TB6鈦合金材料動態(tài)力學性能及其典型結(jié)構(gòu)抗沖擊研究

發(fā)布時間：2020-09-08 17:44

　　 TB6鈦合金是一種近β型高強鈦合金。因其比強度高、斷裂韌性好而被廣泛應(yīng)用于航空航天飛行器起落架、進氣道和發(fā)動機等部件。近現(xiàn)代以來,飛鳥撞擊飛機的事件頻繁發(fā)生,進氣道和發(fā)動機部位是鳥撞發(fā)生的熱點區(qū)域。飛機等飛行器飛行過程中航行速度快,鳥撞沖擊過程中的撞擊力大且加載時程短,必須考慮材料在高應(yīng)變率下的動態(tài)力學性能。本文研究了TB6鈦合金高應(yīng)變率下的動態(tài)力學性能,并進行了TB6鈦合金平板鳥撞實驗和數(shù)值計算。本文具體研究內(nèi)容與結(jié)論如下:(1)本文對TB6鈦合金進行了準靜態(tài)和動態(tài)實驗。研究了TB6鈦合金高應(yīng)變率加載下的單軸壓縮、單軸拉伸、純剪切以及復(fù)合壓剪應(yīng)力狀態(tài)的材料力學性能。結(jié)果發(fā)現(xiàn):TB6鈦合金屈服強度呈現(xiàn)拉壓不對稱性;隨著應(yīng)變率增加,TB6鈦合金的屈服強度增大;TB6鈦合金高應(yīng)變率單軸壓縮加載下的應(yīng)力出現(xiàn)熱軟化,而純剪切和復(fù)合壓剪加載下應(yīng)力未出現(xiàn)熱軟化。(2)利用絕熱溫升修正了J-C動態(tài)本構(gòu)的溫度軟化項,成功擬合了TB6鈦合金單軸壓縮和純剪切加載時的應(yīng)力應(yīng)變曲線。并且基于von Mises屈服準則建立了考慮材料拉壓不對稱性的修正屈服準則,并根據(jù)塑性流動理論建立了TB6鈦合金的修正塑性流動本構(gòu)。依據(jù)本文修正塑性流動本構(gòu)實現(xiàn)了Abaqus/Explicit模塊的本構(gòu)模型二次開發(fā)。通過模擬準靜態(tài)和動態(tài)實驗,驗證了VUMAT子程序的準確性和有效性。(3)為了探究TB6鈦合金平板在鳥撞沖擊過程中的抗沖擊性能,進行了實測實驗。實驗發(fā)現(xiàn)TB6鈦合金平板的臨界破壞速度為167m/s;TB6鈦合金平板破壞均為剪切破壞,說明TB6鈦合金的抗剪切能力較差。利用本文的修正本構(gòu)模型,在Abaqus進行了TB6鈦合金平板鳥撞沖擊的有限元數(shù)值計算。
【學位單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TG146.23
【部分圖文】：

原理圖,壓桿,原理圖

圖 2-2 Hopkinson 壓桿原理圖20 世紀后半葉隨著飛行器的誕生以及對太空的探索，各國研究員對材料動態(tài)性能研外關(guān)注，對 SHPB 壓桿實驗方法進行了系統(tǒng)的深入研究，改善并發(fā)展了動態(tài)實驗技J.Harding 等[53]參照 SHPB 裝置，根據(jù)應(yīng)力波理論設(shè)計出了霍普金森拉桿，實現(xiàn)了高率范圍的拉伸加載，該方法現(xiàn)在被廣泛用于單軸動態(tài)拉伸實驗。隨后，W.E.Backer4]、J.D.Campbell 等[55]又提出了 Hopkinson 扭桿技術(shù)，可對試樣施加高應(yīng)變速率的純載荷。本章使用線切割機和 CNC 雕刻機將鈦合金加工成單軸、復(fù)合壓剪（15°、30°、）和純剪切試樣，并進行準靜態(tài)和動態(tài) SHPB 實驗。準靜態(tài)實驗的應(yīng)變率為 0.001s-1， SHPB 實驗的應(yīng)變率范圍為 2400s-1～4000s-1。實驗結(jié)果

曲線,單軸壓縮,動態(tài)力學性能,圖像