铝合金冲击载荷下的动态温度与能量转化研究

来源：振动与冲击杂志2025年第22期北京时间：

作者：黄晨瑞,，穆朝民chmmu@mail.ustc,，刘安坤，黄禧隆，张昌辉

单位：1.安徽理工大学矿业工程学院，安徽淮南232001；2.安徽理工大学煤炭无人化开采数智技术全国重点实验室，安徽淮南232001；3.安徽理工大学安全与科学工程学院，安徽淮南232001；4.安徽理工大学电气与信息工程学院，安徽淮南232001

摘要：本研究基于高速红外测温系统，结合分离式霍普金森压杆（SHPB）试验系统，系统研究了6061铝合金在不同冲击载荷下的动态温度演化与能量转化机制。通过搭建1MHz高速红外测温系统，并结合静态标定与试验数据验证，确保了温度测量的高精度与可靠性。试验结果表明，在冲击加载过程中，铝合金的力学响应与温度演化密切耦合，塑性变形导致塑性功转化为热能，使温度逐步上升，并在应力峰值处达到最大。卸载后，塑性功部分转化为热能，温度仍保持在较高水平，且随应变率增加，温升效应更显著。此外，研究发现温升与塑性功转换系数β呈正相关，塑性功主要转化为热能，且热转换率N与β高度一致，均可表征塑性功向热能的转化比例。为更准确描述动态冲击过程中的 热软化效应，本文修正了Johnson-Cook本构模型，并引入实时温度变化以优化材料的力学预测精度。数值模拟结果与实验数据高度吻合，验证了高速红外测温系统的可靠性，并为6061铝合金在高应变率冲击条件下的数值模拟提供了坚实的理论基础，为航空航天、高速碰撞及工程应用提供有效支持。<br>

关键词：高速红外测温；动态温度；能量转化；塑性功；Johnson-Cook本构模型