Page 12 - 《爆炸与冲击》2026年第8期

第 46 卷 彭 建，等： 核级不锈钢Z2CN18.10的Johnson-Cook本构模型和失效准则 第 8 期

意的是，在 Hopkinson 杆动态实验中，实际应变率并非恒定，而是围绕名义应变率发生波动，并总体随应
变的增大呈逐渐下降的趋势，这一现象在较低应变率条件下更显著，可能与试样几何变化及波传播特性
有关。此外，高应变率变形中由塑性功转化的绝热温升效应也不容忽视，其所引起的热软化行为将对流
动应力的准确表征带来挑战。因此，在构建该材料的 J-C 本构模型时，需综合考虑应变率效应的定量描
述及其与绝热温升的耦合影响，以提高模型在宽范围加载条件下的预测精度与适用性。

1 200 1 000 800
800
1 000
True stress/MPa 800 True stress/MPa 600 True stress/MPa 400
600
600
400
400
200 200 200
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4
True strain True strain True strain
(a) 25 ℃ (b) 200 ℃ (c) 400 ℃
0.001 s −1 0.01 s −1 500 s −1 1 000 s −1 2 000 s −1 3 000 s −1

图 12 不同应变率的真应力应变曲线
Fig. 12 True stress-strain curves at different strain rates
图 13 展示了核级不锈钢 Z2CN18.10 在不同应变率（0.001～3 000 s ）条件下，温度对其真实应力-应变
−1
响应的影响。从曲线中可观察到，随着温度的升高，材料的流动应力与动态屈服强度均显著降低，表现出
明显的热软化行为，这主要归因于高温下原子振动加剧、位错运动能力增强以及可能发生的动态回复与
再结晶等微观机制。在不同应变率下，温度软化效应均持续存在，但在高应变率范围内（如 500～3 000 s ），
−1
由于塑性变形中绝热温升的叠加影响，实际温度软化的测量与表征需更为谨慎。这一结果表明，温度是
影响该材料力学行为的关键因素，在构建 J-C 本构模型时，必须引入合理的热软化项以准确反映其在宽温
域下的流动应力响应。从图 13 可以看出，高应变率工况下（如 500～3 000 s ），400 ℃ 与 25 ℃ 的应力-应
−1

1 200 25 ℃ 1 000 800
200 ℃
1 000
True stress/MPa 800 True stress/MPa 600 True stress/MPa 600
800
400 ℃
600
400
400
400
200 ℃
200 ℃
200 200 25 ℃ 200 25 ℃
400 ℃
400 ℃
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
True strain True strain True strain/10
(a) 0.001 s −1 (b) 0.01 s −1 (c) 500 s −1
1 000 1 200 1 200
1 000
1 000
True stress/MPa 600 25 ℃ True stress/MPa 800 25 ℃ True stress/MPa 800 25 ℃
800
600
600
400
400
400
200 ℃
200
400 ℃
400 ℃ 200 200 ℃ 200 200 ℃
400 ℃
0 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0 0.1 0.2 0.3 0.4
True strain True strain True strain
(d) 1 000 s −1 (e) 2 000 s −1 (f) 3 000 s −1
图 13 不同温度的真应力-应变曲线
Fig. 13 True stress-strain curves under different temperatures
081001-9