-1) | 侵彻深度/ mm | 2号靶弹坑 直径/mm |
---|---|---|---|
1 | 1733.3 | 50.52 | 16.84 |
2 | 1714.5 | 51.43 | 16.42 |
3 | 1765.5 | 52.00 | 17.23 |
表2 侵彻试验结果
Table 2 Penetration test results
试验序号 | 着靶速度/ (m·s-1) | 侵彻深度/ mm | 2号靶弹坑 直径/mm |
---|---|---|---|
1 | 1733.3 | 50.52 | 16.84 |
2 | 1714.5 | 51.43 | 16.42 |
3 | 1765.5 | 52.00 | 17.23 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
E/GPa | 210 | C | 0.023 |
υ | 0.3 | 0/s-1 | 0.001 |
A0/MPa | 1111 | Tr/℃ | 25 |
ε0 | 0.0007 | Tm/℃ | 1520 |
n0 | 0.162 | m | 0.85 |
k0/MPa | 423.5 | ηk | 0.9 |
Q1/MPa | 383 | ρ/(kg·m-3) | 7850 |
β | 25 | Cv/(J·kg-1·℃-1) | 477 |
α | 0.6 |
表3 AISI 4340钢塑性模型参数
Table 3 The plasticity model parameters for AISI 4340 steel
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
E/GPa | 210 | C | 0.023 |
υ | 0.3 | 0/s-1 | 0.001 |
A0/MPa | 1111 | Tr/℃ | 25 |
ε0 | 0.0007 | Tm/℃ | 1520 |
n0 | 0.162 | m | 0.85 |
k0/MPa | 423.5 | ηk | 0.9 |
Q1/MPa | 383 | ρ/(kg·m-3) | 7850 |
β | 25 | Cv/(J·kg-1·℃-1) | 477 |
α | 0.6 |
参数 | 数值 |
---|---|
a | 1.38 |
b | 1.213 |
c | 0.0035 |
DNT6 | 0.9927 |
DNT20 | 1.0173 |
DSH | 1.0013 |
表4 AISI 4340钢断裂起始模型参数和各试样断裂位移 d i f时刻的损伤指标Di
Table 4 Fracture initiation model parameters for AISI 4340 steel and the corresponding Di at the moment of fracture displacement d i f for NT6,NT20 and SH
参数 | 数值 |
---|---|
a | 1.38 |
b | 1.213 |
c | 0.0035 |
DNT6 | 0.9927 |
DNT20 | 1.0173 |
DSH | 1.0013 |
参数 | 数值 |
---|---|
E/GPa | 210 |
υ | 0.3 |
ρ/(g·cm-3) | 7.8 |
表5 杆的模型参数
Table 5 The model parameters of bars
参数 | 数值 |
---|---|
E/GPa | 210 |
υ | 0.3 |
ρ/(g·cm-3) | 7.8 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 17600 | D1 | 0.008 |
G/GPa | 160 | D2 | 0.115 |
A/MPa | 645 | D3 | 4.26 |
B/MPa | 419 | D4 | 0.2 |
n | 0.31 | D5 | 3.74 |
C | 0.05 | Cv/(J·kg-1·℃-1) | 134 |
m | 0.5 | C0/(m·s-1) | 3 850 |
0/s-1 | 0.001 | S1 | 1.24 |
Tr/℃ | 25 | γ0 | 1.58 |
Tm/℃ | 1 479 | ηk | 0.9 |
表6 93钨合金模型参数
Table 6 Model parameters of 93WHA
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ/(kg·m-3) | 17600 | D1 | 0.008 |
G/GPa | 160 | D2 | 0.115 |
A/MPa | 645 | D3 | 4.26 |
B/MPa | 419 | D4 | 0.2 |
n | 0.31 | D5 | 3.74 |
C | 0.05 | Cv/(J·kg-1·℃-1) | 134 |
m | 0.5 | C0/(m·s-1) | 3 850 |
0/s-1 | 0.001 | S1 | 1.24 |
Tr/℃ | 25 | γ0 | 1.58 |
Tm/℃ | 1 479 | ηk | 0.9 |
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