基于数字散斑方法的CT试件动态断裂行为研究
发布时间：2021-01-27 05:18
在人类社会的发展历程以及工程实践中,金属材料在人类工业的发展和社会的持续进步方面扮演极其重要的角色,因此对于最为广泛应用的金属材料的力学性能研究就变得非常有必要和富有意义。本文主要对2A12T4铝合金材料的紧凑拉伸（CT）试件的断裂行为进行研究,基于数字散斑法以及传统的一些实验手段对CT试件进行研究,分别利用Instron万能试验机以及Hopkinson拉杆动态加载装置对铝合金CT试件的准静态以及动态断裂行为进行了实验研究,研究了影响断裂韧性的一些因素。同时结合有限元仿真的方法对动态断裂过程进行研究分析,采用扩展有限元法研究了外部载荷对CT试件裂纹起裂、动态断裂韧性以及裂纹扩展的影响。本文主要工作内容如下:1.利用万能试验机对2A12T4铝合金拉伸试件进行准静态加载,测得其基本静力学参数,为之后的试验以及数值仿真提供依据和数值参考。基于数字散斑方法对CT试件进行准静态拉伸实验,对比国标法计算得到的断裂韧性数值,验证数字散斑法在解决准静态断裂问题中良好的可靠性。之后通过试验研究了裂纹加工方式对准静态断裂韧性的影响,并对影响原因进行分析。2.基于Hopkinson拉杆实验装置对CT试件进行...
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
撞击引起的一维应力波的传播
第2章基本理论92.1.2弹性杆的共轴撞击分离式霍普金森压杆装置加载原理同上文所述一维应力波理论一致，归根结底是通过两弹性加载杆之间相互撞击，即如图2.3所示,一长度为L的撞.击杆从左向右运动直至到撞击静止入射杆左端部，其入射的运动速度为0V，两个加载杆的材料参数均如图所示。图2.3弹性杆的共轴撞击在撞击发生后，在撞击面处会产生应力波，之后分别传入两杆。撞击后撞击面质点速度则有：stiV=V(2-10)又根据牛顿第三定律，撞击杆和入射杆两个撞击表面的受力情况为：ststiiσA=σA(2-11)由式（2-9）得：0C(VV)ACVststststiiiiρ=ρA(2-12)结合以上两式，可以分别解出两杆中的质点速度如下所示：0CVAVVCCAstststistiiistststAρρρ==+(2-13)同样的，两杆中质点的轴向应力分别为：000CVACVAC(V)CCCACCAstststiiistststststiiistststiiistststAAρρσρρρρρρ==++(2-14)0VAAstststiiiiiistststcccAcρσρρρ=+(2-15)由于波阻抗的大小同介质材料的类型以及杆件横截面的面积相关，在以上两个因素一样的情况下，其波阻抗也相等，因而可以根据这一特点将以上三式变为：01vV2istv==(2-16)
哈尔滨工程大学硕士学位论文10001V2stiσ=σ=ρc(2-17)由此可见，入射杆中向右传播的应力波脉冲大小和速度关系具有正相关的特点。图2.4所示，当00<t<L/C时，撞击.杆中的应.力波依然在向左传播；当0t=L/C时，应力波到达撞击杆的左端面，此时在撞击杆的左.端自由端面产生一个卸.载波并且向右传播；当00L/C<t<2L/C时，其中向左传播的应力波与向右传播的卸..载波在撞击杆中相遇并发生叠加，叠加之后的效果就是当t=2L/C0时，整个撞击杆内的应力和速度变为零，此时，撞击杆和入射杆之间并没有相互作用力。D!a#aσσ(?5δ图2.4撞击杆中应力波传播示意图入射杆中向右传播的应力脉冲的时间与应力波在撞击杆内往返一次的时间是相等的，可以表示为：02CLτ=(2-18)由式(2-17)和式(2-18)可以得到：两弹性杆发生共.轴撞击，在波阻抗相同时，撞击后将产生速度为C0的右.行应力波，撞击速度决定波的应力幅.值，同时，波长由撞击杆轴向长度决定。2.1.3应力波在弹性介质界面的反射和透射如图2.5所示，弹性应力波由.左向由传播，穿过两种不同介.质的界面，其中应力波幅值是ΔσⅠ，两种介质阻.抗分别为00(ρc)Ⅰ和00(ρc)Ⅱ，同时在异种介质分界.面处会产.生传播方向相反的反射波和透射波。假定两介质由固结界面隔开，即该分界面能够承受拉压应力，由牛.顿运动定律F=ma和连续性假设可知，位于反射波和透射波前后质点的速度以及应力是相同的。因此根据该特征，将入射波、反射波和透射波应力在撞击发生前后变化分别用iΔσ、rΔσ、tΔσ表述，用(j=i,r,t)来表示质点速度的变化，可得：
