高应变率下损伤容限型钛合金的动态力学性能及断裂行为研究

发布时间：2017-10-20 16:18

  本文关键词：高应变率下损伤容限型钛合金的动态力学性能及断裂行为研究

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【摘要】：损伤容限型钛合金具有高断裂韧性和低裂纹扩展速率等优点,在飞行器主承力结构件中的应用日益增多,深入了解损伤容限型钛合金的动态力学性能和断裂行为对飞行器维护与定寿,乃至保障飞行安全具有重要意义。本文针对TC4-DT和TC21两种损伤容限型钛合金在高应变率条件下的动态力学性能和断裂行为展开了研究。借助分离式霍普金森压杆试验装置对室温下两种钛合金在1000 s-1~8000 s-1应变率范围内进行动态压缩试验,得到了高应变率条件下的真实应力-应变曲线。结果表明在高应变率下,两种钛合金均具有一定的应变率增强、增塑以及应变强化效应。随着应变率的增加,两种钛合金的应变率增强、增塑效应均越明显,且相比之下,TC4-DT钛合金应变率增塑现象更为显著。采用光学显微镜、扫描电子显微镜对试样进行了显微观察与分析,并测定了其显微硬度。较于TC21钛合金,在TC4-DT钛合金中发现明显的绝热剪切现象,伴随着光亮的绝热剪切带产生,且宽度随应变率的增加由10μm向20μm增长。TC4-DT钛合金的显微硬度沿着垂直于绝热剪切带方向上随距离增加而减小,而TC21钛合金试样的显微硬度分布比较均匀,随着应变率的增加由478.5HV增加到535.2HV。随着应变率的增加沿着剪切带方向还伴随着裂纹的萌生、扩展和聚合。两种钛合金均表现为剪切破坏,试样断口上都交替分布着韧窝和平滑两种不同特征的典型区域,且在相同应变率下TC4-DT钛合金的韧窝比TC21更多且沿着剪切方向拉伸的更长。采用Johnson-Cook本构模型,利用试验数据拟合得到了高应变率下TC21钛合金动态塑性本构方程以及改进温度项后的TC4-DT钛合金动态塑性本构关系。
【关键词】：损伤容限型钛合金 动态力学性能 分离式霍普金森压杆试验 绝热剪切带 Johnson-Cook本构模型
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.23
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-12
• 注释表12-13
• 缩略词13-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 引言14-15
• 1.2 高应变率下材料的动态力学响应15-17
• 1.3 高应变率下材料的动态塑性本构关系17-22
• 1.3.1 常见的热-粘塑性本构模型18-20
• 1.3.2 JOHNSON-COOK本构模型的应用现状20-22
• 1.4 高应变率下材料的变形特征22-25
• 1.4.1 材料的绝热剪切带现象22
• 1.4.2 绝热剪切带特征22-23
• 1.4.3 高应变率下绝热剪切行为的研究现状23-25
• 1.5 国内损伤容限型钛合金的研究现状25-27
• 1.5.1 TC4-DT损伤容限型钛合金的研究现状25-26
• 1.5.2 TC21损伤容限型钛合金的研究现状26-27
• 1.6 研究目的和内容27-28
• 第二章 试验装置与方案28-39
• 2.1 分离式HOPKINSON压杆装置及测试技术28-33
• 2.1.1 SHPB技术的发展28-29
• 2.1.2 SHPB试验原理及其装置结构29-33
• 2.2 试样制备33-34
• 2.3 试验方案34-39
• 2.3.1 SHPB试验方案34
• 2.3.2 测试方案34-39
• 第三章 损伤容限型钛合金动态力学特征及其本构关系39-52
• 3.1 TC4-DT和TC21钛合金的动态力学特征39-43
• 3.1.1 应变率强化效应40-41
• 3.1.2 应变强化和绝热升温热软化效应41-42
• 3.1.3 应变率增塑效应42-43
• 3.2 TC4-DT和TC21钛合金的动态塑性本构关系43-52
• 3.2.1 高应变率下TC21损伤容限型钛合金的动态本构关系44-47
• 3.2.2 高应变率下TC4-DT损伤容限型钛合金的动态本构关系47-52
• 第四章 高应变率下损伤容限型钛合金的断裂行为52-62
• 4.1 断口形貌分析52-55
• 4.1.1 应变率对损伤容限型钛合金断.形貌的影响53-54
• 4.1.2 TC4-DT和TC21的断.形貌特征对比54-55
• 4.2 高应变率下损伤容限型钛合金绝热剪切行为55-62
• 4.2.1 TC21钛合金的剪切变形特征56-58
• 4.2.2 TC4-DT钛合金的绝热剪切带特征58-62
• 第五章 总结与展望62-64
• 5.1 总结62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文69

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