动态拉伸加载下高纯铝损伤成核和长大特征研究

发布时间：2017-09-20 12:10

  本文关键词：动态拉伸加载下高纯铝损伤成核和长大特征研究

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【摘要】：在动载荷作用下,材料的拉伸破坏始于内部稀疏波相互作用产生的拉伸应力引起的微孔洞或裂纹,而微孔洞或裂纹的出现位置和数量与材料微结构密切相关,比如位错、晶界或杂质往往会成为材料破坏的起源。深入认识拉伸应力作用下材料微结构的动态演化机理和规律,探索和建立一个能够连接不同尺度且具有预测能力的材料失效理论模型,实现对材料从其行为的“观察”转变到对其性能的“控制”,不仅是提高材料研究和设计水平的必要前提,而且对提高国防装备及民用材料的强度和性能均具有重要意义。材料的微观结构对材料的早期动态损伤演化行为有着重要的影响,晶界是材料微观结构的重要组成部分,早期的一些研究认为,材料中的孔洞或裂纹容易在晶界上出现并沿着晶界扩展,晶界是相对薄弱的微结构,本文拟对此进行深入的研究。本文以高纯铝(99.999%)轧制棒材作为实验材料,得到两种不同微结构的实验样品:多晶样品和双晶样品。在一级轻气炮上进行一维应变平面冲击加载实验。对多晶和双晶高纯铝“软回收”样品进行金相显微分析、电子背散射衍射分析以及同步辐射X射线断层摄影分析,获得材料在动态加载下的损伤演化特征。论文的主要工作内容和创新点总结如下:1、在一级轻气炮上对高纯铝样品进行了一系列冲击加载实验,对部分“软回收”样品进行了金相显微分析、电子背散射衍射分析以及同步辐射X射线断层摄影分析,表征了高纯铝样品中损伤动态成核和长大的特征,并给出可能的机理解释。结果表明,绝大部分损伤成核在“弱取向”晶粒的晶界附近,并朝着晶界方向生长,周围伴有碎裂的小晶粒,这主要是由“弱取向”晶粒中滑移系在晶界处堆积并相互作用造成的。另外,高纯铝晶体中滑移面构成的八面体滑移系使得初始损伤呈八面体形状,EBSD观察到的二维结果与同步辐射X射线断层摄影得到的损伤三维结构是一致的。2、通过二维金相分析方法和三维X射线断层摄影方法分别分析了在不同冲击加载强度下高纯铝样品的损伤分布。沿厚度方向的损伤分布可以利用高斯函数进行很好的描述。从二维方法中得出的结果与从三维方法得出的结果基本吻合,误差仅为10%-25%。三维X射线断层摄影分析表明,孔洞的大小分布遵循tssnn-=0(t±=2.05.1)的指数规律,比渝渗模型中预测指数更小。
【关键词】：高纯铝 晶界 滑移系 动态拉伸断裂
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.21
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 引言9-22
• 1.1 研究背景9-11
• 1.2 研究历史及现状11-20
• 1.3 本文主要研究内容20-22
• 第2章 实验技术与方法22-34
• 2.1 实验原理及设备简介22-30
• 2.1.1 层裂实验原理22-23
• 2.1.2 一级轻气炮简介23-25
• 2.1.3 多普勒光纤探针测速系统简介25-27
• 2.1.4 电子背散射衍射技术简介27-29
• 2.1.5 三维(3D) X射线断层摄影简介29-30
• 2.2 实验方案设计30-33
• 2.2.1 实验样品设计30-31
• 2.2.2 实验“软回收”装置的设计31-33
• 2.3 本章小结33-34
• 第3章 高纯铝样品的实时测量和回收表征结果分析34-47
• 3.1 实时测量结果分析34-36
• 3.2 高纯铝“软回收”样品的EBSD分析36-45
• 3.2.1 高纯铝双晶“软回收”样品的EBSD分析36-40
• 3.2.2 高纯铝多晶“软回收”样品的EBSD分析40-45
• 3.3 本章小结45-47
• 第4章 两种方法对比分析高纯铝样品动态损伤分布47-61
• 4.1 两种表征方法简介47-53
• 4.1.1 金相分析方法47-50
• 4.1.2 X射线断层摄影方法50-53
• 4.2 对比分析两种表征方法的结果53-60
• 4.2.1 不同冲击强度下沿样品厚度方向的损伤分布53-56
• 4.2.2 基于三维方法量化二维技术中D_(max),δ和x_n的误差56-58
• 4.2.3 三维方法表征样品孔洞大小的分布58-60
• 4.3 本章小结60-61
• 第5章 总结与展望61-63
• 5.1 全文总结61-62
• 5.2 研究展望62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-70
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文70

【参考文献】

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1 陈开果;祝文军;马文;邓小良;贺红亮;经福谦;;冲击波在纳米金属铜中传播的分子动力学模拟[J];物理学报;2010年02期

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本文编号：887961