金属涂层结合性能的复合弹丸撞击方法研究
发布时间：2021-02-15 04:21
采用新型复合弹丸撞击法,对金属涂层界面间的结合强度进行了理论分析与试验研究。采用应力波理论,建立了一维应力波模型,对复合弹丸撞击过程中应力波传播过程与规律进行分析；接着,建立复合弹丸撞击金属涂层钢板的试验系统,以弹道枪作为发射装置,采用覆有金属薄膜的弹丸撞击涂层试件,发现了试件上涂层剥落现象,验证了弹丸撞击法的可行性；基于此,采用非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA对复合弹丸撞击涂层钢板的过程进行了数值仿真,获得了基体厚度、弹头薄膜与钢板涂层厚度的比值、弹丸撞击的速度等参数变化时,基体及界面涂层侧法向的应力分布情况,分析了镍涂层与陶瓷涂层对结合性能的影响,并分析了应用壳单元与实体单元在本模型中仿真薄膜与涂层时,得到不同单元对仿真结果精度的影响；结合之前的应力波理论解,将有限元仿真结果与之对比,进行理论上的相互验证；最后提出了应力测量的测试系统,介绍了测试原理,分析了以PVDF压电传感器的不同测量模式下的电路特点,并应用Multisim对测量电路进行仿真与分析。
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
戈d痕法的试验原理
1·2·2鼓泡法1911，0一川应用鼓泡试验 (BlisterTest)测试基体与薄膜间力学性能的方法较为常用。鼓泡法试验常采用压头或者液体对薄膜表面施加面载荷或者点载荷，加载方式如图1.2所示，薄膜在载荷作用下会产生变形、挠曲。a)点载荷b)面载荷图1.2试件在不同加载方式下的脱离模型鼓泡法的工作原理:通过基体内部对粘贴在基体材料上的一个薄膜窗口施加压力，从而使得这个薄膜窗口能够膨胀到使之完全地从基体表面剥离。在试验过程中，需要实时测量薄膜窗口所接收到的压力变化大小以及薄膜高度的变化值。根据膜基界面结合强度的计算公式对鼓泡法的试验结果进行评估，进而得到膜基界面的结合强度与薄膜的力学性能。该方法的优势是可以使得与粘结性能无关的能量损耗降低到最小，从而得到结合强度的精确值。而不足之处:在试验方面，制作试件时需要较高的技术要求，并且理论方面，描述薄膜与基体结合强度的物理模型具?
在介质中进行传播并衰减，到达涂层自由表面后进行反射。反射波与入射波相互作用，当满足断裂准则时，在涂层的内部就会形成裂纹。当涂层的裂口变得足够大时，将会形成裂片便随着瞬时的动量从试件上剥落，这就是激光冲击诱导的层裂现象【‘’]。如图1.3所示。 IIIII夕夕 ////\\\ \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\一一~、、喻 ...、~~..‘ ‘ ‘ ‘义义 ~~~~目目 .....~一刁，卜 卜 卜 卜 \\\ \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\计计算机机 机机机机机机机机机 传 传 传传感器 器 图1.3激光层裂试验法1.约束层2.能量吸收层3.基体4.涂层通过激光层裂法表征结合强度十分困难，主要体现在应力波的产生机制与数学表达。激光作用于基体，在基体表面产生一系列复杂的物理过程，这其中包括光学过程以及作用产生的热学过程，最终还要经历热力藕合等过程。此外，在这些过程中还涉及到不同种类的非线性过程、离化及气化等。同时，描述介质的物理参数如热学、力学非恒值，都随时间发生变化，还要考虑到基体前的约束层、能量吸收层，表征过程就显得更加复杂。GuPta[’“]等人利用该方法通过自由表面获得的应力波，进一步拟合，对初始应力波数值计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄膜弹丸对涂层基体冲击的界面结合强度分析[J]. 吴志林,张强. 科学技术与工程. 2011(34)
[2]聚偏氟乙烯在重复脉冲激光推进推力测量中的应用[J]. 辛朝军,金星,崔村燕,赵海滨. 测试技术学报. 2010(06)
[3]基于激光冲击强化的冲击波实验研究[J]. 刘瑞军,陈东林,何卫锋,李伟,李启鹏. 应用激光. 2010(03)
[4]划痕法对金属包装材料涂层/基底体系界面结合性能的研究[J]. 蒋丽梅,肖颖喆,滑广军,何新快. 包装工程. 2010(09)
[5]鼓泡法试验薄膜力学行为的研究[J]. 张宁,聂璞林,李铸国,黄坚,陈秋龙,蔡珣. 力学季刊. 2010(01)
[6]涂层／基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望[J]. 杨班权,陈光南,张坤,罗耕星,肖京华. 力学进展. 2007(01)
[7]基体拉伸法测试二氧化钛薄膜界面结合强度[J]. 杨金霞,崔振铎,魏强,杨贤金. 功能材料. 2006(12)
[8]冲击载荷作用下多孔材料复合结构防爆理论计算[J]. 王宇新,顾元宪,孙明. 兵工学报. 2006(02)
[9]MultiSIM在电子线路实验教学中的应用探索[J]. 马风格,梁夏,李桂香. 实验技术与管理. 2005(12)
[10]基于multisim的电路设计与仿真[J]. 张晶,李心广. 计算机仿真. 2005(05)
博士论文
