[发明专利]一种基于MJC模型预测钛合金失效模式和弹体弹道极限的方法

说明书

本发明提供了一种基于MJC模型预测钛合金失效模式和弹体弹道极限的方法，属于钛合金动态特性研究技术领域。本发明在现有预测钛合金失效模式和弹体弹道极限方法的基础上增加线性体积粘性系数、沙漏控制系数和二次体积粘性系数，通过限定这三种系数的数值范围，解决了现有预测方法存在单元失效导致结果不准确的问题，从而进一步提高了预测的准确性。实施例的结果显示，采用本发明提供的方法得到的弹道极限为152.5m/s，实际弹道极限为158.5m/s，误差仅为3.8％；采用本发明提供的方法得到的钛合金板的裂纹长度为72mm，实际裂纹长度为70mm，误差仅为2.9％。

技术领域

本发明属于钛合金动态特性研究技术领域，具体涉及一种基于MJC模型预测钛合金失效模式和弹体弹道极限的方法。

背景技术

TC4钛合金具有优异的耐腐蚀性、低密度以及高韧性等优点，在航空航天与其它化工领域被广泛的应用。因此，研究TC4钛合金的力学性能就显得尤为重要。

目前，国内学者邓云飞等在“TC4钛合金力学性能测试及其本构关系研究”中通过对TC4钛合金的大量力学性能试验已经拟合了MJC本构关系模型，也对其失效模型进行了相关研究，同时采用MJC模型预测了钛合金失效模式和弹体弹道极限，方法为弹靶撞击实验，其中，弹体材料为38CrSi，硬度大致为53HRC，直径为12.66mm，名义质量为34.5g，靶体厚度为2mm，有效直径为180mm，首先基于弹靶撞击试验结果结合ABAQUS/Explicit/LS-DYNA软件建立相应的弹靶撞击有限元模型，再将MJC本构模型和断裂准则及材料参数嵌入到有限元程序中，进行数值仿真计算，其中，材料参数仅包括弹体材料的参数，结果显示：试验弹道极限为128.5m/s，MJC模型弹道极限为121.3m/s，误差为5.9％。虽然相比于JC模型预测弹道极限更精准，但与试验值相差仍较大。因此，如何更准确的预测钛合金失效模式和弹体弹道极限成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于MJC模型预测钛合金失效模式和弹体弹道极限的方法。本发明提供的方法能够更准确的预测钛合金失效模式和弹体弹道极限。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种基于MJC模型预测钛合金失效模式和弹体弹道极限的方法，包括如下步骤：

(1)采用弹体材料对钛合金板进行撞击，得到弹体材料的速度变化与钛合金板的受损变形的数据；

(2)根据所述步骤(1)得到的数据结合计算机软件LS-DYNA建立有限元模型；

(3)将MJC模型及材料参数嵌入到所述步骤(2)的有限元模型中，进行数值仿真计算，得到钛合金板失效尺寸和弹体弹道极限；所述材料参数包括线性体积粘性系数、沙漏控制系数和二次体积粘性系数；所述线性体积粘性系数为0.01～0.1；所述沙漏控制系数为0.05～0.15；所述二次体积粘性系数为1.0～2.0。

优选地，所述步骤(1)中的弹体材料为钢珠；所述钢珠的直径为25.0～25.5mm。

优选地，所述钢珠的直径为25.1mm。

优选地，所述步骤(1)中钛合金板的材质为TC4钛合金。

优选地，所述步骤(1)中钛合金板的厚度为3mm，有效直径为230mm。

优选地，所述步骤(1)中采用弹体材料对钛合金板进行撞击时弹体材料的入射速度为151.2～198.6m/s。

优选地，所述步骤(3)中材料参数还包括弹体材料的密度、弹性模量和泊松比。

优选地，所述弹体材料的密度为7500～8000Kg·m^-3；所述弹性模量为200～250GPa；所述泊松比为0.1～0.5。