一种超细晶材料的混合硬化模型及其数值模拟

摘要

针对超细晶材料强度高、塑性能力不佳以及饱和应力跟晶粒尺寸和应变率等因素有关的特点,在Johnson-Cook模型的基础上引入Hall-Petch关系式,再与Armstrong-Frederick非线性随动硬化规律进行叠加,提出一种同时包含各向同性硬化和非线性随动硬化的混合硬化模型。该数学模型不仅考虑了超细晶材料的尺寸效应,还计及了加工硬化和包辛格效应的组合效应。在推导出该混合硬化模型的积分算法的基础上进行有限元数值分析和试验数据的对比分析。对比结果表明,不同晶粒大小与不同应变率下的超细晶材料的数值仿真结果与试验数据均吻合较好,进而证明该数学模型的合理性。因此,该混合硬化模型不仅丰富了塑性力学的内容,也可为超细晶材料的结构件设计提供一定的理论依据。