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3 篇 谢兰生
3 篇 王伟
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118 篇 中文

检索条件"主题词=Johnson-Cook本构模型"

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镍钨高密度合金本构参数确定及时效工艺研究

镍钨高密度合金本构参数确定及时效工艺研究

引用

作者：冯吉威北京理工大学

学位级别：硕士

反深层目标战斗部的需要其弹体材料具备较高的强度及塑韧性匹配以及高速冲击下优良的动态响应能力,而随着对弹体侵彻能力的需求增加,研制新型的钻地弹弹体材料是具有现实意义的。本文所研究的DT730镍钨高密度合金是一种以Ni17W3为基体,... 详细信息

反深层目标战斗部的需要其弹体材料具备较高的强度及塑韧性匹配以及高速冲击下优良的动态响应能力,而随着对弹体侵彻能力的需求增加,研制新型的钻地弹弹体材料是具有现实意义的。本文所研究的DT730镍钨高密度合金是一种以Ni17W3为基体,包含Co,Ti等固溶元素的合金材料,展现出高密度、高塑性和高强度等优良特性。鉴于其应用背景,本文对DT730镍钨高密度合金进行了如下研究:（1）对原始锻态的镍钨合金材料进行了室温准静态压缩测试,高温准静态压缩测试（600℃-1000℃）以及不同应变率的动态力学性能测试,对镍钨合金的基本力学性能进行初步了解。通过上述测试获得的力学性能数据拟合得到合金材料本构模型,但由于其温度项参数并不能有效预测材料高温变形行为,因此对温度项进行优化,得到如下johnson-cook本构模型:σeq=665.6876+343.4576εeq0.61081+0.4058 lnε*eq1-0.5926T*0.4073试验结果表明拟合所得得到的模型能够较好的预测镍钨合金的力学行为。（2）为研究镍钨合金材料在高应变率载荷下的响应及变形、破坏机理,进行了泰勒冲击试验。试验结果表明,镍钨合金制成的泰勒杆在随着冲击速度的增大逐步呈现出镦粗、剪切破坏和破碎三种破坏方式。材料破坏的临界冲击速度为252m/s,接触面上的压力为5.94GPa。弹体材料在低速冲击下,仅在头部发生横向变形;而在高速冲击下,材料产生剧烈的塑性变形,裂纹从变形局域化区域萌生并扩展,产生剪切破坏;随着冲击速度继续增加,卸载拉伸波作用产生的孔穴导致了材料内部缺陷,孔穴生长、合并,并与裂纹相互作用使得材料发生破碎。（3）为获得更高强度的镍钨合金材料,对其进行了分别以时效温度（600-800℃）和时效时间（2h-12h）为变量的两种时效处理,并对时效处理后的合金材料进行了成分分析、形貌分析以及各项力学性能测试。试验结果表明,时效处理后的合金材料晶粒尺寸并未发生明显变化,且依然保持奥氏体的面心立方结构;时效峰出现在750℃-10h,此时合金材料展现出最佳的力学性能,初步分析这是由于高硬相Ni4W的析出以及弥散分布强化。

关键词：高密度合金 johnson-cook本构模型泰勒冲击时效热处理

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高速切削GH4169切削区材料塑性行为研究

高速切削GH4169切削区材料塑性行为研究

引用

作者：姬芳芳长春工业大学

学位级别：硕士

镍基高温合金GH4169是多组元复杂合金,具有理想的抗蠕变性能,有害相少,耐高温氧化,具有优良的高温强度、较好的热稳定性和抗热疲劳性能,广泛应用于航空、航天及核工业。但由于GH4169切削加工性很差,在切削过程中,切削变形复杂,切削温度... 详细信息

