УДК 539.3

 

Strain rate effect of yield strength has been a hot topic for a long time in impact mechanics over decades, and it is important to explore the physical mechanism behind this phenomenon. In this study, a one-dimensional stress bar analytical model for the dynamic yield stress of metal materials under a sinusoidal stress wave pulse is presented based on the structural-temporal failure criterion, and the corresponding numerical results accord well with previous experimental data under the high strain rate. Moreover, the dynamic yield strength can be determined by the nondimensional parameters κ and χ as well as a material parameter α. Specifically, the first nondimensional parameter κ can be determined by the ratio between the loading amplitude and quasi-static yield strength. The second nondimensional parameter χ is calculated by the ratio between the loading period and the incubation time. Therefore, the dynamic yield strength can be essentially determined by the quasi-static material parameters, incubation time and loading parameters. The so-called strain-rate effect on the yield strength should be treated as an interaction process parameter in a dynamic loading-material system and should not be considered as an intrinsic material property anymore. Additionally, this study may help researchers to determine the parameters in the numerical models including the strain rate effect of the dynamic yield surface.

Keywords: dynamic yield stress, analytical solution, structural-temporal failure criterion, sinusoidal pulse, metal materials.

 

Аналитическая модель динамического предела текучести металла

 

Влияние скорости деформации на предел текучести является важным вопросом в механике ударного нагружения на протяжении десятилетий, что обуславливает актуальность изучения физического механизма данного явления. В настоящей работе с использованием структурно-временного критерия разрушения предложена одномерная аналитическая модель напряженного состояния бруска для динамического предела текучести металлических материалов при импульсном знакопеременном воздействии волны напряжений. Полученные численные результаты хорошо согласуются с полученными ранее экспериментальными данными для высоких значений скорости деформации. Показана возможность определения динамического предела текучести с помощью безразмерных параметров κ, χ, а также параметра материала α. Первый безразмерный параметр κ может быть определен соотношением, связывающим амплитуду нагружения и квазистатический предел текучести. Второй безразмерный параметр c рассчитывается по соотношению между циклом нагружения и временем инкубации. Следовательно, для определения динамического предела текучести можно использовать квазистатические параметры материала, время инкубации и параметры нагружения. Влияние скорости деформации на предел текучести следует рассматривать как параметр взаимодействия в системе динамически нагружаемого материала, а не как внутреннее свойство материала. Предложенная модель также может быть использована для определения параметров в числовых моделях, которые учитывают влияние скорости деформации на динамическую поверхность текучести.

Ключевые слова: динамическое напряжение текучести, аналитическое решение, структурно-временной критерий разрушения, синусоидальный импульс, металлические материалы

 

DOI 10.24411/1683-805X-2018-15009

 

 

 

Ch. Yan, R. Liu, Zh.-Ch. Ou  Analytical model for dynamic yield strength of metal // Физ. мезомех. - 2018. - Т. 21. - № 5. - С. 76-81