Zr基非晶合金力学行为及高速撞击特性

发布时间：2017-04-08 18:25

  本文关键词：Zr基非晶合金力学行为及高速撞击特性，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人类航天活动的日益频繁,空间碎片环境持续恶化,在轨航天器所受威胁增多,因此急需提高航天器受空间碎片撞击时的防护能力,而研究航天器新型防护材料是解决这一问题的关键,本文针对日益成熟的Zr基非晶合金材料进行研究,分别利用万能试验机、分离式霍普金森压杆、二级轻气炮等实验分析工具,对Zr基非晶合金的准静态压缩性能、动态压缩行为、高速撞击损伤特性和防护效果进行了研究,为Zr基非晶合金材料应用于空间碎片防护领域的工程设计提供实验依据。在准静态压缩实验过程中,基于Zr基非晶合金属于脆性材料,在材料失效时塑性变形很小,弹性模量与铝合金接近,而具有1500MPa的断裂应力,远高于铝合金材料,断裂应变为2%,材料的应变率效应并不明显。动态压缩实验中,当应变率在400-850s-1之间时,材料的断裂应力随应变率的升高有少量增加,而应变率在850-1500s-1之间,材料断裂应力随应变率升高而又略微下降,材料在动态压缩下的刚度相对于准静态实验结果偏低,断裂应变为2.5%。在研究材料受高速撞击损伤特性中,基于应力波传播理论,分析了Zr基非晶材料作为Whipple防护结构的前板时三种穿孔特征尺寸随弹丸直径、弹丸速度以及防护屏厚度的增加而增大,同时总结了材料穿孔处的四种断面形貌,发现材料穿孔周围出现了环状和散射状两种裂纹以及材料断面出现了两个不同方向的层裂现象,并分析其与弹丸速度之间的联系。最后本文以Zr基非晶合金材料作为Whipple防护结构的前板,开展研究其防护性能的工作,分别定量地测量和分析四种描述后板损伤的特征参量随弹丸直径、撞击速度变化的规律,对后板损伤情况进行了描述,并根据撞击过程中所发生的物理现象给出了相应的解释。结合双层板的Christiansen撞击极限方程,计算以等面密度的2A12铝合金作为Whipple防护结构的前板的撞击极限曲线,对比和分析两种材料的防护性能,发现Zr基非晶合金材料的防护效果更好。
【关键词】：Zr基非晶合金 准静态压缩 动态压缩 高速撞击特性
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V528;V252
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 引言9
• 1.2 非晶合金材料性能及其应用9-11
• 1.3 Zr基非晶合金材料研究进展11-13
• 1.3.1 Zr基非晶合金准静态力学性能研究现状11-12
• 1.3.2 Zr基非晶合金动态力学性能及研究现状12-13
• 1.3.3 Zr基非晶高速撞击下防护性能及研究现状13
• 1.4 本论文主要研究内容13-15
• 第2章 研究方案及实验方法15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 材料介绍15
• 2.3 准静态压缩实验方案15-16
• 2.4 分离式霍普金森压杆(SHPB)实验方法16-19
• 2.4.1 基本条件17-18
• 2.4.2 测试原理18-19
• 2.5 高速撞击特性研究方案19-21
• 2.6 本章小结21-22
• 第3章 Zr基非晶合金材料准静态及动态力学行为22-26
• 3.1 引言22
• 3.2 准静态压缩性能分析22-23
• 3.3 动态压缩性能分析23-25
• 3.4 本章小结25-26
• 第4章 Zr基非晶合金材料薄板高速撞击损伤特性26-43
• 4.1 引言26
• 4.2 结构方案26-27
• 4.3 弹丸直径对前板穿孔尺寸特性影响27-29
• 4.4 弹丸速度对前板穿孔尺寸特性影响29-31
• 4.5 前板穿孔断口形貌特征分析31-39
• 4.6 前板厚度效应特性研究39-41
• 4.7 本章小结41-43
• 第5章 Whipple防护结构后板损伤特性及防护性能研究43-63
• 5.1 引言43
• 5.2 后板撞击损伤描述43-45
• 5.3 弹丸直径对后板损伤情况影响45-51
• 5.3.1 后板上碎片分布区域受弹丸直径的影响45-49
• 5.3.2 后板上碎片成坑尺寸受弹丸直径的影响49-51
• 5.4 弹丸速度对后板损伤情况影响51-59
• 5.4.1 后板上碎片分布区域受弹丸撞击速度的影响51-58
• 5.4.2 后板上碎片成坑尺寸受弹丸撞击速度的影响58-59
• 5.5 撞击极限特性分析59-61
• 5.6 本章小结61-63
• 结论63-65
• 参考文献65-69
• 致谢69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 刘俊;王鲁;程焕武;薛云飞;张海峰;;高速冲击载荷下块体Zr基非晶合金断裂行为研究[J];北京理工大学学报;2012年02期

2 韩增尧;曲广吉;;空间碎片被动防护技术研究的最新动向[J];航天器工程;2005年02期

3 窦丽娟;党辉;徐呈;马玉英;王斌;;锆合金力学性能分析[J];金属世界;2014年02期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 管公顺;航天器空间碎片防护结构超高速撞击特性研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 王玉良;Zr基块体非晶合金力学行为研究[D];北京工业大学;2009年

2 汤莹莹;Zr基块体非晶合金过冷液相区力学性能及本构关系研究[D];华中科技大学;2009年

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本文编号：293423