论文题目: 爆炸粉末烧结的细观沉能机制研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 工程力学
作者: 王金相
导师: 李晓杰,陈浩然
关键词: 爆炸烧结,冲击粉末压实,爆炸焊接,摩擦焊接,冲击状态方程
文献来源: 大连理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 爆炸粉末烧结是将炸药爆轰所产生的冲击能量以激波的形式作用于粉末,使其在瞬态、高温、高压下发生烧结的一种材料合成的新技术,是激波物理学在工程中的具体应用。作为爆炸加工领域的第三代研究对象和一种获得新型高性能材料的粉末冶金技术,爆炸粉末烧结正广泛应用于精细陶瓷、金属间化合物、金属基复合材料、纳米块体以及微晶、准晶、非晶等亚稳合金以及超硬材料的合成与烧结当中,同时也可用于高分子聚合物的激波改性当中。对爆炸粉末烧结的细观机理的研究,尤其是正确确立对爆炸烧结影响很大的粉末颗粒大小、粒度分布、颗粒形状、表面状态、微粒力学性能和热学性能对爆炸压实与结合的影响,有利于促进爆炸烧结材料向更细微的材料学领域发展并有利于促进多孔材料本构关系与状态方程的研究,为之提供更丰富的理论依据,因而具有很高的理论意义与应用价值。 论文开篇从多孔材料冲击状态方程、爆炸粉末烧结的宏观机理和细观机理三个角度入手介绍了作者对爆炸粉末烧结的机理的文献追踪,其重点放在对其细观机理的调研方面,为进一步发展爆炸粉末烧结的细观机理提供了坚实的基础。接下来,以密排球堆积模型为基础借助于实验手段和数值模拟辅助分析将爆炸粉末烧结中颗粒间的变形和沉能机制划分为微爆炸焊接、微摩擦焊接、微孔隙闭合、微冲击波耗能几种主要形式并分别对其进行了较为系统而深入的研究,论文的主要研究成果有: 1 选择具有代表性的模型材料(铜铬的混合粉末,钢、铜的纤维),进行了大量的塑性材料、塑性与脆性粉末混合物的爆炸烧结实验,以金相观察结果研究区分了其中的力学、冶金现象,为各种沉能机制的建立提供了实验依据,并通过相关理论分析了各种沉能机制存在的位置和条件。 2 以理想流体对称碰撞模型在考虑传热效应的基础上计算了由微爆炸焊接引起的颗粒界面附近的温度场和熔化层厚度,并计算分析了来流速度和碰撞角对焊接界面附近区域升温的影响。 3 针对爆炸粉末烧结过程中颗粒间的摩擦效应建立了高压楔入模型,分析了烧结过程中颗粒间摩擦力随颗粒温度的变化规律,借助于LS-DYNA有限元程序研究了冲击压力、颗粒大小、材料强度等因素对孔隙闭合时间的影响,并在此基础上用积分法对颗粒间热力
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 研究背景
1.2 爆炸粉末烧结机理的研究概况及文献综述
1.2.1 多孔材料冲击状态方程
1.2.2 爆炸粉末烧结的宏观机理
1.2.3 爆炸粉末烧结的细观机理
1.3 论文的研究内容及重要意义
参考文献
2 爆炸粉末烧结的细观机理分析和沉能机制的划分
2.1 爆炸烧结模型实验
2.2 密排丝在冲击载荷作用下变形的数值模拟
2.3 各种烧结机制存在条件的理论分析
2.3.1 爆炸焊接窗口理论
2.3.2 颗粒间的微爆炸焊接行为
2.3.3 球形孔隙的塑性塌缩
2.3.4 颗粒间的摩擦焊接沉能
2.3.5 粉末材料中微冲击波能量耗散
2.4 爆炸烧结中各种能量沉积机制的划分及存在范围
2.5 结论
参考文献
3 爆炸粉末烧结的微爆炸焊接沉能机制分析
3.1 不可压缩理想流体对称碰撞模型
3.2 求解爆炸焊接流场的理论基础
3.2.1 基本方程
3.2.2 平面势流
3.2.3 复函数微分
3.3 不可压缩理想流体对称碰撞模型的平面速度法
3.3.1 基本原理与方法
3.3.2 求解过程
3.4 爆炸焊接流场内变形能的计算
3.5 爆炸焊接流场内温度场的求解
3.5.1 绝热压缩的贡献
3.5.2 畸形变形能的贡献
3.5.3 爆炸焊接驻点近区温度场的有限差分解法
3.6 结果及分析
3.7 小结
参考文献
4 爆炸粉末烧结颗粒间摩擦引起的界面温升研究
4.1 高压楔入模型
4.2 颗粒间摩擦力同温度的关系
4.3 摩擦焊接过程时间的数值研究
4.4 考虑传热时颗粒界面温度的计算
4.4.1 积分法的基本概念
4.4.2 不考虑尺寸效应时颗粒界面摩擦升温的计算
4.4.3 考虑尺寸效应时颗粒界面摩擦升温的计算
4.5 材料在高压下的熔点
4.6 计算结果及分析
4.7 小结
参考文献
5 爆炸粉末烧结微孔隙闭合沉能研究
5.1 不可压缩一维球对称塌缩控制方程
5.1.1 质量守恒方程—连续性方程
5.1.2 动量守恒方程—运动方程
5.1.3 带传热项的能量守恒方程
5.2 刚热粘塑性球对称塌缩一维流动的解法
5.3 计算及分析
5.4 小结
参考文献
6 微冲击波耗散沉能机制
6.1 多层片组冲击动力学模型
6.2 金属粉末加卸载过程及能量沉积特殊性分析
6.3 固体在高压下等压形式的物态方程
6.4 多孔材料的冲击绝热线和等熵卸载线的确定
6.5 多层片组动态压实过程中沉积能量的确定
6.6 多层片组中微冲击波的演化
6.7 多层片组冲击温度计算
6.8 小结
参考文献
7 计入熔化效应的多孔材料等压推广冲击状态方程
7.1 计入熔化效应的P-α模型
7.2 等压推广多孔材料冲击状态方程
7.3 结果及分析
7.4 小结
参考文献
8 结论与展望
8.1 结论
8.2 问题与展望
创新点摘要
攻读博士学位期间发表学术论文情况
致谢
大连理工大学学位论文版权使用授权书
发布时间: 2005-07-04
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