论文题目: 金属材料动态断裂韧性的表征与测试
论文类型: 博士论文
论文专业: 固体力学
作者: 邹广平
导师: 唐立强
关键词: 动态断裂韧性,冲击拉伸,转换拉伸,压杆,动态应力强度因子
文献来源: 哈尔滨工程大学
发表年度: 2005
论文摘要: 金属材料动态断裂韧性的研究是断裂动力学研究的一个前沿课题之一,涉及到固体力学、材料科学和固体物理等多门学科之间的互相交叉与渗透。由于试验装置及测试技术的限制,使得动态加载下材料(特别是弹塑性材料)中裂纹起裂韧度(亦称动态断裂韧性)、稳态扩展阻力及止裂韧度的表征与测试的研究进展缓慢,有些工作尚未进行或未见报道,而所介绍与取得的一些表征和测试方法均存在着不同程度的缺陷甚至错误,尚不能形成研究材料性能和工程应用的标准。因此,探索、研究以形成有效可靠的材料动态断裂特性的表征与测试方法是十分迫切的。不仅有重大的工程意义,而且对于研究在冲击载荷作用下裂纹运动具有重要的学术价值。 围绕断裂韧性的表征与测试,通过分析和研究,本文的主要工作有以下几个方面: 1、讨论了Hopkinson压杆装置上三点弯曲试样测试断裂韧性过程中,由于锥头的变化而对载荷(即对应断裂韧性)的影响。这一工作对已经讨论比较多的Hopkinson压杆装置三点弯曲方法测试断裂韧性有较好的参考作用。 2、改造了Hopkinson压杆装置。设计并改制出新型套枪(炮)管发射的Hopkinson压杆装置,使其不但具备不同口径发射子弹进行实验的能力,而且子弹的速度比常规同口径Hopkinson压杆装置的子弹发射速度更高。 3、设计了一种能在Hopkinson压杆装置上实现冲击拉伸试验的夹具,使Hopkinson压杆装置不但能实现各种试样的冲击拉伸,而且能对静态断裂试验中平面应变紧凑拉伸试样进行加载,实现了标准试样的动态冲击试验。为动态冲击拉伸和动态断裂力学中断裂韧性的测试提供了一种新的实验手段。 4、建立了用于求解动态应力强度因子的紧凑拉伸试样等效弹簧质量模型,给出了等效质量,得到了该试样的动态应力强度因子的表达式,为用真正平面应变条件下紧凑拉伸试样(静态试验国家标准试样)测试动态断裂韧性提供了一个理论模型,为用等效弹簧质量模型求解紧凑拉伸试样动态应力
论文目录:
第1章 绪论
1．1 引言
1．2 动态断裂韧性 K_Id(或 J_Id)的研究现状
1．2．1 试验装置和测试方法
1．2．1．1 常用冲击实验装置
1．2．1．2 SHPB和 SHTB试验技术
1．2．2 动态应力强度因子历史的确定
1．2．3 裂纹起裂点的确定
1．2．4 Hopkinson压杆测试动态断裂韧性一般程序
1．3 动态断裂问题的数值分析
1．4 动态断裂韧性和加载速率及环境温度的关系
1．5 本文研究的主要内容
第2章 三点弯曲装置测试 K_Id入射杆端部影响分析
2．1 引言
2．2 测试系统和测试原理
2．3 弹性波在近似锥杆中的应力传递
2．4 误差分析
2．5 解决方案
2．6 本章小结
第3章 Hopkinson压杆装置及其改进
3．1 引言
3．2 SHPB装置的工作原理
3．3 基于 SHPB的改进冲击拉伸装置
3．3．1 装置组成
3．3．2 夹具设计
3．3．3 试件连接及调试
3．4 数据采集系统
3．5 本章小结
第4章 紧凑拉伸试样动态响应理论分析
4．1 引言
4．2 分析模型及控制方程
4．2．1 分析模型
4．2．2 控制方程及其解
4．3 紧凑拉伸试样加载点位移
4．3．1 悬臂梁模型
4．3．2 应力函数和边界条件
4．3．3 求积分常数及加载点位移
4．4 等效刚度、等效质量及圆频率
4．4．1 等效刚度
4．4．2 等效质量
4．4．3 圆频率
4．5 动态应力强度因子
4．6 动态响应算例
4．6．1 阶跃载荷作用
4．6．2 周期载荷作用
4．6．3 线性载荷作用
4．7 本章小结
第5章 紧凑拉伸试样有限元分析
5．1 引言
5．2 有限元分析软件 ANSYS简介
5．3 动态有限元计算
5．3．1 单元类型与算法
5．3．1．1 单元类型
5．3．1．2 求解方法
5．3．2 考虑波动效应的动态有限元网格尺寸
5．3．3 考虑波动效应的动态有限元时域积分时间步长的选取
5．4 CT试样有限元分析
5．4．1 模型的选取
5．4．2 模型材料及载荷工况
5．4．2．1 模型材料
5．4．2．2 模型所受载荷及约束
5．4．3 单元划分
5．4．4 动态响应结果与分析
5．5 本章小结
第6章 冲击载荷作用下的 K_Id测试分析
6．1 引言
6．2 SHPB转换拉伸标定原理
6．2．1 标定原理
6．2．2 动态标定步骤
6．3 LY12铝合金动态拉伸的力学性能
6．4 动态断裂韧性测试
6．4．1 静态断裂韧性 K_IC的测试
6．4．1．1 夹具的静态标定
6．4．1．2 静态断裂韧性 K_IC的测试
6．4．2 动态断裂韧性测试
6．4．2．1 裂纹起裂点的确定
6．4．2．2 动态断裂韧性测试结果及讨论
6．5 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及取得的科研成果
致谢
发布时间: 2005-10-21
参考文献
- [1].钛合金动态断裂韧性测试方法及断裂行为的研究[D]. 刘睿.北京有色金属研究总院2010
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