基于剪切应力状态TC4钛合金不同应变率下的硬化行为研究

TC4钛合金广泛应用于制造飞机机身、机翼结构中的各种梁、接头、隔框和航空发动机风扇叶片、压气机叶片等部件。在风扇或者压气机叶片冲击机匣的过程中,叶片与机匣会经受强冲击载荷、高应变率、大变形物理过程,因此研究TC4钛合金的动态本构关系及损伤模型对发动机机匣包容性数值仿真有重要意义。为了表征TC4钛合金在剪切应力状态下的应变率效应,分别使用电子万能拉伸试验机和高速液压伺服试验机在常温下对TC4剪切试件进行拉伸试验。采用逆向工程的方法采用冯·米塞斯屈服准则,对Swift-Voce硬化方程的参数进行标定,发现剪切应力状态下TC4具有明显的应变率效应。结果表明,TC4钛合金不同应变率的硬化曲线演化趋势基本相似,从模拟中提取的力-位移曲线和试验的良好吻合,验证了逆向工程优化硬化曲线的准确性,可用于指导工程实践。     

TC4-DT钛合金材料动态力学性能及其本构模型

利用同步组装的高温分离式Hopkinson压杆试验装置,对TC4-DT钛合金材料分别进行了常温下不同应变率（930~9700s-1）和应变率为5000s-1时不同温度下（20~800℃）的动态力学性能测试,获得了各种冲击载荷下的应力-应变曲线。试验数据表明,TC4-DT材料具有应变率增塑效应且存在着临界应变率值,当应变率高于此值时应变率敏感性增强明显,此外随着材料加热温度的升高,软化效应减弱。利用试验所得的数据拟合了基于Power-Law和Johnson-Cook两种热-黏塑性本构方程且获得这两种动态本构模型参数,并将所得的两种拟合曲线与试验所得数据进行对比分析,结果表明两曲线吻合度都较好,此外还对这两种曲线的拟合精度进行对比,对比结果表明两种模型的拟合误差相差不大,但是Power-Law模型拟合精度要略优于Johnson-Cook模型的拟合精度。     

GH2132高温高应变率下力学性能分析与Johnson-Cook本构模型的建立

对铁基高温合金GH2132进行了准静态压缩试验和分离式霍普金森压杆(SHPB)试验,获得了该材料在不同温度和应变率下的应力应变曲线,分析了其力学行为.GH2132在准静态压缩过程中出现加工硬化且没有明显的屈服阶段.在SHPB试验中,GH2132有明显的温度软化效应,当应变率在4000～8000 s-1之间时表现出应变率...     

高温高应变率下材料力学行为的试验研究

本文在２０℃～８００℃和０．００２０８～３５０ε／ｓ范围内对拉伸载荷作用下铁基记忆合金的本构关系进行了试验研究。研究结果表明：（１）随着应变率的提高,该材料的强度提高,延伸率降低;（２）该材料的经度和延伸率及其应变率敏感性均随温度的升高而降低。     

高应变率下Cu-P/M摩擦材料正向和反向应变率效应

研究了冲击载荷下铜基粉末冶金(Cu P/M)摩擦材料不同的应变率效应。试验在分离式Hopkinson压杆 (SHPB)上完成。应变率范围为:102/s～103/s。通过试验得到了该材料的动态应力应变曲线,发现该材料在应变率 1000/s以下,表现为应变率强化效应;在应变率1000/s以上,表现为应变率弱化效应。也就是说,应变率1000/s是 该材料的临界应变率。为了与静态时的情况比较,在MTS试验机上又做了10-4/s～10-3/s应变率范围内的准静态 实验。比较动静态试验结果,发现动态时的屈服极限大于静态的;而屈服后的应变硬化率是静态大于动态的。通过 对样品进行微观组织分析,发现在压制烧结时有硬质颗粒破碎。在冲击载荷下材料内部的损伤演化形成大范围的 多源裂纹及孔洞分布群导致裂纹迅速扩展,同时伴随硬质颗粒破碎。     

子弹长度对SHPB测试影响的研究

分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)是广泛用于测试各种工程材料在高应变率下单向压缩应力-应变关系的重要技术.根据一维应力波初等理论,加载在输入杆的压力脉冲与子弹长度有关.文中基于一系列不同长度子弹,以相同速度打击A16061-T6铝合金试样的SHPB实验,采用非线性动力分析程序LS-DYNA3D对实验过程进行三维有限元模拟,得到试样的应力-应变关系.与实验结果对比,两者吻合较好,验证SHPB有限元模型的正确性.模拟结果也表明,子弹长度越长,试样的最大应力和塑性变形越大.     

