TB6钛合金材料动态力学性能及其典型结构抗冲击研究

发布时间：2020-09-08 17:44

　　 TB6钛合金是一种近β型高强钛合金。因其比强度高、断裂韧性好而被广泛应用于航空航天飞行器起落架、进气道和发动机等部件。近现代以来,飞鸟撞击飞机的事件频繁发生,进气道和发动机部位是鸟撞发生的热点区域。飞机等飞行器飞行过程中航行速度快,鸟撞冲击过程中的撞击力大且加载时程短,必须考虑材料在高应变率下的动态力学性能。本文研究了TB6钛合金高应变率下的动态力学性能,并进行了TB6钛合金平板鸟撞实验和数值计算。本文具体研究内容与结论如下:(1)本文对TB6钛合金进行了准静态和动态实验。研究了TB6钛合金高应变率加载下的单轴压缩、单轴拉伸、纯剪切以及复合压剪应力状态的材料力学性能。结果发现:TB6钛合金屈服强度呈现拉压不对称性;随着应变率增加,TB6钛合金的屈服强度增大;TB6钛合金高应变率单轴压缩加载下的应力出现热软化,而纯剪切和复合压剪加载下应力未出现热软化。(2)利用绝热温升修正了J-C动态本构的温度软化项,成功拟合了TB6钛合金单轴压缩和纯剪切加载时的应力应变曲线。并且基于von Mises屈服准则建立了考虑材料拉压不对称性的修正屈服准则,并根据塑性流动理论建立了TB6钛合金的修正塑性流动本构。依据本文修正塑性流动本构实现了Abaqus/Explicit模块的本构模型二次开发。通过模拟准静态和动态实验,验证了VUMAT子程序的准确性和有效性。(3)为了探究TB6钛合金平板在鸟撞冲击过程中的抗冲击性能,进行了实测实验。实验发现TB6钛合金平板的临界破坏速度为167m/s;TB6钛合金平板破坏均为剪切破坏,说明TB6钛合金的抗剪切能力较差。利用本文的修正本构模型,在Abaqus进行了TB6钛合金平板鸟撞冲击的有限元数值计算。
【学位单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TG146.23
【部分图文】：

原理图,压杆,原理图

图 2-2 Hopkinson 压杆原理图20 世纪后半叶随着飞行器的诞生以及对太空的探索，各国研究员对材料动态性能研外关注，对 SHPB 压杆实验方法进行了系统的深入研究，改善并发展了动态实验技J.Harding 等[53]参照 SHPB 装置，根据应力波理论设计出了霍普金森拉杆，实现了高率范围的拉伸加载，该方法现在被广泛用于单轴动态拉伸实验。随后，W.E.Backer4]、J.D.Campbell 等[55]又提出了 Hopkinson 扭杆技术，可对试样施加高应变速率的纯载荷。本章使用线切割机和 CNC 雕刻机将钛合金加工成单轴、复合压剪（15°、30°、）和纯剪切试样，并进行准静态和动态 SHPB 实验。准静态实验的应变率为 0.001s-1， SHPB 实验的应变率范围为 2400s-1～4000s-1。实验结果

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单轴压缩DIC图像

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单轴压缩应力和DIC应变时程曲线

【参考文献】