Hockett-Sherby (HS) 外延模型详解：描述高应变硬化行为高精度饱和模型

一、模型起源与核心思想

1. 提出背景

• 提出者：J.E. Hockett 和 O.D. Sherby 于1975年提出，旨在统一描述金属材料在低应变区的幂律硬化与高应变区的动态回复导致的应力饱和行为。

• 科学动机:解决传统模型（如Hollomon、Voce）在宽应变范围内拟合精度不足的问题，尤其在预测大应变(εp>0.5)材料性能时更具优势。

2. 物理内涵

HS模型假设材料硬化由两种机制主导：

1. 位错增殖

   （低应变区）：遵循幂律关系，对应Hollomon项；  

2. 动态回复

   （高应变区）：导致应力趋于饱和，对应Voce项。
   模型通过耦合这两种机制实现全应变范围内的精准描述。  

二、数学模型与参数解析

三、参数标定方法

四、HS模型对比其他硬化模型

五、工程实现与软件应用

六、工业应用案例

七、总结与选型建议

1. HS模型的核心优势

• 宽应变覆盖：精准描述从初始屈服到高应变饱和的全阶段行为；

• 物理机制融合：结合位错增殖与动态回复的竞争效应；

• 外推能力强：基于有限试验数据预测大应变性能（如颈缩后阶段）。

2. 适用场景

• 材料研发：评估新材料在极端变形下的性能极限；

• 成形仿真：预测大变形工艺（如液压成形、旋压）中的破裂风险；

• 碰撞安全：高精度计算结构件在碰撞中的能量吸收。

3. 注意事项

• 数据质量：确保试验数据覆盖至少εp=0.5；

• 参数敏感性：采用全局优化算法避免局部最优；

• 计算成本：HS模型复杂度较高，需权衡精度与仿真效率。

参考文献

1. Hockett, J.E., & Sherby, O.D. (1975). Journal of the Mechanics and Physics of Solids.
2. ABAQUS Analysis User’s Manual, Dassault Systèmes.
3. LS-DYNA Keyword User’s Manual, LSTC.