电流大小对TC4钛合金高温压缩力学行为的影响分析

为了研究电流大小对TC4钛合金高温压缩力学行为的影响,利用Gleeble-1500D动态热-力学模拟机,以电流作为加热源,分别以不同的升温速度将晶粒尺寸为8μm、16μm和20μm的TC4小圆柱体试样加热至700℃进行恒温压缩。结果表明：升温阶段的电流大小对应力影响大,大电流有利于塑性变形。电流降低了恒温变形阶段材料的动态再结晶温度,促进动态再结晶软化,降低变形抗力,有利于塑性变形,电流越大效果越明显。     

纯铁高温高应变率下的动态本构关系试验研究

利用带有加热装置和同步组装系统的分离式Hopkinson压杆装置对纯铁进行宽温度范围(293～1073K)、高应变速率(2000～8500s-1)下的动态力学性能测试试验,获得材料在不同温度和应变率耦合作用下的应力—应变曲线,从中探讨温度和应变率对纯铁塑性流动应力的影响机制。研究表明,纯铁具有明显的热软化效应、应变率强化效应和应变强化效应,流变应力随温度的降低和应变率的增加而提高;利用所测的应力—应变曲线拟合的Johnson-Cook本构模型可以较好地预测纯铁的塑性流变应力。     

高应变率下 907A钢绝热剪切带的微结构

利用帽形试样和分离式Hopkinson压杆试验技术 ,研究了船用 90 7A钢在 γ≈ 10 5s- 1的条件下的高应变率行为 ,通过对形成转变带温度场的理论计算和透射电镜分析 ,对该钢绝热剪切带的微结构演化 ,再结晶特点和相变行为进行了研究     

TC4钛合金高温胀拉成形实验研究

钛合金钣金件质量轻,高比强度,高低温力学性能好,耐腐蚀,广泛的应用于航空航天、汽车、舰船等领域。通过高温胀拉成形实验探究TC4钛合金板材在高温条件下的成形性能,得到TC4高温成形极限曲线图。结果表明,TC4钛合金板材在加热状态下,塑形明显提高,成形性能显著提升。     

选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在高应变速率下力学性能的有限元模拟

采用选区激光熔化(SLM)技术制备Ti-6Al-4V合金,经真空退火热处理和热等静压处理后,研究了合金准静态和高应变速率(500~3000s^-1)下的力学性能;对双线性材料模型进行标定,将所得到的材料参数应用于霍普金森压缩试验的有限元模拟中,并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:经真空退火和热等静压处理后,SLM成形合金的组织为α相和β相,呈网篮组织形貌;与准静态条件下的相比,在高应变速率下SLM成形合金的断后伸长率得到明显提高;模拟得到的归一化真应力-真应变曲线与试验得到的相吻合,平均相对误差为2.5%,其材料参数可用于后续的瞬态冲击仿真分析中。     

SiCp/2024Al复合材料高应变率热变形行为的新本构模型#br#

通过分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩试验研究了体积分数为45%的铝基碳化硅颗粒增强复合材料（SiCp/2024Al）在大应变率和变形温度范围内的热变形行为,分析了热变形参数（变形温度和应变率）对流动应力的影响。研究发现：变形温度和应变率对复合材料的流变应力、抗压强度、弹性模量、应变率敏感性有显著影响;抗压强度、弹性模量随变形温度的增大而减小,而抗压强度、弹性模量、应变率敏感性随应变率的增大出现了拐点。根据试验结果,结合热力学和统计损伤力学理论,建立了描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为的连续损伤本构模型,预测的流动应力与试验结果吻合较好,表明所建立的模型能够准确地描述SiCp/2024Al复合材料动态热变形行为。     