本文编号：3002493
【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
撞击引起的一维应力波的传播
第2章基本理论92.1.2弹性杆的共轴撞击分离式霍普金森压杆装置加载原理同上文所述一维应力波理论一致，归根结底是通过两弹性加载杆之间相互撞击，即如图2.3所示,一长度为L的撞.击杆从左向右运动直至到撞击静止入射杆左端部，其入射的运动速度为0V，两个加载杆的材料参数均如图所示。图2.3弹性杆的共轴撞击在撞击发生后，在撞击面处会产生应力波，之后分别传入两杆。撞击后撞击面质点速度则有：stiV=V(2-10)又根据牛顿第三定律，撞击杆和入射杆两个撞击表面的受力情况为：ststiiσA=σA(2-11)由式（2-9）得：0C(VV)ACVststststiiiiρ=ρA(2-12)结合以上两式，可以分别解出两杆中的质点速度如下所示：0CVAVVCCAstststistiiistststAρρρ==+(2-13)同样的，两杆中质点的轴向应力分别为：000CVACVAC(V)CCCACCAstststiiistststststiiistststiiistststAAρρσρρρρρρ==++(2-14)0VAAstststiiiiiistststcccAcρσρρρ=+(2-15)由于波阻抗的大小同介质材料的类型以及杆件横截面的面积相关，在以上两个因素一样的情况下，其波阻抗也相等，因而可以根据这一特点将以上三式变为：01vV2istv==(2-16)
哈尔滨工程大学硕士学位论文10001V2stiσ=σ=ρc(2-17)由此可见，入射杆中向右传播的应力波脉冲大小和速度关系具有正相关的特点。图2.4所示，当00<t<L/C时，撞击.杆中的应.力波依然在向左传播；当0t=L/C时，应力波到达撞击杆的左端面，此时在撞击杆的左.端自由端面产生一个卸.载波并且向右传播；当00L/C<t<2L/C时，其中向左传播的应力波与向右传播的卸..载波在撞击杆中相遇并发生叠加，叠加之后的效果就是当t=2L/C0时，整个撞击杆内的应力和速度变为零，此时，撞击杆和入射杆之间并没有相互作用力。D!a#aσσ(?5δ图2.4撞击杆中应力波传播示意图入射杆中向右传播的应力脉冲的时间与应力波在撞击杆内往返一次的时间是相等的，可以表示为：02CLτ=(2-18)由式(2-17)和式(2-18)可以得到：两弹性杆发生共.轴撞击，在波阻抗相同时，撞击后将产生速度为C0的右.行应力波，撞击速度决定波的应力幅.值，同时，波长由撞击杆轴向长度决定。2.1.3应力波在弹性介质界面的反射和透射如图2.5所示，弹性应力波由.左向由传播，穿过两种不同介.质的界面，其中应力波幅值是ΔσⅠ，两种介质阻.抗分别为00(ρc)Ⅰ和00(ρc)Ⅱ，同时在异种介质分界.面处会产.生传播方向相反的反射波和透射波。假定两介质由固结界面隔开，即该分界面能够承受拉压应力，由牛.顿运动定律F=ma和连续性假设可知，位于反射波和透射波前后质点的速度以及应力是相同的。因此根据该特征，将入射波、反射波和透射波应力在撞击发生前后变化分别用iΔσ、rΔσ、tΔσ表述，用(j=i,r,t)来表示质点速度的变化，可得：
本文编号：3002493
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