本文關(guān)鍵詞：AZ31鎂合金絕熱剪切行為數(shù)值模擬

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【摘要】：鎂合金是最輕的常用金屬材料之一，其密度大概是鋁的密度的三分之二，具備高比強(qiáng)度、比剛度以及良好的減震、鑄造和切削加工等性能，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”。隨著鎂合金在汽車、航空航天、軍工武器等行業(yè)的廣泛應(yīng)用，其動(dòng)態(tài)力學(xué)性能也越來越備受關(guān)注，，而材料在高應(yīng)變率條件下，其強(qiáng)度與靜載條件下具有較大差異。差異的主要產(chǎn)生原因是高應(yīng)變率下，材料內(nèi)部產(chǎn)生了絕熱剪切帶，致使其自身承載能力很大程度的降低，甚至完全喪失。 為進(jìn)一步了解AZ31鎂合金絕熱剪切帶的產(chǎn)生原因以及絕熱剪切帶內(nèi)部孔洞和微裂紋之間的關(guān)系。本文利用Ansys/Ls-dyna模擬軟件對(duì)SHPB動(dòng)態(tài)加載過程進(jìn)行數(shù)值模擬，利用試驗(yàn)所得應(yīng)力應(yīng)變曲線，擬合粘塑性的Johnson-Cook本構(gòu)方程中的各項(xiàng)參數(shù)；通過彈速計(jì)算公式求得數(shù)值模擬中子彈的初速度。可視化重現(xiàn)了SHPB動(dòng)態(tài)加載過程中，應(yīng)力在SHPB裝置中的傳播方式與過程以及AZ31帽狀試樣絕熱剪切帶易發(fā)區(qū)域的應(yīng)力應(yīng)變和溫度情況。結(jié)合光學(xué)顯微鏡、掃描電鏡和透射電鏡技術(shù)分別對(duì)同等試驗(yàn)條件下的AZ31帽狀試樣進(jìn)行顯微組織觀察。綜合分析了AZ31帽狀試樣內(nèi)部絕熱剪切帶的產(chǎn)生原因以及絕熱剪切帶內(nèi)部組織的形成與演變。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，應(yīng)力在SHPB裝置的中以波的形式進(jìn)行傳遞，其速度為683.33m/s。應(yīng)力波抵達(dá)帽狀試樣內(nèi)外拐點(diǎn)連線區(qū)域時(shí)首先在內(nèi)外拐點(diǎn)處匯聚，進(jìn)而逐漸向中間區(qū)域擴(kuò)展，最終聚集在中間，其最大值為244.5MPa，此時(shí)該區(qū)域的溫度最大值為953.258K。通過顯微組織觀察發(fā)現(xiàn)，AZ31帽狀試樣應(yīng)力集中區(qū)域產(chǎn)生了絕熱剪切帶，絕熱剪切帶內(nèi)部存在孔洞、微裂紋、等軸晶區(qū)域以及相互平行的孿晶帶。結(jié)合數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可知絕熱剪切帶內(nèi)部較高的溫度條件推動(dòng)自身組織內(nèi)部碎化的細(xì)小晶粒以及亞結(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)再結(jié)晶形成了等軸晶區(qū)，等軸晶區(qū)域兩側(cè)為相互平行的孿晶帶。同時(shí)在等軸晶的內(nèi)部存在孔洞和微裂紋，二者的關(guān)系是孔洞最先產(chǎn)生，隨著時(shí)間的推移和載荷的增加，孔洞發(fā)生擴(kuò)展，形成裂紋。
【關(guān)鍵詞】：分離式Hopkinson壓桿 擠壓態(tài)AZ31鎂合金 帽狀試樣 Johnson-Cook本構(gòu)關(guān)系 Ansys/Ls-dyna數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：沈陽工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG146.22
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-15
• 1.1 鎂的性質(zhì)及用途9-10
• 1.2 鎂合金局域變形與絕熱剪切10
• 1.3 鎂合金絕熱剪切的研究進(jìn)展10-13
• 1.4 鎂合金絕熱剪切數(shù)值模擬13-14
• 1.4.1 數(shù)值模擬13
• 1.4.2 有限元軟件13-14
• 1.5 本課題研究的意義及內(nèi)容14-15
• 第2章 實(shí)驗(yàn)原理、材料及方法15-21
• 2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理15-17
• 2.1.1 主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備SHPB簡介15-16
• 2.1.2 實(shí)驗(yàn)原理簡介16-17
• 2.2 實(shí)驗(yàn)材料17-21
• 2.2.1 試樣尺寸17-18
• 2.2.2 試樣制備18-19
• 2.2.3 高速?zèng)_擊壓縮實(shí)驗(yàn)19-20
• 2.2.4 微觀組織分析20
• 2.2.5 維氏硬度測試計(jì)的原理20-21
• 第3章 分離式霍普金森(SHPB)的理論分析21-28
• 3.1 分離式霍普金森沖擊桿的理論分析21-23
• 3.2 彈性應(yīng)力波的基本假設(shè)與控制方程23-25
• 3.3 Johnson-Cook 本構(gòu)模型25-26
• 3.4 彈速模擬計(jì)算公式26-28
• 3.4.1 氣炮發(fā)射桿件原理圖26-27
• 3.4.2 模擬彈彈速計(jì)算公式27-28
• 第4章 霍普金森（SHPB）動(dòng)態(tài)加載過程數(shù)值模擬28-42
• 4.1 Ansys/Ls-dyna 數(shù)值模擬28-29
• 4.2 有限元分析的預(yù)處理29-34
• 4.2.1 SHPB 裝置的單元選取30
• 4.2.2 SHPB 裝置的幾何模型建立30-31
• 4.2.3 SHPB 裝置的材料屬性設(shè)置31-32
• 4.2.4 SHPB 裝置的網(wǎng)格劃分32
• 4.2.5 SHPB 裝置的接觸設(shè)置32-33
• 4.2.6 SHPB 裝置的邊界條件加載33-34
• 4.3 SHPB 數(shù)值模擬結(jié)果與討論34-39
• 4.3.1 SHPB 實(shí)驗(yàn)裝置中應(yīng)力的傳播形式34-37
• 4.3.2 AZ31 帽狀試樣的室溫動(dòng)態(tài)加載37-39
• 4.4 SHPB 數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性驗(yàn)證39-40
• 4.5 SHPB 數(shù)值模擬的誤差分析40-42
• 第5章 AZ31 帽狀試樣局域變形和絕熱剪切帶萌生與擴(kuò)展42-49
• 5.1 AZ31 鎂合金的性能特點(diǎn)42
• 5.2 AZ31 帽狀試樣的局域變形過程42-43
• 5.3 AZ31 帽狀試樣絕熱剪切帶的萌生過程43-45
• 5.3.1 AZ31帽狀試樣絕熱剪切帶的萌生過程43-44
• 5.3.2 AZ31帽狀試樣絕熱剪切帶內(nèi)部的等軸晶區(qū)域與孿晶帶的形成過程44-45
• 5.4 AZ31 帽狀試樣絕熱剪切帶的擴(kuò)展過程45-49
• 5.4.1 絕熱剪切帶內(nèi)部組織顯微分析45-47
• 5.4.2 絕熱剪切帶內(nèi)部微裂紋的形成與擴(kuò)展過程47-49
• 第6章 結(jié)論49-50
• 參考文獻(xiàn)50-54
• 在學(xué)研究成果54-55
• 致謝55

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：717465