弹塑性比例叠加的锥压入半解析模型与试验方法

作者：张思宇; 蔡力勋^*; 司淑倩; 陈辉; 刘晓坤

来源：工程力学, 2023, 40(02): 232-246.

DOI：10.6052/j.issn.1000-4750.2021.09.0684

• 能量密度等效
• 应力-应变关系
• 半解析模型
• 锥压入
• 试验方法

基于能量密度等效，考虑圆锥压入(锥压入)过程中线性律纯弹性和幂律纯塑性的应变能比例叠加，提出了弹塑性应变能比例叠加的锥压入载荷-位移模型(Load vs. Displacement Model based on Proportional Superposition of elastoplastic-energy under conical indenting,LDM-PS)，进而提出了获取材料Ramberg-Osgood律(R-O律)应力-应变关系的锥压入试验方法。针对80种设定材料，通过LDM-PS预测的载荷-位移曲线(正向预测)与有限元分析结果密切吻合，并且以有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)所得载荷-位移曲线作为试验模拟曲线，采用两种锥角圆锥压头分别对平滑材料表面进行两次单锥压入加载(双锥压入)，可通过对双锥压入的两个载荷-位移曲线的加载阶段按抛物律(Kick律)回归可实现R-O律参数的求解。由LDM-PS预测的R-O律应力-应变关系曲线(反向预测)与FEA的条件关系曲线密切吻合；针对8种金属材料完成了双锥压入试验，通过锥压入试验新方法预测的应力-应变关系、弹性模量和强度与传统单轴拉伸试验结果吻合良好。

• 单位
  西南交通大学; 土木工程学院; 长沙理工大学