本文關鍵詞：高溫預扭轉條件下金屬材料拉伸力學性能試驗研究

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【摘要】：材料是人類賴以生存和發(fā)展的物質基礎,尤其是金屬材料,廣泛應用于信息電子、航空航天、國防武器、汽車制造等領域。材料的服役環(huán)境極其復雜,受到高溫和復雜機械載荷的共同作用,往往會導致其性能演變、失效破壞。目前由于材料性能保障能力不足,因材料失效破壞導致的各類事故層出不窮,因此開展這類復雜環(huán)境下材料力學性能測試技術的研究具有重要的科學意義。面向這類問題,本文開展的主要研究工作如下:(1)本文結合相關領域國內外現狀,針對自主研制的多載荷多物理場材料微觀力學性能原位測試儀,開展了儀器部分結構和功能的完善工作,包括針對脹緊式夾具夾持不可靠的弊端,設計了適用于扭復合加載的分頁槽型夾具,并對其強度進行分析校核;結合理論分析發(fā)現機架柔度對位移測量結果影響較大,提出了位移測量誤差的修正算法,進而對儀器拉伸測試結果進行了修正;針對多物理場測試的功能要求,設計了溫度加載和水冷冷卻系統(tǒng),為關鍵傳感器和核心機械元件的穩(wěn)定工作提供了保證。(2)在上述工作的基礎上,論文選擇45鋼和6061鋁合金作為典型材料樣品,利用修正校準后的測試儀器開展了拉伸測試的重復性試驗,測試結果表明經過上述改進和校準后的儀器重復性良好。(3)論文介紹了典型材料的本構關系模型,分析發(fā)現Johnson-Cook本構模型易求解,適用于金屬材料熱力耦合分析;通過擬合45鋼的室溫準靜態(tài)拉伸的應力-應變曲線,得到了Johnson-Cook強度模型的相關參數,利用擬合的參數模型分別對45鋼不同角度扭轉和不同溫度作用下拉伸進行仿真分析。(4)為了進一步研究高溫預扭轉條件下金屬材料的力學行為和損傷機制,還針對45鋼開展了高溫預扭轉條件下的拉伸試驗,試驗結果一方面驗證了研制儀器的高溫測試和拉扭復合測試的功能,另一方面結合常溫下的拉伸試驗結果探討高溫和預扭轉對材料力學性能的影響,與仿真的結果相對比得到兩個結論:預扭轉0~45°以內拉伸應力-應變曲線變化不是很大,超過45°以后,45鋼抗拉強度和屈服強度提高明顯,說明必須預扭產生一定的塑性變形才能使45鋼得到強化;溫度對45鋼的軟化作用比較明顯,超過450℃時,45鋼的屈服強度、抗拉強度下降劇烈。
【關鍵詞】：預扭轉 高溫 拉伸測試 有限元仿真
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG115.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-21
• 1.1 選題背景與意義11-12
• 1.2 國內外研究進展12-18
• 1.2.1 材料測試技術研究進展12-15
• 1.2.2 預扭轉作用下材料力學性能研究進展15-16
• 1.2.3 有限元法在材料力學性能模擬中的應用16-18
• 1.3 本文主要研究內容18-21
• 第2章 材料測試理論和有限元仿真基本原理21-29
• 2.1 材料力學拉伸測試基本理論21-24
• 2.2 有限元基本原理24-25
• 2.3 本構關系基本理論25-28
• 2.3.1 理想彈塑性材料模型26
• 2.3.2 彈塑性線性硬化材料模型26-27
• 2.3.3 冪指數硬化材料模型27
• 2.3.4 Johnson-Cook本構模型27-28
• 2.4 本章小結28-29
• 第3章 拉伸測試系統(tǒng)及分析29-51
• 3.1 拉伸儀器及試樣29-35
• 3.1.1 試驗儀器29-30
• 3.1.2 試驗試樣30
• 3.1.3 夾具設計與仿真30-35
• 3.2 溫度加載和冷卻系統(tǒng)設計35-39
• 3.2.1 溫度加載系統(tǒng)35-37
• 3.2.2 冷卻系統(tǒng)37-39
• 3.3 儀器誤差分析與修正39-46
• 3.3.1 拉伸試驗機同軸度引起的誤差分析39-41
• 3.3.2 機架柔度對拉伸結果的影響41-46
• 3.4 拉伸試驗分析46-50
• 3.4.1 拉伸測試重復性試驗46-48
• 3.4.2 不同應變速率下的拉伸測試48-50
• 3.5 本章小結50-51
• 第4章 高溫預扭轉條件下的拉伸仿真分析51-73
• 4.1 材料本構模型參數的確定51-56
• 4.1.1 Johnson-Cook本構模型應力積分方法51-53
• 4.1.2 Johnson-Cook本構模型參數的確定53-54
• 4.1.3 仿真曲線與試驗曲線對比分析54-56
• 4.2 預扭轉下的拉伸仿真分析56-63
• 4.2.1 預扭轉作用下拉伸仿真模型56
• 4.2.2 預扭轉作用下拉伸仿真結果分析56-63
• 4.3 高溫作用下的拉伸仿真分析63-71
• 4.3.1 ABAQUS熱-力分析介紹63-66
• 4.3.2 高溫作用下的拉伸仿真結果66-71
• 4.4 本章小結71-73
• 第5章 高溫預扭轉條件下的拉伸試驗研究73-83
• 5.1 預扭轉作用下拉伸試驗研究73-78
• 5.1.1 試驗材料73
• 5.1.2 試驗方法和內容73
• 5.1.3 試驗結果分析73-78
• 5.2 高溫下的拉伸試驗研究78-81
• 5.2.1 試驗材料78
• 5.2.2 試驗方法和內容78
• 5.2.3 試驗結果分析78-81
• 5.3 本章小結81-83
• 第6章 總結與展望83-85
• 6.1 總結83-84
• 6.2 展望84-85
• 參考文獻85-91
• 作者簡介及主要科研成果91-92
• 致謝92

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前10條

1 蔡登安;周光明;王新峰;錢元;劉偉先;;雙向玻纖織物復合材料雙軸拉伸載荷下的力學行為[J];材料工程;2014年05期

2 韓永明;蘇英群;;拉伸試驗機柔度K值測定方法研究[J];天津冶金;2013年05期

3 余立;李榮鋒;Q糜，

本文編號：792038