添加稀土元素的钨基合金冲击韧性缺口敏感性研究

发布时间：2017-09-11 01:15

  本文关键词：添加稀土元素的钨基合金冲击韧性缺口敏感性研究

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【摘要】：高密度钨合金具有许多的优良特性,其不论在军事工业还是民用工业中都有广泛的应用。实际的钨合金材料,在制备、运输、加工过程中会存在缺口。“缺口效应”会对材料力学性能产生很多的影响。本论文首先选取了两组钨合金试样:一组为不带缺口的试样,另一组为标准V型缺口试样。在冲击试验机上分别对这两组试样进行冲击试验,对试验机上数据进行数理统计之后,进行相应计算得到两组试样的冲击韧性值。之后,利用有限元分析软件ANSYS/ls-dyna对这两组试样的冲击过程进行模拟,通过比对实验结果与模拟结果,验证了模拟方法的正确性与可行性。利用软件的后处理功能,查看并分析了钨合金试样冲击过程中相应物理量的变化情况。最后,设计了共计11种缺口高度的试样,并利用有限元软件模拟了其冲击过程。通过对模拟结果中韧性值的分析,得到钨合金冲击韧性之间缺口大致变化情况,即钨合金冲击韧性缺口敏感性。本文中所得具体的结论如下:通过试验发现:不带缺口的钨合金试样相较于标准V型缺口钨合金试样,具有较大的冲击韧性。其中不带缺口的钨合金试样的冲击韧性为164J/cm2,而标准V型缺口钨合金试样的冲击韧性为117 J/cm2,两者相差47 J/cm2。不带缺口的试样,模拟所得的冲击韧性值为为158 J/cm2,与实验值相差4%;标准V型缺口试样冲击韧性的模拟值为108J/cm2,与实验值相差7%。实验值与模拟值相差较小,故认为利用ANSYS/ls-dyna对钨合金冲击过程模拟具有较好的精度和可行性。利用ANSYS/ls-dyna的后处理功能分别对即将断裂时刻两组钨合金的应变、应力、应变率等进行了观察,发现:相较于不带缺口的钨合金试样,标准V型试样达到即将破坏时刻所经历的时间较短:在缺口处具有较大的应变率、较小的应力集中区域。这两方面综合作用决定了带缺口的试样具有较小的冲击韧性。利用ANSYS/ls-dyna模拟了缺口高度在0~2mm之间共11组试样的冲击过程。通过模拟结果发现:钨合金的冲击韧性随缺口高度的变化较为明显,即钨合金具有较大的缺口敏感性;带缺口试样的ci?值在0.21~0.3之间变化较小。
【关键词】：钨合金 冲击韧性 缺口敏感性 有限元 ANSYS
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.411
【目录】：

• 摘要3-5
• abstract5-9
• 1.绪论9-17
• 1.1 工程背景9-15
• 1.1.1 钨基合金的应用背景9-10
• 1.1.2 钨基高密度合金的研究现状10-14
• 1.1.3 缺口敏感性的相关研究14-15
• 1.2 本文主要研究内容15-17
• 2.冲击理论与工程技术17-29
• 2.1 引言17-18
• 2.2 力学理论18-23
• 2.2.1 宏观断裂力学18-19
• 2.2.2 材料屈服准则19
• 2.2.3 材料的失效或破坏19-21
• 2.2.4 连续介质力学方程21-22
• 2.2.5 细观断裂力学理论及宏细观断裂力学理论22-23
• 2.3 有限元法理论23-26
• 2.3.1 有限元法简介23-24
• 2.3.2 有限元法的算法简介24-26
• 2.4 无网格SPH法26-29
• 2.4.1 有限元法的局限性26-27
• 2.4.2 无网格法的优点及主要的无网格方法27-29
• 3.冲击实验与结果29-35
• 3.1 实验设备29-32
• 3.1.1 实验设备原理29-31
• 3.1.2 实验设备技术参数31-32
• 3.2 试样及冲击试验32-33
• 3.3 冲击试验结果33-34
• 3.4 冲击断口的SEM微观形貌分析34-35
• 4.冲击过程模拟35-55
• 4.1 ANSYS/ls-dyna软件简介35-38
• 4.1.1 ANSYS软件简介35-37
• 4.1.2 ls-dyna软件简介37-38
• 4.2 ANSYS/ls-dyna模拟步骤38-44
• 4.2.1 前言38-40
• 4.2.2 模拟步骤40-44
• 4.3 模拟可行性验证44-45
• 4.4 模拟结果分析45-52
• 4.4.1 两组不同缺口钨合金试样的冲击功分析45-46
• 4.4.2 两组不同缺口钨合金试样的位移云图46-48
• 4.4.3 两组不同缺口钨合金试样的应变云图48-49
• 4.4.4 两组不同缺口钨合金试样的应力云图49-50
• 4.4.5 两组不同缺口钨合金试样的应变率云图50-51
• 4.4.6 钨合金试样冲击过程中冲击锤加速度变化51-52
• 4.5 钨合金冲击韧性缺口敏感性52-54
• 4.6 本章小结54-55
• 5.结论与展望55-57
• 5.1 结论55
• 5.2 展望55-57
• 参考文献57-61
• 附录硕士研究生学习阶段发表论文61-62
• 致谢62

【参考文献】

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本文编号：827747