镍基高温合金GH4169是多组元复杂合金,具有理想的抗蠕变性能,有害相少,耐高温氧化,具有优良的高温强度、较好的热稳定性和抗热疲劳性能,广泛应用于航空、航天及核工业。但由于GH4169切削加工性很差,在切削过程中,切削变形复杂,切削温度高、切削力大且波动大,形成锯齿形切屑,刀具磨损严重,严重制约其广泛应用,一直是学术界与企业界关注的焦点问题。因此,镍基高温合金GH4169切削区材料塑性行为的研究具有重要的价值和意义。镍基高温合金GH4169在切削过程中,形成锯齿形切屑,但锯齿形切屑中单节切屑的形成过程非常短暂,相关的实时微观测试手段实施比较困难,很难使用传统方法对整个过程进行实时观察与分析。本文采用切削实验与有限元仿真相结合的方法对高速切削镍基高温合金GH4169的过程进行研究,主要包括以下几方面的研究成果和结论:首先,通过霍普金森压杆实验建立GH4169高速、高应变率条件下的johnson-cook本构模型,并采用ABAQUS有限元软件模拟高速切削GH4169高温合金的切削变形过程,结合切削实验获取的切屑根金相图片,分析锯齿形切屑演变过程与机理。结果表明:切削过程中的局部材料温度升高导致材料的热软化效应,改变了切削应力的分布状态,发生了热塑性剪切失稳,形成剪切局部化,导致切屑的不均匀变形从而形成了锯齿形切屑。其次,通过研究绝热剪切带的微观结构及组织演变,进而深入研究裂纹形成机理。可以得到:绝热剪切带以两种形式存在,形变带和转变带。通过切屑根金相组织的观察并结合不同温度和应变率条件下材料流动应力的情况,深入研究锯齿形切屑的形成过程。基于变形过程中切削区材料组织的流动应力情况,建立切削区材料随应变的硬化模型,将硬化情况显性化;基于Avrami equation,建立切削区动态再结晶动力学模型,并研究不同温度和应变率条件下的动态再结晶情况。最后,通过引入应力三轴度和Lode角来揭示不同切削条件与断裂的关系,重点研究GH4169在切屑形成的过程中剪切带材料断裂失效的行为。

关键词： GH4169 johnson-cook本构模型锯齿形切屑应力三轴度 Lode角参数

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TA1钛合金压印接头力学性能与疲劳损伤机理研究

TA1钛合金压印接头力学性能与疲劳损伤机理研究

引用

作者：卢岩湘潭大学

学位级别：硕士

TA1钛合金材料作为一种强度高,比重轻,耐腐蚀性能优良的新型材料当前已逐渐在汽车工业中展现了它的实力。由于TA1钛合金作为密排六方晶格金属,进行冶金连接时,界面硬脆相及导电性等问题影响着接头使用寿命。压印连接是一种在轻量化环境... 详细信息

TA1钛合金材料作为一种强度高,比重轻,耐腐蚀性能优良的新型材料当前已逐渐在汽车工业中展现了它的实力。由于TA1钛合金作为密排六方晶格金属,进行冶金连接时,界面硬脆相及导电性等问题影响着接头使用寿命。压印连接是一种在轻量化环境之下,能够实现无废料、低能耗、自动化程度高、便于批量生产、能够连接金属材料及非金属材料且不损坏被连接件表面的绿色低碳加工技术。本文针对钛合金压印技术已破坏区域发现一种内部组织缺陷结合外部磨损失效形式,可结合工程实际应用进行针对性工艺优化。本文首先对TA1钛合金材料进行研究,分别通过实验探究其塑性强度、屈服极限及抗拉强度等获得材料室温下本构模型。而后由接头颈部厚度、内锁值、底部厚度及连接尺寸研究了TA1钛合金压印接头成型性能,采用拉伸剪切试验对接头强度、破坏方式及能量吸收进行分析,最终结合材料本构模型剖析TA1钛合金压印接头成型性能、静力学性能以及疲劳性能。主要结论如下: (1)成型性能好坏并不能单纯以颈部厚度或镶嵌量大小来评判,需结合能量吸收值以及ABAQUS模拟结果进行综合讨论。 (2)TA1钛合金材料在常温下产生加工硬化现象,大应变冲击下材料无断裂发生,有效说明TA1钛合金是一种硬脆性较强的材料。同时随应变率增高,材料表现出一定程度温度热软化效应。 (3)TA1钛合金这种硬脆性材料进行压印连接时需对模具搭配、冲程以及压强等进行多方位考虑,避免连接点附近微裂纹的产生。同时,有限元模拟中成型云图可观察到,颈部处应力集中较为明显,配合拉伸-剪切试验不难看出,压印点颈部位置为破坏多发区。 (4)研究了TA1钛合金单搭压印接头的拉-拉疲劳性能,分别使用直线拟合法与三参数幂函数拟合法获得接头F-N曲线,对疲劳失效试件进行断口与磨屑分析后,发现TA1钛合金压印接头裂纹萌生方式主要有两种,其一为下板断裂处的内部裂纹,也就是由于材料内部缺陷导致的裂纹生长。另一种为表面裂纹,主要由应力集中现象导致。

