本文關(guān)鍵詞：用于膨脹管分離結(jié)構(gòu)的鋁合金動(dòng)態(tài)斷裂韌性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：膨脹管爆炸分離器中的分離板是一種連接構(gòu)件，分離前起連接載具與機(jī)體的作用。在分離過(guò)程中，由于爆炸沖擊作用，裂紋在分離板中預(yù)先開(kāi)好凹槽處的削弱帶上迅速擴(kuò)展，分離板快速整體斷裂從而實(shí)現(xiàn)載具分離。分離板的斷裂形式通常為I型裂紋擴(kuò)展斷裂。 本文基于斷裂力學(xué)基礎(chǔ)理論，通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲斷裂實(shí)驗(yàn)，研究和測(cè)量2024-T4與7075-T6兩種航空常用鋁合金金屬在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種加載條件下材料的斷裂韌性，分析材料對(duì)裂紋的敏感度。 在研究過(guò)程中，通過(guò)準(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種加載實(shí)驗(yàn)測(cè)試了材料的各個(gè)參數(shù)值，詳盡地分析與統(tǒng)計(jì)測(cè)試到的數(shù)據(jù)以比較兩種材料斷裂力學(xué)行為的差異。在目前實(shí)驗(yàn)與理論條件下，材料的動(dòng)態(tài)斷裂韌性分析是一大難題，很難做出可靠的結(jié)果，本文采取了彈簧質(zhì)量塊等效模型做出了兩種材料動(dòng)態(tài)斷裂韌性值的最終解；同時(shí)使用高速攝影技術(shù)和數(shù)字散斑方法分析確定了各試件受動(dòng)載時(shí)的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展點(diǎn)，再利用等效模型把試件的等效剛度，等效圓頻率以及材料應(yīng)力力場(chǎng)強(qiáng)度因子的隨時(shí)間曲線圖模擬出來(lái)；最后，通過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)、試件回收后的鏡相掃描、微觀成相觀測(cè)等方法來(lái)對(duì)材料的動(dòng)態(tài)斷裂行為做出判斷與分析，找出材料微觀結(jié)構(gòu)，加工方式，構(gòu)型形狀等之間的相關(guān)影響，為膨脹管爆炸分離器中分離板的操作提供理論依據(jù)、技術(shù)規(guī)范以及數(shù)據(jù)支持。本文主要使用以下幾個(gè)測(cè)試手段來(lái)實(shí)現(xiàn)該目的： （1）基于材料萬(wàn)能實(shí)驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)靜態(tài)加載技術(shù)設(shè)計(jì)了靜態(tài)三點(diǎn)彎曲試件斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)裝置并測(cè)試了對(duì)2024-T4與7075-T6板材鋁合金在靜態(tài)加載下的斷裂性能。 （2）采用小落錘實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)態(tài)加載技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)對(duì)2024-T4與7075-T6鋁合金板材的斷裂性韌性能進(jìn)行了測(cè)試。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得P(t)曲線，使用高速攝影儀與散斑分析得出其開(kāi)裂時(shí)間tC，對(duì)應(yīng)到數(shù)值計(jì)算出來(lái)的K(t)曲線圖上的值K(tC)，即為材料的動(dòng)態(tài)斷裂韌性值KIC。 通過(guò)以上試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試操作，本文得到了以下幾個(gè)結(jié)論： （1）實(shí)際操作過(guò)程中，通過(guò)這種技術(shù)對(duì)2024-T4與7075-T6鋁合金板材準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌性進(jìn)行了測(cè)試與實(shí)驗(yàn)，證明該實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)有效切實(shí)可行。通過(guò)對(duì)2024-T4與7075-T6鋁合金板材在0.1mm/s，0.5mm/s、0.01mm/s三種速度加載條件下進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌性發(fā)現(xiàn)，2024-T4在20.1MPa m1/2至25.66MPa m1/2變化，其平均值為24.06MPa m1/2。7075-T6則在21.77MPa m1/2至24.98MPa m1/2變化，其平均值為23.31MPa m1/2。 （2）在動(dòng)態(tài)加載條件下，2024-T4的斷裂韌性值在25.14MPa m1/2至28.45MPa m1/2變化，其平均值為26.63MPa m1/2，裂紋平均起裂時(shí)間為0.525ms。7075-T6則在28.02MPa m1/2至37.09MPa m1/2變化，其平均值為33.7MPa m1/2，裂紋平均起裂時(shí)間為0.532ms。因此，可以得出在動(dòng)態(tài)加載條件下，7075-T6抵抗斷裂的能力則要高于2024-T4，這與靜態(tài)加載時(shí)有所不同。另外，從測(cè)試到的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)落錘高度越大（100~500mm），即錘頭沖擊速度越大，材料表現(xiàn)出來(lái)的斷裂韌性值相對(duì)就越大，這是因?yàn)殡S著動(dòng)態(tài)載荷變化率KId的增大，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力也相應(yīng)增加。 （3）通過(guò)對(duì)動(dòng)態(tài)斷裂韌性的后續(xù)分析以及斷裂實(shí)驗(yàn)回收試件的斷口微觀鏡相特征分析發(fā)現(xiàn)：動(dòng)態(tài)加載下，2024-T4鋁合金內(nèi)部孔洞或裂紋主要成核于晶內(nèi)的強(qiáng)化相而形成穿晶斷裂，，其裂紋尖端微觀掃描成像表明主要為脆性斷裂，而7075-T6鋁合金則主要表現(xiàn)為脆韌混合性斷裂。
