【摘要】：絕熱剪切是爆炸、沖擊載荷作用下材料的重要破壞形式之一,普遍存在于彈道沖擊、侵徹/貫穿、高速加工成型、切削等與高速變形相關(guān)的過程中。本文采用霍普金森動態(tài)帽型剪切實驗對金屬絕熱剪切演化特性開展研究,通過宏觀力學響應(yīng)與微觀金相分析相結(jié)合的方法,分析絕熱剪切帶的起始、擴展演化過程,探討了加載應(yīng)變率、應(yīng)力狀態(tài)、合金晶粒度等對絕熱剪切帶起始及演化的影響。主要研究內(nèi)容及成果如下:采用理論、數(shù)值模擬及實驗結(jié)合的方法,對帽型剪切試樣動態(tài)加載過程中剪切區(qū)的應(yīng)力、應(yīng)變狀態(tài)進行分析,揭示了只要加載過程試樣剪切區(qū)應(yīng)力狀態(tài)羅德參數(shù)μ_σ滿足-0.46μ_σ0.46,即可方便地當作剪切狀態(tài)處理得到等效應(yīng)力,其誤差不超過3.4%。實驗驗證了所設(shè)計的帽型剪切實驗得到的等效應(yīng)力—應(yīng)變曲線與壓縮性能實驗結(jié)果相符合。實驗結(jié)果顯示:剪切試樣實驗得到的等效應(yīng)力—應(yīng)變曲線,能直接反映材料剪切區(qū)內(nèi)從均勻變形到絕熱剪切起始、發(fā)展過程的力學響應(yīng);而動態(tài)圓柱壓縮實驗得到的等效應(yīng)力—應(yīng)變曲線不能直觀揭示試樣內(nèi)部的絕熱剪切帶起始、裂紋擴展的力學軟化響應(yīng)特征。對TA2鈦合金帽型剪切試樣不同加載率下的剪切及破壞特性開展實驗研究,結(jié)果顯示:1)TA2鈦合金動態(tài)破壞存在兩種機制:加載應(yīng)變率較低(2500s~(-1))時,材料破壞為非絕熱剪切帶引起的斷裂;在較高加載應(yīng)變率(2800s~(-1))時,發(fā)生絕熱剪切局域化現(xiàn)象,裂紋沿絕熱剪切帶擴展破壞。2)剪切實驗得到應(yīng)力—應(yīng)變曲線最大應(yīng)力處表征絕熱剪切起始時刻,而應(yīng)力—應(yīng)變曲線應(yīng)力快速下降的“應(yīng)力塌陷”表征絕熱剪切帶貫穿剪切區(qū)的時刻;3)從宏觀均質(zhì)連續(xù)介質(zhì)力學角度分析,絕熱溫升引起的材料熱軟化不是絕熱剪切帶起始的臨界條件,相反絕熱剪切帶的形成、發(fā)展使得溫度急劇上升,因而熱軟化可能不是造成絕熱剪切失穩(wěn)的主要因素;4)絕熱剪切帶起始的臨界應(yīng)變隨應(yīng)變率增大而減小,而其相應(yīng)的塑性功幾乎不變,存在一個絕熱剪切帶起始的臨界塑性功W_i,Rittel“冷功”準則有一定的合理性。開展不同壓剪角的帽型試樣動態(tài)剪切實驗,探討應(yīng)力狀態(tài)對絕熱剪切特性的影響,結(jié)果顯示:壓剪角增大,TA2鈦合金絕熱剪切帶起始應(yīng)變增大,剪切帶形成推遲,即靜水壓增大不利于絕熱剪切帶起始和發(fā)展。對不同晶粒度的TA2鈦合金的絕熱剪切特性開展實驗研究,結(jié)果顯示:晶粒度對絕熱剪切帶起始影響較大,晶粒尺寸減小有利于絕熱剪切帶起始演化;而絕熱剪切帶一旦萌生,在其擴展演化過程中,晶粒尺寸的影響并不大。
【學位授予單位】：寧波大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TG146.23

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本文編號：2774207