TC17钛合金高应变率本构模型参数识别：纳秒脉冲激光冲击研究

"该文研究了纳秒脉冲激光诱导冲击波作用下TC17钛合金的高应变率本构模型参数辨识方法。基于Johnson-Cook (J-C)模型，结合有限元模拟和修正的Levenberg-Marquardt (L-M)算法，对激光冲击下的材料行为进行了建模和分析。通过实验获得了不同工艺条件下TC17的残余应力场分布以及中应变率条件下的动态响应曲线。通过引入低应变率条件下的响应数据作为约束，成功辨识出高应变率状态下的J-C模型参数。实验与计算结果的对比验证了所辨识参数的有效性，能够准确描述TC17在高应变率条件下的动态响应，并预测激光冲击产生的残余应力场。" 本文主要探讨了在纳秒脉冲激光诱导冲击波作用下，TC17钛合金材料的高应变率本构模型参数辨识问题。TC17钛合金因其优异的机械性能和耐腐蚀性，在航空航天等领域有着广泛的应用。在高速撞击或激光冲击等极端条件下，材料的行为往往呈现出与静态加载截然不同的动态响应，因此需要建立能描述这些复杂行为的本构模型。 Johnson-Cook (J-C)模型是广泛应用的一种描述金属材料动态响应的本构模型，它考虑了应变速率、温度和塑性应变等因素对材料强度的影响。文章提出了一种结合有限元模拟和修正的Levenberg-Marquardt优化算法的方法来辨识J-C模型的参数。这种方法可以更有效地处理实验数据和模型之间的匹配问题，从而获得更精确的参数值。 实验部分，作者通过改变激光参数，观察TC17材料在高应变率条件下的残余应力场分布，这些数据为模型参数的辨识提供了基础。同时，利用霍普金森压杆实验获取了中应变率条件下的动态响应曲线，这有助于全面理解材料的动态行为。通过引入低应变率条件下的实验数据作为约束，保证了模型参数在不同应变率下的合理性。 经过参数辨识，获得了适用于高应变率条件下的TC17钛合金J-C本构模型参数。这些参数可以准确描述材料在高应变率下的动态响应，如应力-应变关系，以及预测激光冲击产生的残余应力场。实验结果与计算结果的对比验证了模型的可靠性和准确性。 这项工作不仅提供了TC17钛合金在高应变率条件下的本构模型，而且为激光冲击加工技术中的材料性能预测提供了理论支持，对于优化设计和工艺控制具有重要意义。未来的研究可以进一步扩展到其他类型材料，以提升模型的普适性。