205A铝合金动态断裂性能实验研究

论文摘要

本文以航空航天工业中常用的205A铝合金材料作为研究对象,从动态断裂韧性实验、SHTB动态拉伸实验、轻气炮层裂实验三种角度研究了材料的动态断裂性能。(1)基于分离式Hopkinson杆(SHB)加载技术设计了三点弯曲试样动态断裂韧性实验装置,分析了实验原理,建立了材料动态断裂韧性测试的实验技术。运用该技术对40Cr合金钢的动态断裂韧性测试实验,验证了该实验技术是有效可行的。测试了205A铝合金在10 m/s和15 m/s的两种弹速加载条件下的动态断裂韧性,实验结果表明该铝合金动态断裂韧性与加载率的相关性不明显。(2)采用SHTB加载技术研究了205A铝合金的动态拉伸断裂性能,其能变率效应不明显。通过实验测得该材料动态拉伸强度为377.98 Mpa。由能量分析导出其平均动态破坏能密度为14.23MPa。(3)利用气炮加载技术研究了205A铝合金的层裂性能,通过自由面试样回收法和PMMA背板应力波剖面法,分析了材料层裂裂纹扩展演化过程,并计算得到该材料的层裂强度为1.21 GPa。通过分析动态断裂韧性、动态拉伸和层裂这三种断裂实验回收试样的断口微观形貌特征发现205A铝合金的动态断裂属于脆性断裂。由能量率的对比分析发现,205A材料在动态拉伸断裂实验和动态断裂韧性实验这两种不同动态加载方式下动态断裂性能是等效的。动态拉伸应力应变曲线中拉伸强度点之后的材料断裂性能与层裂的扩展过程存在内在联系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 动态断裂概述
• 1.2.1 含裂纹构件的动态断裂
• 1.2.2 无裂纹构件的动态断裂
• 1.3 材料动态断裂性能实验研究进展
• 1.3.1 材料动态断裂韧性实验研究进展
• 1.3.2 材料动态拉伸断裂性能实验研究进展
• 1.4 本文的主要工作
• 第二章 动态断裂韧性实验技术的研究
• 2.1 SHPB 加载技术的工作原理
• 2.2 三点弯曲试样动态断裂韧性实验装置设计
• 2.2.1 加载及测试系统设计
• 2.2.2 试样夹持装置的设计
• 2.2.3 试样的设计与制备
• 2.3 三点弯试样动态断裂韧性测试原理
• 2.3.1 试样承受的动态载荷P（t）的确定
• I （ t） 历史的计算'>2.3.2 试样动态应力场强度因子K_I （ t） 历史的计算
• f 的监测'>2.3.3 起裂时间t_f的监测
• 2.4 40Cr 钢动态断裂韧性的测定
• 2.4.1 试样的制备
• 2.4.2 实验结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 205A 铝合金动态断裂韧性的测试
• 3.1 实验设计
• 3.1.1 205A 铝合金化学成分及静态拉伸性能
• 3.1.2 试样尺寸设计与制备
• 3.1.3 监裂应变片的粘贴
• 3.1.4 实验条件
• 3.2 实验结果与分析
• 3.2.1 A 组实验结果与分析
• 3.2.2 B 组实验结果与分析
• 3.2.3 A、B 两组实验结果综合分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 205A 动态拉伸强度及层裂强度的测试
• 4.1 SHTB 动态拉伸实验
• 4.1.1 实验原理
• 4.1.2 试样设计
• 4.1.3 实验结果与分析
• 4.2 层裂实验
• 4.2.1 实验原理
• 4.2.2 层裂实验设计
• 4.2.3 层裂实验结果
• 4.3 本章小结
• 第五章 205A 动态断裂性能分析
• 5.1 205A 动态断裂实验回收试样的微观分析
• 5.2 205A 动态断裂性能分析
• 5.2.1 动态断裂韧性与动态拉伸破坏能的关系
• 5.2.2 动态拉伸强度与层裂强度的关系
• 5.3 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 主要的研究成果
• 6.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果