热氧化钛合金动态力学性能研究

发布时间：2017-10-15 03:09

  本文关键词：热氧化钛合金动态力学性能研究

  更多相关文章： TC4 热氧化钛合金 霍普金森压杆 Johnson-Cook 模型 有限元分析 半球壳

【摘要】：近些年,钛合金在航天工程、汽车制造业、体育医疗器械制造等领域应用越来越广泛,主要是因为钛合金良好的性能特征,如耐蚀性、比强度较高,生物相容性优异等。同时,其硬度相对较低、耐磨性差、表面力学性能较弱等限制了钛合金的使用范围,也对产品的安全性和可靠性提出了挑战。研究表明,钛的氧化物具有硬度高、耐磨性能好的优良性能,其中氧是固溶于钛合金的,基于此,本文对钛合金进行了氧化处理,形成表面氧化层,以达到提高钛合金的强度,提升其耐磨性及表面力学性能的目的。实验表明,对钛合金进行热氧化处理后,其表面磨损量和摩擦系数都有所下降,为进一步优化经过表面处理后钛合金的摩擦性能,了解所涉及的摩擦学机制,定量考察氧化处理后钛合金动态下的弹塑性力学性能参数尤为重要。基于以上问题,本文对TC4热氧化钛合金的力学性能进行了系统性的研究,主要工作和结果如下:(1)在不同工况下,采用电子万能材料试验机和分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对TC4热氧化钛合金分别进行了准静态和动态试验,通过得出的实验数据和Johnson-Cook模型拟合得到TC4热氧化钛合金的动态本构关系。(2)对TC4热氧化钛合金半球壳在子弹冲击作用下的过程进行数值模拟,利用上述工作得到的TC4热氧化钛合金的Johnson-Cook动态本构关系,对比分析考虑材料应变率效应和不考虑材料应变率效应下的半球壳的力学响应,重点考察了接触力峰值、顶点位移力学指标。分析结果表明,材料应变率效应对半球壳冲击作用下的力学性能有显著的影响。更进一步证明了研究TC4热氧化钛合金材料本身应变率效应有着十分重要的意义。
【关键词】：TC4 热氧化钛合金 霍普金森压杆 Johnson-Cook 模型 有限元分析 半球壳
【学位授予单位】：河北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-19
• 1.1 钛合金概述10-15
• 1.1.1 钛合金的分类11-13
• 1.1.2 钛合金的特性13-15
• 1.2 研究背景和意义15-16
• 1.3 研究的国内外现状16-17
• 1.4 研究方法、创新点17-19
• 1.4.1 研究方法17-18
• 1.4.2 创新点18-19
• 第2章 TC4钛合金热氧化处理方法19-27
• 2.1 钛合金热处理概述19-21
• 2.1.1 退火处理20
• 2.1.2 固溶处理20-21
• 2.1.3 时效处理21
• 2.2 钛合金氧化处理概述21-23
• 2.3 TC4钛合金热氧化处理23-27
• 2.3.1 TC4钛合金热氧化原理23
• 2.3.2 TC4钛合金热氧化影响因素23-26
• 2.3.3 TC4钛合金热氧化基本流程26-27
• 第3章 热氧化钛合金力学性能试验27-45
• 3.1 引言27
• 3.2 力学性能实验27-34
• 3.2.1 试件制备及加工27-28
• 3.2.2 静态实验设备及基本原理28-30
• 3.2.3 动态实验设备及基本原理30-34
• 3.3 实验结果与分析34-40
• 3.3.1 应变率对材料动态性能的影响34-36
• 3.3.2 温度对材料动态性能的影响36-39
• 3.3.3 氧化处理时保温时间对材料动态性能的影响39-40
• 3.4 Johnson-Cook动态本构关系方程40-44
• 3.4.1 Johnson-Cook模型概述40-42
• 3.4.2 本构关系参数的确定42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 第4章 TC4热氧化钛合金半球壳的动态响应45-52
• 4.1 概述45
• 4.2 有限元模型建立45-47
• 4.3 数值模拟结果47-51
• 4.3.1 接触力峰值47-48
• 4.3.2 顶点位移48-51
• 4.4 本章小结51-52
• 第5章 结论与展望52-54
• 5.1 结论52-53
• 5.2 下一步工作展望53-54
• 参考文献54-59
• 致谢59

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本文编号：1034727