前端镀膜弹丸撞击法评价界面结合性能的研究
发布时间：2022-12-09 18:11
针对基体/涂层材料被广泛应用而评价其结合性能的方法较局限的现状,采用了新型的前端镀膜弹丸撞击评价法,并对该动态测量方法进行分析与研究。 首先,对一维弹性应力波的传播规律进行分析,根据新型镀膜弹丸撞击基体/涂层试样的过程,建立物理几何模型并进行合理假设,运用应力波理论推导出涂层自由面的应力及界面法向应力的计算公式。以钢基体/镍涂层试件为实例,计算分析弹丸前端薄膜与基体声阻抗比对产生的界面应力的影响；并采用自制圆柱体尼龙弹丸,其前端薄膜的材料与基体相似,通过控制弹道枪的用药量来调节弹丸的发射速度,验证了此方法能产生足够大的冲击波使涂层发生剥落。然后,结合非线性有限元程序ANSYS/LS-DYNA分析当弹丸头部形状、撞击倾角、前端薄膜材料及厚度等参数变化时,界面应力的分布情况及切向应力的变化趋势。此外,还针对陶瓷涂层的特点,分析不同类别的脆性涂层/基体的界面应力状况。与理论计算结果进行对比,做出相应的分析说明。最后,根据弹丸撞击法高频响的特点,提出测量系统的设计,即在涂层侧粘贴高频响的PVDF压电传感器,把示波器获得的波形曲线换算成涂层面受到的应力,基于此应力与界面应力的关系,可得界面...
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 背景及意义
1.2 基体与涂层结合性能的研究概况
1.2.1 能量法
1.2.2 物理载荷法
1.3 本文主要工作内容
2 应力波理论分析
2.1 引言
2.2 应力波的基本概念
2.3 理想状态的波动方程
2.4 波在不同介质界面上的反射和透射
2.5 小结
3 前端镀膜弹丸撞击法理论分析
3.1 镀膜弹丸撞击法原理介绍
3.2 镀膜弹丸撞击法应力波传播过程分析
3.3 钢基体/镍涂层算例分析
3.4 方法可行性试验
3.5 小结
4 前端镀膜弹丸撞击法数值模拟分析
4.1 ANSYS/LS-DYNA介绍
4.2 有限元模型的建立
4.2.1 有限元空间离散化
4.2.2 应力计算方程
4.2.3 接触的定义与控制
4.3 弹丸头部形状对界面应力的影响
4.3.1 几何模型及基本假设
4.3.2 材料模型及状态方程
4.3.3 数值模拟结果分析
4.4 非垂直撞击数值模拟分析
4.4.1 非垂直撞击的理论分析
4.4.2 材料模型
4.4.3 不同倾角的仿真结果分析
4.5 垂直撞击陶瓷涂层/基本的数值模拟分析
4.5.1 陶瓷材料
4.5.2 材料模型及参数
4.5.3 弹丸薄膜厚度对界面应力的影响
4.5.4 不同陶瓷涂层结合强度仿真分析
4.6 总结与分析
5 PVDF压电传感器的应用及测试系统的设计
5.1 引言
5.2 PVDF压电传感器在动态测量中的应用
5.3 PVDF压电传感器测试方法及物理参数
5.4 使用方法及显示设备
5.5 自由面应力与界面应力的关系
5.6 本章小结
6 总结
6.1 全文工作总结
6.2 前景展望与探讨
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合弹丸撞击涂层钢板的力学过程研究[J]. 张强,吴志林. 计算机仿真. 2012(08)
[2]基于LS-DYNA的复合材料层合板低速冲击损伤研究[J]. 刘玄,张晓晴. 科学技术与工程. 2012(12)
[3]基于PVDF压电材料的压力传感器设计[J]. 韩冰,王越,孟繁浩,张涛. 吉林大学学报(理学版). 2012(02)
[4]侧面压入法评价涂层界面结合性能的影响因素[J]. 张凯亮,陈光南,张坤,吴臣武,罗耕星,王秀凤. 材料热处理学报. 2012(03)
[5]柱壳结构的弥散效应及对应力波的削弱作用[J]. 高光发,李永池,赵凯,庞有超. 振动与冲击. 2011(12)
[6]喷涂层结合强度测量方法的研究现状[J]. 宋亚南,徐滨士,王海斗,朴钟宇. 工程与试验. 2011(04)
[7]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)
[8]基于ANSYS/LS-DYNA的弹体侵彻钢板研究[J]. 张志飞,范锦彪,王燕. 计算机测量与控制. 2011(02)
[9]PVDF压力传感器标定及在激光推进实验中的应用[J]. 崔村燕,洪延姬,李修乾,何国强. 爆炸与冲击. 2011(01)
[10]应力波作用下岩石声发射实验研究[J]. 万国香,王其胜,李夕兵. 振动与冲击. 2011(01)
博士论文
[1]界面断裂韧性与膜基结合性能关系的研究[D]. 聂璞林.上海交通大学 2009
