本文選題：相變波 + 復(fù)合應(yīng)力�。� 參考：《中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：各種沖擊載荷在工程應(yīng)用和日常生活中大量存在,在這樣的動(dòng)態(tài)條件下,應(yīng)力波的分析有著重要的意義。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,傳統(tǒng)材料中應(yīng)力波的研究已經(jīng)基本完善,并發(fā)展出了各種復(fù)雜波理論,形成了很多分支。然而隨著越來(lái)越多性能特殊的新材料的問(wèn)世,相應(yīng)的應(yīng)力波理論也需要更新,此外,借助應(yīng)力波理論,對(duì)以往實(shí)驗(yàn)的很多認(rèn)識(shí)也能夠更加深入�；诖�,本文對(duì)復(fù)合應(yīng)力下相變材料以及聚合物中的應(yīng)力波進(jìn)行了研究,并從應(yīng)力波傳播的角度對(duì)以往的一些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了重新分析。薄壁管的拉壓扭以及平板的壓剪是研究復(fù)合應(yīng)力影響最常用的工況,本文首先對(duì)拉扭復(fù)合應(yīng)力下薄壁管中的相變波進(jìn)行了理論研究,從特征線理論出發(fā),我們得到了拉扭復(fù)合加載下耦合相變快、慢波的理論結(jié)果,并研究了材料二相強(qiáng)化對(duì)相變波的影響。結(jié)果表明,在二相強(qiáng)化效應(yīng)的影響下,可能形成相變耦合沖擊波。通過(guò)結(jié)合本構(gòu)方程以及沖擊波間斷條件,我們得到了確定相變耦合沖擊波的廣義雨貢鈕線所需要的方程組,并對(duì)不同的初始狀態(tài)和波后狀態(tài)下相變耦合沖擊波的求解方式進(jìn)行了討論。通過(guò)與相變波理論相獨(dú)立的數(shù)值模擬,我們計(jì)算了三種不同追趕條件下相變耦合沖擊波的形成過(guò)程,并觀察到了波前狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整的過(guò)程,模擬得到的沖擊波波速以及波前狀態(tài)與理論解基本一致,從而檢驗(yàn)了相變耦合沖擊波的存在性以及推導(dǎo)出的理論解的正確性。由于拉扭相變波的實(shí)驗(yàn)研究幾乎是空白的,我們?cè)O(shè)計(jì)加工了一套對(duì)薄壁管進(jìn)行預(yù)扭保持并將沖擊壓縮載荷轉(zhuǎn)換為沖擊拉伸載荷的實(shí)驗(yàn)裝置,利用分離式霍普金森壓桿作為加載裝置,對(duì)304不銹鋼薄壁管和相變材料NiTi合金薄壁管分別進(jìn)行了預(yù)扭沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)。在對(duì)304不銹鋼薄壁管的預(yù)扭沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)中,我們觀察到了率相關(guān)材料典型的塑性耦合波的存在,證明了裝置的可行性。在對(duì)NiTi合金薄壁管的預(yù)扭沖擊拉伸實(shí)驗(yàn)中,我們直接觀察到了相變耦合快波的存在,并與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合。借助模擬結(jié)果,我們分析了實(shí)驗(yàn)結(jié)果中相變耦合慢波不明顯的原因。盡管由于裝置可承受的加載幅值有限,未能得到相變耦合沖擊波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,但是在實(shí)驗(yàn)中直接觀察到耦合相變波本身的研究也是很有意義的。對(duì)于平板壓剪復(fù)合沖擊加載下的相變波,采用同時(shí)考慮靜水壓力和偏應(yīng)力對(duì)相變行為影響的本構(gòu)方程,對(duì)壓剪相變波的傳播規(guī)律進(jìn)行了初步研究,并分析了不同拉壓不對(duì)稱性以及泊松比時(shí)的相變臨界條件。對(duì)已有文獻(xiàn)中的相變材料NiTi合金的壓剪實(shí)驗(yàn)結(jié)果重新進(jìn)行了分析,尤其是對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果中橫向粒子速度小于撞擊面加載速度這一特殊現(xiàn)象進(jìn)行了具體分析,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析所用的波系結(jié)構(gòu)提出了不同的認(rèn)識(shí),并且從我們推導(dǎo)的壓剪相變波的角度出發(fā),能夠得到與其他文獻(xiàn)相比,和實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合更好的理論結(jié)果。由于壓剪實(shí)驗(yàn)中橫向粒子速度偏小這一特殊現(xiàn)象在有機(jī)玻璃、尼龍66等聚合物中同樣存在,顯微觀察表明近界面附近存在剪切失效層,目前其機(jī)理并不清楚,這一壓剪下的剪切衰減現(xiàn)象本身具有重要的研究意義。我們討論了應(yīng)力空間和粒子速度空間中的壓剪復(fù)合波傳播問(wèn)題,發(fā)現(xiàn)在加載過(guò)程中:(1)在應(yīng)力空間中,隨著剪應(yīng)力的增加,縱向壓應(yīng)力幾乎不變,但是側(cè)向壓應(yīng)力一直增加,當(dāng)剪應(yīng)力最終增加到純剪切屈服應(yīng)力時(shí),材料各個(gè)方向上的正壓力相等,處于靜水壓加純剪的狀態(tài)。(2)在粒子速度空間中,靜水壓下的純剪切狀態(tài)對(duì)應(yīng)的是一個(gè)隨縱向粒子速度變化的曲線,該曲線代表了能傳入試件內(nèi)部的橫向粒子速度的最大值。該值與縱向速度的大小有關(guān),并且可以大于純剪切屈服時(shí)的橫向粒子速度值。(3)當(dāng)加載橫向粒子速度高于上述曲線時(shí),將在界面形成剪切量的間斷。如果界面強(qiáng)度比較低,那么粒子速度間斷發(fā)生在界面上,形成滑移,如果界面的結(jié)合強(qiáng)度足夠高,那么這一剪切滑移就可能發(fā)生在材料較弱的一側(cè)非常靠近界面的位置。上述結(jié)論表明,剪切波衰減以及近界面的失效問(wèn)題的本質(zhì)原因是材料剪切強(qiáng)度的限制。此外,若考慮卸載過(guò)程以及粘性的影響,那么測(cè)量到的電信號(hào)也可能發(fā)生衰減,但此時(shí)不一定出現(xiàn)近界面的失效現(xiàn)象。
[Abstract]:In this paper , we have studied the stress wave in the thin - walled tube under the influence of two - phase strengthening effect , and then studied the existence of the phase - change coupling shock wave under the influence of the stress wave theory . The results show that the shear wave attenuation and the influence of shear stress on the interface can occur when the shear stress is higher than the above - mentioned curve .

【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB34

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1758809