关键词：压印连接有限元分析 TA1钛合金 johnson-cook本构模型疲劳性能

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分段杆对钢靶的侵彻性能研究

分段杆对钢靶的侵彻性能研究

引用

作者：郎林西南科技大学

学位级别：硕士

首先，利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA，采用Lagrange方法和johnson-cook本构模型，数值分析了钨合金长杆弹侵彻半无限钢靶的过程以及弹靶的损伤破坏情况，分别描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象。结果表明：在一定速度范围内... 详细信息

首先，利用显式动力有限元程序ANSYS/LS-DYNA，采用Lagrange方法和johnson-cook本构模型，数值分析了钨合金长杆弹侵彻半无限钢靶的过程以及弹靶的损伤破坏情况，分别描述了侵彻全过程的有关物理和力学现象。结果表明：在一定速度范围内，Lagrange法和johnson-cook本构模型适合于长杆弹侵彻的数值分析。数值分析验证了Alekseevskii-Tate模型的理论假设，并可进一步假设准定常阶段的侵彻速度u为常数，有可能令Alekseevskii-Tate模型更进一步简化。\n 然后，对长径比为5的平头钨合金长杆弹、分段体长径比为1的理想分段杆和带套筒的分段杆侵彻半无限厚钢靶进行了三维数值模拟。给出了其侵彻过程的典型时刻物理图像，在一定速度范围内侵彻深度的计算值与实验数据吻合较好，并对其侵彻性能进行了对比分析，结果表明：分段杆侵彻深度的主要贡献在相Ⅲ惯性扩孔阶段而不是连续长杆的相Ⅱ准定常侵彻阶段：分段间隔对侵彻深度的增加有显著地影响；套筒的贡献主要在于弹坑直径的增加而对侵彻深度的影响微小。\n 最后，还对分段间隔相同而分段体长径比不同的理想分段杆和分段体长径比相同而分段间隔不同的理想分段杆侵彻半无限厚钢靶进行了对比分析。得出分段体长径比和间隔对侵彻深度的影响均不是单调的增加或减小，而是存在一个最优值范围。\n 应用试验对比以及数值模拟相结合的分析方法，有效地描述了分段杆对钢靶的穿甲分析，为穿甲战斗部和防护结构的设计与研究提供理论依据。