钛合金TC17的高速铣削研究

在干切环境下选用了硬质合金刀具对近β相钛合金TC17进行高速铣削研究。着重讨论高速铣削过程中的铣削力、刀具磨损和刀具耐用度;研究分析各铣削参数对铣削力、刀具磨损和刀具耐用度的影响规律。     

TC21钛合金电子束焊接接头超高周疲劳行为研究

采用超声疲劳试验方法(20 k Hz),研究TC21钛合金电子束焊接接头的超高周疲劳性能与断裂机理。结果表明,TC21钛合金电子束焊接接头的疲劳性能要远低于母材的疲劳性能。在短寿命阶段,电子束焊接接头和母材的疲劳裂纹均在表面萌生;当寿命增大时,两者疲劳裂纹的萌生位置均由表面转向内部,母材的疲劳裂纹主要萌生于内部显微组织,而电子束焊接接头疲劳裂纹主要萌生于内部焊接气孔缺陷。当寿命较长时,疲劳源区会出现"鱼眼"形貌特征,源区附近有白色颗粒状细晶区,即细晶区(Fine granular area,FGA),其应力强度因子在2.90~3.33 MPa·m1/2,与疲劳寿命没有直接关系,可以认为是疲劳裂纹扩展门槛值。此外,基于AKINIWA小裂纹扩展理论,定量分析气孔尺寸与TC21焊接接头疲劳极限、疲劳应力的关系。     

高温下位移幅值对TC4合金磨损性能的影响

钛合金的微动磨损会加速裂纹的形成与扩展,导致其构件提前失效。利用摩擦磨损试验机考察TC4合金在300和500℃温度下的微动磨损行为,利用扫描电子显微镜和激光共聚焦显微镜对磨痕轮廓及磨痕表面进行分析,探讨在300和500℃温度下TC4合金在不同位移幅值作用下的微动磨损机制。实验结果表明：高温条件下,试样平均摩擦因数和磨损率随位移幅值的增加呈现先增大后减小的趋势;两种高温环境中,小位移幅值时,微动运行区域为部分滑移区,主要损伤机制为黏着磨损和氧化磨损;位移幅值为100μm时,微动运行区域为混合滑移区,主要磨损机制为氧化磨损、剥层磨损及塑性变形;大位移幅值时,微动运行区域为完全滑移区,主要磨损机制为磨粒磨损和疲劳磨损。对比300和500℃条件下磨损结果,表明温度越高TC4合金耐磨性能越好,这主要是由于摩擦生成的氧化物TiO₂和Fe₂O₃对磨损表面具有保护作用。     

钛合金TC4放电加工电极损耗研究

针对钛合金TC4在火花油中放电加工电极损耗大的问题,以蒸馏水和火花油为工作介质,进行了钛合金TC4的放电加工试验,分析比较了两者的电极绝对损耗量和相对损耗率的差异,并从加工波形和加工后电极的表面微观形貌及主要成分等几个方面研究了电极损耗机制。结果表明:蒸馏水的绝缘性较差,而流动性和冷却性好,消电离较充分,改善了极间状态,加工稳定,使加工效率大大提高;另外加工过程中产生的少量氧化钛和从工件飞溅的蚀除产物附着在电极表面,形成覆盖层,有效抑制了电极损耗。其电极绝对损耗与火花油加工时相差不大但相对损耗却大大降低。     

高强石墨材料的动态本构模型

利用分离式Hopkinson压杆试验装置对SMF-800高强石墨进行了冲击压缩试验,获得了不同应变速率(618,868,1 185s-1)下的应力-应变曲线;采用损伤型朱-王-唐粘弹性本构模型和一维弹脆性损伤本构模型分别对应力-应变曲线进行拟合,并对拟合结果进行了对比。结果表明:高强石墨材料的破坏应力和应变随着应变速率的增大而不断增大;损伤型朱-王-唐粘弹性本构模型比一维弹脆性本构模型更能有效描述高强石墨材料的动态力学性能,在应变速率为618,868,1 185s-1时,前者拟合曲线的相关指数分别为0.992 15,0.999 52,0.972 15。