【關(guān)鍵詞】：2024-T4鋁 7075-T6鋁 膨脹管分離器 三點(diǎn)彎曲 動(dòng)態(tài)斷裂韌性 數(shù)字散斑技術(shù)
【學(xué)位授予單位】：寧波大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類(lèi)號(hào)】：TG146.21
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 研究背景10-21
• 1.1 航空爆炸分離中火工品裝置的介紹10-12
• 1.2 航天飛行器中的爆炸分離技術(shù)調(diào)研12-14
• 1.3 超級(jí)拉鏈分離器介紹14-16
• 1.4 航空分離器中關(guān)鍵斷裂力學(xué)問(wèn)題的研究情況16-19
• 1.5 本文的主要工作19-21
• 2 膨脹管中分離板的裂紋擴(kuò)展機(jī)制及關(guān)鍵斷裂力學(xué)行為21-33
• 2.1 基于斷裂力學(xué)相關(guān)理論的航空爆炸分離器研究22-23
• 2.2 膨脹管分離器常用航空鋁合金的熱處理效應(yīng)23-25
• 2.3 膨脹管分離器常用航空鋁合金斷裂過(guò)程中的力學(xué)理論25-27
• 2.3.1 斷裂力學(xué)中的基本力學(xué)性能參數(shù)指標(biāo)25-26
• 2.3.2 在動(dòng)態(tài)加載時(shí)裂紋擴(kuò)展機(jī)制介紹26-27
• 2.4 裂紋尖端處附近區(qū)域的應(yīng)力與位移場(chǎng)理論介紹27-28
• 2.5 動(dòng)態(tài)斷裂韌性實(shí)驗(yàn)的主要方法28-31
• 2.5.1 動(dòng)態(tài)斷裂韌性測(cè)試的實(shí)驗(yàn)方法28-31
• 2.6 本文實(shí)驗(yàn)部分的主要工作31-33
• 3 2024-T4 與 7075-T6 鋁合金材料斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試33-46
• 3.1 試件的設(shè)計(jì)與制備33-37
• 3.1.1 確定試件各尺寸間的關(guān)系33-34
• 3.1.2 試件材料與化學(xué)成份34-35
• 3.1.3 試樣的制備35
• 3.1.4 裂紋的預(yù)制35-37
• 3.2 準(zhǔn)靜態(tài)下三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)方案37-39
• 3.3 三點(diǎn)彎曲動(dòng)態(tài)加載與測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)39-42
• 3.3.1 試件裝載方式的介紹40-41
• 3.3.2 三點(diǎn)彎曲動(dòng)態(tài)加載與測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)41-42
• 3.4 動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)中試件動(dòng)態(tài)斷裂韌性的測(cè)試方法42-43
• 3.4.1 動(dòng)態(tài)斷裂韌性的分析過(guò)程42-43
• 3.4.2 動(dòng)態(tài)加載下 KI(t)的計(jì)算方法與模型簡(jiǎn)介43
• 3.5 材料裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展的起始點(diǎn) tC43-45
• 3.6 本章小結(jié)45-46
• 4 2024-T4 與 7075-T6 兩種鋁合金斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)測(cè)試46-76
• 4.1 準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)46-48
• 4.2 動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)48-49
• 4.2.1 落錘實(shí)驗(yàn)理論48
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)測(cè)試方法48-49
• 4.3 實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)49-59
• 4.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)49-55
• 4.3.2 動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)55-59
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果59-71
• 4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論71-74
• 4.5.1 靜態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)71-73
• 4.5.2 動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)73-74
• 4.6 本章小結(jié)74-76
• 5 關(guān)于動(dòng)態(tài)斷裂的性能分析76-81
• 5.1 試件回收與分析76
• 5.2 材料斷裂韌性的微觀分析76-79
• 5.2.1 材料的斷口分析76-77
• 5.2.2 材料的韌窩分析77-79
• 5.3 本章小結(jié)79-81
• 6 結(jié)論與未來(lái)展望81-83
• 6.1 主要的工作與結(jié)論81
• 6.2 未來(lái)的工作展望81-83
• 參考文獻(xiàn)83-85
• 在學(xué)研究成果85-86
• 致謝86

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