关键词：分段杆钢靶长径比分段间隔数值模拟 johnson-cook本构模型

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基于数字图像相关法的延性金属力学性能与失效模式研究

基于数字图像相关法的延性金属力学性能与失效模式研究

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作者：王梧旭东华理工大学

学位级别：硕士

数字图像相关法分为二维数字图像相关法(Two Dimensional Digital Image Correlation,2D-DIC)与三维数字图像相关法(Three Dimensional Digital Image Correlation,3D-DIC),是一种基于计算机视觉技术测量方法,工作原理是通过图像处理软件处理一系列带有灰度分布的散斑图,对比材料变形前后的散斑图得到全场应变与位移。与传统的引伸计、电阻应变片相比,由于其具有操作简单、全场非接触性、精度与可靠性高等优点,被广泛应用于材料变形,断裂监测等工程中。本文基于3DDIC,选用黄铜作为实验材料,通过大量实验研究了应变率、缺口大小与铜含量对黄铜力学性能的影响,还研究了应力状态对黄铜失效模式的影响,主要内容与结论为: (1)为研究应变率、缺口大小与铜含量对延性金属力学性能的影响,本文选用黄铜作为研究对象,采用控制变量法进行实验,利用3D-DIC分析黄铜抗拉强度、屈服强度等力学性能参数及应力应变曲线,得到了板材颈缩处的应变场与位移场。标定johnson-cook(J-C)本构模型的材料参数与断裂准则参数,将其应用于ABAQUS软件中进行有限元模拟。模拟结果与3D-DIC实验得到的力学参数值符合误差允许范围,应变场分布规律也与3D-DIC实验结果具有良好的一致性,较好地表征了拉伸实验过程。 (2)为探究延性金属的失效模式,本文设计了两种双失效几何试样,即标准双失效试样与非对称双失效试样,选用H62黄铜作为研究对象,利用3D-DIC进行实验,结果表明标准双失效试样所有缺口均在高应力三轴度下失效,没有经历双失效模式;非对称双失效试样左、右两侧缺口在高应力三轴度下失效,中间缺口在低应力三轴度下失效,验证了双失效模式。标定Gurson–Tvergaard–Needleman(GTN)失效模型的材料参数,将其应用于ABAQUS有限元模拟,获得的应力三轴度/应变曲线在数值上验证了两种双失效试样不同失效模式,有限元模拟得到y轴方向应变场变化与分布规律均与3D-DIC实验结果具有良好的一致性,验证了GTN失效模型的有效性,进一步证明实验过程的准确性。 (3)对黄铜失效区域断口进行扫描电镜(Scanning Electron Microscope,SEM)分析,发现标准双失效试样三个缺口区域断口都呈孔洞状,即韧窝断裂。非对称双失效试样左、右两侧缺口区域断口主要呈孔洞状,即韧窝断裂;中间缺口区域断口主要呈剪切带状,即剪切断裂,表明只有非对称双失效试样才满足设计双失效模式的目标。

关键词：数字图像相关法延性金属应变场 johnson-cook本构模型双失效模式

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18CrNiMo7-6合金钢表面变质层动态本构参数确定

18CrNiMo7-6合金钢表面变质层动态本构参数确定

引用

作者：卢凤强郑州大学

学位级别：硕士

18CrNiMo7-6合金钢因其优异的力学性能而被广泛用于制造齿轮和轴承等关键构件。抗疲劳制造技术可以提高关键构件的疲劳寿命,该技术是控制表面完整性和表面变质层、以疲劳性能为判据和提高疲劳强度的新一代制造技术,其核心是通过精密加... 详细信息

18CrNiMo7-6合金钢因其优异的力学性能而被广泛用于制造齿轮和轴承等关键构件。抗疲劳制造技术可以提高关键构件的疲劳寿命,该技术是控制表面完整性和表面变质层、以疲劳性能为判据和提高疲劳强度的新一代制造技术,其核心是通过精密加工、热处理和喷丸等工艺使构件表面产生表面变质层,进而提高关键构件的疲劳寿命。由于表面变质层的机械性能呈梯度分布,现有方法无法获得表面变质层的动态本构参数,本文提出一种表面变质层动态本构参数的分析方法,并对18CrNiMo7-6合金钢渗碳热处理表面变质层的动态本构参数进行测试和表征,本论文主要工作如下: (1)对18CrNiMo7-6合金钢基体材料分别进行室温准静态单轴拉伸试验、高温准静态单轴拉伸试验和动态冲击压缩试验,得到18CrNiMo7-6合金钢在不同温度和不同应变率下的应力-应变曲线,并分析该材料在不同温度和不同应变率下的弹性模量、屈服强度和应变硬化指数等机械性能参数。 (2)结合试验数据,确定18CrNiMo7-6合金钢johnson-cook(J-C)动态本构模型的本构参数,开展J-C动态本构模型的修正,使本构模型更好地预测18CrNiMo7-6合金钢的动态力学性能。通过分离式霍普金森压杆(SHPB)试验的有限元模拟,以仿真与试验应力-应变曲线的误差为判据,确定J-C动态本构参数中的应变率强化参数。 (3)研究表面变质层动态本构模型的表征方法,开展18CrNiMo7-6合金钢渗碳热处理表面变质层的J-C动态本构参数研究。制备由不同渗碳深度处相连两梯度层组成的双梯度材料的薄板试样与薄壁圆环试样,开展薄板试样的拉伸试验与薄壁圆环试样的SHPB试验,根据试验应力-应变曲线,结合MATLAB和ANSYS/LS-DYNA分析软件,通过逐层外推和有限元反演的方式获取表面变质层梯度层的J-C动态本构参数,并建立J-C动态本构参数与表面变质层深度的关系。