[1]平面冲击加载下A95陶瓷动态力学性能研究[D]. 唐录成.重庆大学 2009
硕士论文
[1]电沉积镍涂层薄板的冲压成形极限预测与数值模拟[D]. 唐建国.湘潭大学 2009
[2]复合杆体碰撞机理研究[D]. 杨雄源.南京理工大学 2007
[3]碰撞冲击力的数值计算与测试方法研究[D]. 王俊峰.上海交通大学 2007
[4]激光层裂法检测薄膜与基体结合强度有限元分析[D]. 阚剑平.江苏大学 2002
[5]高速冲击条件下PVDF传感元件测压技术及其工程应用[D]. 李思忠.四川大学 2001
本文编号：3034424
【文章来源】：南京理工大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
戈d痕法的试验原理
1·2·2鼓泡法1911，0一川应用鼓泡试验 (BlisterTest)测试基体与薄膜间力学性能的方法较为常用。鼓泡法试验常采用压头或者液体对薄膜表面施加面载荷或者点载荷，加载方式如图1.2所示，薄膜在载荷作用下会产生变形、挠曲。a)点载荷b)面载荷图1.2试件在不同加载方式下的脱离模型鼓泡法的工作原理:通过基体内部对粘贴在基体材料上的一个薄膜窗口施加压力，从而使得这个薄膜窗口能够膨胀到使之完全地从基体表面剥离。在试验过程中，需要实时测量薄膜窗口所接收到的压力变化大小以及薄膜高度的变化值。根据膜基界面结合强度的计算公式对鼓泡法的试验结果进行评估，进而得到膜基界面的结合强度与薄膜的力学性能。该方法的优势是可以使得与粘结性能无关的能量损耗降低到最小，从而得到结合强度的精确值。而不足之处:在试验方面，制作试件时需要较高的技术要求，并且理论方面，描述薄膜与基体结合强度的物理模型具?
在介质中进行传播并衰减，到达涂层自由表面后进行反射。反射波与入射波相互作用，当满足断裂准则时，在涂层的内部就会形成裂纹。当涂层的裂口变得足够大时，将会形成裂片便随着瞬时的动量从试件上剥落，这就是激光冲击诱导的层裂现象【‘’]。如图1.3所示。 IIIII夕夕 ////\\\ \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\一一~、、喻 ...、~~..‘ ‘ ‘ ‘义义 ~~~~目目 .....~一刁，卜 卜 卜 卜 \\\ \\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\计计算机机 机机机机机机机机机 传 传 传传感器 器 图1.3激光层裂试验法1.约束层2.能量吸收层3.基体4.涂层通过激光层裂法表征结合强度十分困难，主要体现在应力波的产生机制与数学表达。激光作用于基体，在基体表面产生一系列复杂的物理过程，这其中包括光学过程以及作用产生的热学过程，最终还要经历热力藕合等过程。此外，在这些过程中还涉及到不同种类的非线性过程、离化及气化等。同时，描述介质的物理参数如热学、力学非恒值，都随时间发生变化，还要考虑到基体前的约束层、能量吸收层，表征过程就显得更加复杂。GuPta[’“]等人利用该方法通过自由表面获得的应力波，进一步拟合，对初始应力波数值计算
【参考文献】：
期刊论文
[1]薄膜弹丸对涂层基体冲击的界面结合强度分析[J]. 吴志林,张强. 科学技术与工程. 2011(34)
[2]聚偏氟乙烯在重复脉冲激光推进推力测量中的应用[J]. 辛朝军,金星,崔村燕,赵海滨. 测试技术学报. 2010(06)
[3]基于激光冲击强化的冲击波实验研究[J]. 刘瑞军,陈东林,何卫锋,李伟,李启鹏. 应用激光. 2010(03)
[4]划痕法对金属包装材料涂层/基底体系界面结合性能的研究[J]. 蒋丽梅,肖颖喆,滑广军,何新快. 包装工程. 2010(09)
[5]鼓泡法试验薄膜力学行为的研究[J]. 张宁,聂璞林,李铸国,黄坚,陈秋龙,蔡珣. 力学季刊. 2010(01)
[6]涂层／基体材料界面结合强度测量方法的现状与展望[J]. 杨班权,陈光南,张坤,罗耕星,肖京华. 力学进展. 2007(01)
[7]基体拉伸法测试二氧化钛薄膜界面结合强度[J]. 杨金霞,崔振铎,魏强,杨贤金. 功能材料. 2006(12)
[8]冲击载荷作用下多孔材料复合结构防爆理论计算[J]. 王宇新,顾元宪,孙明. 兵工学报. 2006(02)
[9]MultiSIM在电子线路实验教学中的应用探索[J]. 马风格,梁夏,李桂香. 实验技术与管理. 2005(12)
[10]基于multisim的电路设计与仿真[J]. 张晶,李心广. 计算机仿真. 2005(05)
博士论文
[1]平面冲击加载下A95陶瓷动态力学性能研究[D]. 唐录成.重庆大学 2009
硕士论文
[1]电沉积镍涂层薄板的冲压成形极限预测与数值模拟[D]. 唐建国.湘潭大学 2009
[2]复合杆体碰撞机理研究[D]. 杨雄源.南京理工大学 2007
[3]碰撞冲击力的数值计算与测试方法研究[D]. 王俊峰.上海交通大学 2007
[4]激光层裂法检测薄膜与基体结合强度有限元分析[D]. 阚剑平.江苏大学 2002
[5]高速冲击条件下PVDF传感元件测压技术及其工程应用[D]. 李思忠.四川大学 2001
本文编号：3034424
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