高温预扭转条件下金属材料拉伸力学性能试验研究
发布时间：2017-09-04 14:22
本文关键词：高温预扭转条件下金属材料拉伸力学性能试验研究
【摘要】：材料是人类赖以生存和发展的物质基础,尤其是金属材料,广泛应用于信息电子、航空航天、国防武器、汽车制造等领域。材料的服役环境极其复杂,受到高温和复杂机械载荷的共同作用,往往会导致其性能演变、失效破坏。目前由于材料性能保障能力不足,因材料失效破坏导致的各类事故层出不穷,因此开展这类复杂环境下材料力学性能测试技术的研究具有重要的科学意义。面向这类问题,本文开展的主要研究工作如下:(1)本文结合相关领域国内外现状,针对自主研制的多载荷多物理场材料微观力学性能原位测试仪,开展了仪器部分结构和功能的完善工作,包括针对胀紧式夹具夹持不可靠的弊端,设计了适用于扭复合加载的分页槽型夹具,并对其强度进行分析校核;结合理论分析发现机架柔度对位移测量结果影响较大,提出了位移测量误差的修正算法,进而对仪器拉伸测试结果进行了修正;针对多物理场测试的功能要求,设计了温度加载和水冷冷却系统,为关键传感器和核心机械元件的稳定工作提供了保证。(2)在上述工作的基础上,论文选择45钢和6061铝合金作为典型材料样品,利用修正校准后的测试仪器开展了拉伸测试的重复性试验,测试结果表明经过上述改进和校准后的仪器重复性良好。(3)论文介绍了典型材料的本构关系模型,分析发现Johnson-Cook本构模型易求解,适用于金属材料热力耦合分析;通过拟合45钢的室温准静态拉伸的应力-应变曲线,得到了Johnson-Cook强度模型的相关参数,利用拟合的参数模型分别对45钢不同角度扭转和不同温度作用下拉伸进行仿真分析。(4)为了进一步研究高温预扭转条件下金属材料的力学行为和损伤机制,还针对45钢开展了高温预扭转条件下的拉伸试验,试验结果一方面验证了研制仪器的高温测试和拉扭复合测试的功能,另一方面结合常温下的拉伸试验结果探讨高温和预扭转对材料力学性能的影响,与仿真的结果相对比得到两个结论:预扭转0~45°以内拉伸应力-应变曲线变化不是很大,超过45°以后,45钢抗拉强度和屈服强度提高明显,说明必须预扭产生一定的塑性变形才能使45钢得到强化;温度对45钢的软化作用比较明显,超过450℃时,45钢的屈服强度、抗拉强度下降剧烈。
【关键词】：预扭转 高温 拉伸测试 有限元仿真
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG115.5
【目录】：
- 摘要4-6
- Abstract6-11
- 第1章 绪论11-21
- 1.1 选题背景与意义11-12
- 1.2 国内外研究进展12-18
- 1.2.1 材料测试技术研究进展12-15
- 1.2.2 预扭转作用下材料力学性能研究进展15-16
- 1.2.3 有限元法在材料力学性能模拟中的应用16-18
- 1.3 本文主要研究内容18-21
- 第2章 材料测试理论和有限元仿真基本原理21-29
- 2.1 材料力学拉伸测试基本理论21-24
- 2.2 有限元基本原理24-25
- 2.3 本构关系基本理论25-28
- 2.3.1 理想弹塑性材料模型26
- 2.3.2 弹塑性线性硬化材料模型26-27
- 2.3.3 幂指数硬化材料模型27
- 2.3.4 Johnson-Cook本构模型27-28
- 2.4 本章小结28-29
- 第3章 拉伸测试系统及分析29-51
- 3.1 拉伸仪器及试样29-35
- 3.1.1 试验仪器29-30
- 3.1.2 试验试样30
- 3.1.3 夹具设计与仿真30-35
- 3.2 温度加载和冷却系统设计35-39
- 3.2.1 温度加载系统35-37
- 3.2.2 冷却系统37-39
- 3.3 仪器误差分析与修正39-46
- 3.3.1 拉伸试验机同轴度引起的误差分析39-41
- 3.3.2 机架柔度对拉伸结果的影响41-46
- 3.4 拉伸试验分析46-50
- 3.4.1 拉伸测试重复性试验46-48
- 3.4.2 不同应变速率下的拉伸测试48-50
- 3.5 本章小结50-51
- 第4章 高温预扭转条件下的拉伸仿真分析51-73
- 4.1 材料本构模型参数的确定51-56
- 4.1.1 Johnson-Cook本构模型应力积分方法51-53
- 4.1.2 Johnson-Cook本构模型参数的确定53-54
- 4.1.3 仿真曲线与试验曲线对比分析54-56
- 4.2 预扭转下的拉伸仿真分析56-63
- 4.2.1 预扭转作用下拉伸仿真模型56
- 4.2.2 预扭转作用下拉伸仿真结果分析56-63
- 4.3 高温作用下的拉伸仿真分析63-71
- 4.3.1 ABAQUS热-力分析介绍63-66
- 4.3.2 高温作用下的拉伸仿真结果66-71
- 4.4 本章小结71-73
- 第5章 高温预扭转条件下的拉伸试验研究73-83
- 5.1 预扭转作用下拉伸试验研究73-78
- 5.1.1 试验材料73
- 5.1.2 试验方法和内容73
- 5.1.3 试验结果分析73-78
- 5.2 高温下的拉伸试验研究78-81
- 5.2.1 试验材料78
- 5.2.2 试验方法和内容78
- 5.2.3 试验结果分析78-81
- 5.3 本章小结81-83
- 第6章 总结与展望83-85
- 6.1 总结83-84
- 6.2 展望84-85
- 参考文献85-91
- 作者简介及主要科研成果91-92
- 致谢92
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡登安;周光明;王新峰;钱元;刘伟先;;双向玻纤织物复合材料双轴拉伸载荷下的力学行为[J];材料工程;2014年05期
2 韩永明;苏英群;;拉伸试验机柔度K值测定方法研究[J];天津冶金;2013年05期
3 余立;李荣锋;Q糜，
本文编号：792038
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