关键词： 18CrNiMo7-6合金钢表面变质层 johnson-cook本构模型拉伸试验薄壁圆环分离式霍普金森压杆试验

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低屈服点钢的动态本构关系及其抗爆吸能性能研究

低屈服点钢的动态本构关系及其抗爆吸能性能研究

引用

作者：孙涛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

低屈服点钢具有比普通结构用钢更低的屈服强度,更好的塑性,其冲击韧性也良好,本文尝试探讨低屈服点钢在通过塑性变形来耗散爆炸冲击能量方面所可能具有的优势。对国产225MPa低屈服点钢AQ225进行了准静态与SHPB实验研究,拟合得到相应的Jo... 详细信息

低屈服点钢具有比普通结构用钢更低的屈服强度,更好的塑性,其冲击韧性也良好,本文尝试探讨低屈服点钢在通过塑性变形来耗散爆炸冲击能量方面所可能具有的优势。对国产225MPa低屈服点钢AQ225进行了准静态与SHPB实验研究,拟合得到相应的johnson-cook动态本构模型,并通过对SHPB实验数值模拟验证模型参数的准确性,进而对低屈服点钢制方板结构在爆炸冲击荷载作用下的动态响应进行数值模拟研究。主要内容包括以下几个方面: 首先,运用Instron材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对AQ225进行了准静态和动态实验研究。得到AQ225在准静态应变率和高应变率下的应力应变曲线,由实验数据拟合得到JC动态模型参数,并估算SHPB实验过程中绝热温升效应的影响程度。其次,对SHPB实验进行数值模拟研究。确定了较为合理的单元尺寸和接触刚度罚因子,将仿真得到的波形与实验波形进行对比,验证低屈服点钢JC模型的准确性。最后,对低屈服点钢用于抗爆吸能方面的可行性进行数值模拟研究。分别利用简化冲击荷载方法和流固耦合方法,得到不同钢材(HQ600、Q345和AQ225)制方板结构的动态力学响应,并运用能量方法对结果进行了分析比较,确定了低屈服点钢通过塑性变形吸收爆炸冲击能量所具有的优势。

关键词：低屈服点钢 SHPB实验 johnson-cook本构模型塑性耗能流固耦合

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航空铝合金材料特性参数识别及其圆管耐撞性研究

航空铝合金材料特性参数识别及其圆管耐撞性研究

引用

作者：温仕成湘潭大学

学位级别：硕士

航空铝合金以其高强度、高耐腐蚀和轻质等突出的性能,在航空航天、高铁和车辆领域中得到了广泛的应用。其中,航空铝合金薄壁圆管结构具有良好的能量吸收特性,在各工程领域中得到了实际应用。因此,开展航空铝合金圆管开孔结构的耐撞性研... 详细信息