[2]动能弹在不同材料靶体中的侵彻行为研究[D]. 何涛.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]金属涂层结合性能的复合弹丸撞击方法研究[D]. 张强.南京理工大学 2012
[2]弹丸正撞击下纤维增强树脂基层合板破坏模式的理论和数值研究[D]. 覃悦.中国科学技术大学 2009
[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]陶瓷/金属梯度耐磨涂层的应力分析[D]. 曾庆东.武汉理工大学 2002
本文编号：3715129
【文章页数】：74 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
1 绪论
1.1 背景及意义
1.2 基体与涂层结合性能的研究概况
1.2.1 能量法
1.2.2 物理载荷法
1.3 本文主要工作内容
2 应力波理论分析
2.1 引言
2.2 应力波的基本概念
2.3 理想状态的波动方程
2.4 波在不同介质界面上的反射和透射
2.5 小结
3 前端镀膜弹丸撞击法理论分析
3.1 镀膜弹丸撞击法原理介绍
3.2 镀膜弹丸撞击法应力波传播过程分析
3.3 钢基体/镍涂层算例分析
3.4 方法可行性试验
3.5 小结
4 前端镀膜弹丸撞击法数值模拟分析
4.1 ANSYS/LS-DYNA介绍
4.2 有限元模型的建立
4.2.1 有限元空间离散化
4.2.2 应力计算方程
4.2.3 接触的定义与控制
4.3 弹丸头部形状对界面应力的影响
4.3.1 几何模型及基本假设
4.3.2 材料模型及状态方程
4.3.3 数值模拟结果分析
4.4 非垂直撞击数值模拟分析
4.4.1 非垂直撞击的理论分析
4.4.2 材料模型
4.4.3 不同倾角的仿真结果分析
4.5 垂直撞击陶瓷涂层/基本的数值模拟分析
4.5.1 陶瓷材料
4.5.2 材料模型及参数
4.5.3 弹丸薄膜厚度对界面应力的影响
4.5.4 不同陶瓷涂层结合强度仿真分析
4.6 总结与分析
5 PVDF压电传感器的应用及测试系统的设计
5.1 引言
5.2 PVDF压电传感器在动态测量中的应用
5.3 PVDF压电传感器测试方法及物理参数
5.4 使用方法及显示设备
5.5 自由面应力与界面应力的关系
5.6 本章小结
6 总结
6.1 全文工作总结
6.2 前景展望与探讨
致谢
参考文献
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]复合弹丸撞击涂层钢板的力学过程研究[J]. 张强,吴志林. 计算机仿真. 2012(08)
[2]基于LS-DYNA的复合材料层合板低速冲击损伤研究[J]. 刘玄,张晓晴. 科学技术与工程. 2012(12)
[3]基于PVDF压电材料的压力传感器设计[J]. 韩冰,王越,孟繁浩,张涛. 吉林大学学报(理学版). 2012(02)
[4]侧面压入法评价涂层界面结合性能的影响因素[J]. 张凯亮,陈光南,张坤,吴臣武,罗耕星,王秀凤. 材料热处理学报. 2012(03)
[5]柱壳结构的弥散效应及对应力波的削弱作用[J]. 高光发,李永池,赵凯,庞有超. 振动与冲击. 2011(12)
[6]喷涂层结合强度测量方法的研究现状[J]. 宋亚南,徐滨士,王海斗,朴钟宇. 工程与试验. 2011(04)
[7]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)
[8]基于ANSYS/LS-DYNA的弹体侵彻钢板研究[J]. 张志飞,范锦彪,王燕. 计算机测量与控制. 2011(02)
[9]PVDF压力传感器标定及在激光推进实验中的应用[J]. 崔村燕,洪延姬,李修乾,何国强. 爆炸与冲击. 2011(01)
[10]应力波作用下岩石声发射实验研究[J]. 万国香,王其胜,李夕兵. 振动与冲击. 2011(01)
博士论文
[1]界面断裂韧性与膜基结合性能关系的研究[D]. 聂璞林.上海交通大学 2009
[2]动能弹在不同材料靶体中的侵彻行为研究[D]. 何涛.中国科学技术大学 2007
硕士论文
[1]金属涂层结合性能的复合弹丸撞击方法研究[D]. 张强.南京理工大学 2012
[2]弹丸正撞击下纤维增强树脂基层合板破坏模式的理论和数值研究[D]. 覃悦.中国科学技术大学 2009
[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]陶瓷/金属梯度耐磨涂层的应力分析[D]. 曾庆东.武汉理工大学 2002
本文编号：3715129
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