航空铝合金以其高强度、高耐腐蚀和轻质等突出的性能,在航空航天、高铁和车辆领域中得到了广泛的应用。其中,航空铝合金薄壁圆管结构具有良好的能量吸收特性,在各工程领域中得到了实际应用。因此,开展航空铝合金圆管开孔结构的耐撞性研究具有实际工程意义。本文对航空铝合金7150-T6进行静、动态力学实验,并结合实验测量响应,采用计算反求技术获取材料的johnson-cook本构参数。结合识别的合金特性参数,建立轴向冲击下7150-T6铝合金薄壁管可靠的数值模型,进行不同开孔形状下圆管的耐撞性数值研究。最后,采用响应面法及遗传算法对开孔圆管展开结构优化设计。本文主要开展了以下工作:(1)为了获取7150-T6不同工况下的力学响应,分别在材料试验机和分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)系统上进行材料的静态试验和动态冲击试验研究。根据实验结果,7150-T6铝合金的塑性较好,并且材料对应变率不敏感,具有明显的高温软化效应。利用扫描电镜对试样冲击前后的微观组织进行观察,对观察到的合金绝热剪切带展开了分析。(2)基于7150-T6铝合金的静动态试验测量响应,利用计算反求技术实现johnson-cook本构参数的识别。首先,建立SHPB的数值模型,利用优化算法对敏感性较强的参数进行反求。然后,将反求结果代入数值计算中验证,通过试验和评价指标说明了反求参数的准确性。最后,在不同应变率下,对比了材料johnson-cook本构模型的反求和拟合参数的数值计算结果。结果显示,基于计算反求识别的参数具有更好精度和普适性。(3)为了获得轴向冲击下圆管有效可靠的数值模型,开展了7150-T6铝合金圆管的SHPB试验。结合反求识别的本构参数,建立圆管的SHPB有限元模型,通过与试验结果的变形和耐撞性对比,说明本文所构建的模型具有较好的可靠性。在此基础上,研究了不同开孔形状时单排孔和多排孔对圆管吸能性能的影响。结果显示长方形开孔圆管具有更加优异的耐撞性能。(4)为了进一步提升圆管的耐撞性,对长方形开孔圆管进行结构优化。建立峰值载荷和比吸能的响应面模型,基于NSGA-Ⅱ多目标算法获得Pareto前沿解。获得了一组最优的开孔参数,进行试验验证。结果显示,优化后的开孔圆管的变形模式更加稳定,吸能效果更加明显。

关键词：航空铝合金7150-T6 SHPB实验 johnson-cook本构模型参数识别耐撞性

来源：评论

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TA15钛合金超低温冷却加工切屑形成机制研究

TA15钛合金超低温冷却加工切屑形成机制研究

引用

作者：于清波大连理工大学

学位级别：硕士

TA15钛合金凭借其优异的比强度、耐腐蚀性能、高温力学性能及良好的抗蠕变性，被广泛应用在航空航天、国防军工等重点领域。然而，因钛合金导热系数低、弹性模量小、高温化学活性强等特点，导致其在切削加工过程中存在切削温度高、刀具... 详细信息

TA15钛合金凭借其优异的比强度、耐腐蚀性能、高温力学性能及良好的抗蠕变性，被广泛应用在航空航天、国防军工等重点领域。然而，因钛合金导热系数低、弹性模量小、高温化学活性强等特点，导致其在切削加工过程中存在切削温度高、刀具易磨损、材料粘附现象明显等问题，是一种典型的难加工材料。近年来，超低温冷却加工技术的出现，为钛合金的清洁高效高质量加工提供了新的发展方向。本研究对超低温冷却加工切削区域的动力学特性和温度场进行了分析，揭示了液氮冷却条件对于切屑锯齿化的促进机制;探究了TA15钛合金在低温条件下的力学性能，建立了TA15钛合金低温本构模型;结合仿真和实验，分析了三种冷却条件下切屑形态的演化，并且探究了液氮冷却条件对于切削力和刀具磨损的影响规律。　　首先，对切削区域的动力学特性和温度场进行了分析，在超低温冷却切削过程中，液氮与切削区域的未切削区和切屑区发生剧烈传热，而不与绝热剪切区发生传热，增大了剪切区与未切削区域的温度差1?T和剪切区与切屑区的温度差2?T;同时液氮冷却降低了切削区域的初始温度场，减小绝热剪切带宽度，综合这两方面使得剪切滑移更容易发生，切屑锯齿化更加明显。　　其次，针对TA15钛合金低温本构模型的缺失，进行了一系列TA15钛合金的低温拉伸试验，分析了材料在低温下的力学性能，发现随着温度的降低，材料塑性不断减小，但直至-196℃，TA15钛合金仍然具有良好的塑性变形能力;考虑了低温条件的影响，修正了TA15钛合金J-C本构模型的温度软化项，获得了TA15钛合金低温本构模型，并对其准确性从切削力的角度进行了验证。　　最后，利用获得的TA15钛合金低温本构模型进行了切削仿真，分析了不同切削参数和不同冷却条件对切削区域的温度场、应变率场和切屑形貌的影响;通过正交切削试验获得了不同切削参数和不同冷却条件下的切屑，对切屑的宏观和微观形貌进行了分析，发现随着切削速度和进给量的增加，切屑锯齿化加剧，且在三种冷却条件中，液氮冷却条件下切屑锯齿化最明显。结合仿真结果验证了超低温冷却加工对于切屑锯齿化的促进机制;分析了切削参数和冷却条件对于切削力的影响，发现液氮冷却条件下获得了最大的切削力，随着进给量的增加，切削力不断增大，而切削力对于切削速度的变化并不敏感;通过超景深显微镜，分析了三种冷却条件下的刀具磨损，发现相比于干切和乳化液冷却，超低温冷却加工可以明显抑制刀具磨损。

关键词： TA15钛合金超低温加工 johnson-cook本构模型绝热剪切力学性能

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高应变率下损伤容限型钛合金的动态力学性能及断裂行为研究

高应变率下损伤容限型钛合金的动态力学性能及断裂行为研究

引用

作者：张长清南京航空航天大学

学位级别：硕士

损伤容限型钛合金具有高断裂韧性和低裂纹扩展速率等优点,在飞行器主承力结构件中的应用日益增多,深入了解损伤容限型钛合金的动态力学性能和断裂行为对飞行器维护与定寿,乃至保障飞行安全具有重要意义。本文针对TC4-DT和TC21两种损伤... 详细信息

损伤容限型钛合金具有高断裂韧性和低裂纹扩展速率等优点,在飞行器主承力结构件中的应用日益增多,深入了解损伤容限型钛合金的动态力学性能和断裂行为对飞行器维护与定寿,乃至保障飞行安全具有重要意义。本文针对TC4-DT和TC21两种损伤容限型钛合金在高应变率条件下的动态力学性能和断裂行为展开了研究。借助分离式霍普金森压杆试验装置对室温下两种钛合金在1000 s-1～8000 s-1应变率范围内进行动态压缩试验,得到了高应变率条件下的真实应力-应变曲线。结果表明在高应变率下,两种钛合金均具有一定的应变率增强、增塑以及应变强化效应。随着应变率的增加,两种钛合金的应变率增强、增塑效应均越明显,且相比之下,TC4-DT钛合金应变率增塑现象更为显著。采用光学显微镜、扫描电子显微镜对试样进行了显微观察与分析,并测定了其显微硬度。较于TC21钛合金,在TC4-DT钛合金中发现明显的绝热剪切现象,伴随着光亮的绝热剪切带产生,且宽度随应变率的增加由10μm向20μm增长。TC4-DT钛合金的显微硬度沿着垂直于绝热剪切带方向上随距离增加而减小,而TC21钛合金试样的显微硬度分布比较均匀,随着应变率的增加由478.5HV增加到535.2HV。随着应变率的增加沿着剪切带方向还伴随着裂纹的萌生、扩展和聚合。两种钛合金均表现为剪切破坏,试样断口上都交替分布着韧窝和平滑两种不同特征的典型区域,且在相同应变率下TC4-DT钛合金的韧窝比TC21更多且沿着剪切方向拉伸的更长。采用johnson-cook本构模型,利用试验数据拟合得到了高应变率下TC21钛合金动态塑性本构方程以及改进温度项后的TC4-DT钛合金动态塑性本构关系。

关键词：损伤容限型钛合金动态力学性能分离式霍普金森压杆试验绝热剪切带 johnson-cook本构模型

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