T10与Q245爆炸复合的数值模拟及复合板的力学性能测试

作     者：张娜娜 

作者单位：中国石油大学(华东) 

学位级别：硕士

导师姓名：李瑞勇

授予年度：2017年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：爆炸焊接 力学测试 DYNA数值模拟 SPH方法 

摘      要：爆炸焊接是具有一定塑性和冲击的不同金属或非金属在炸药爆轰瞬时产生的高温高压的情况下实现复合的技术,这种技术已经被广泛的应用至石油化工、冶金、水利、机械加工等诸多领域。本课题组通过试验利用爆炸焊接技术成功制备出T10-Q245复合板,该复合板既有T10(工具钢)的高硬度特性同时又兼具Q245(容器钢)的良好塑性。在前期工作基础上本文提出两个主要研究内容:一是利用相关设备仪器对试验所得T10-Q245复合板焊接良好处的复合材料进行拉伸、剪切和弯曲实验测试分析及结合区材料的金相分析。测试分析结果可为T10-Q245复合板的后续机械加工及工程应用提供必要的参考和指导;二是利用ANSYS/LS-DYNA软件对T10-Q245的爆炸焊接过程进行数值模拟。通过数值模拟可进一步完善和优化爆炸焊接参数和焊接工艺,为更好地进行爆炸焊接试验提供支持。本文对爆炸态、退火态、淬火+回火态的复合板进行拉伸、剪切和弯曲实验测试,发现经过淬火+回火调质处理后的复合板的拉伸强度最强,退火态复合板弯曲性能最好,爆炸态复合板的剪切强度最低。对复合板的结合界面进行金相分析,T10和Q245板材的结合界面为近似正弦波的形状,波幅和波长的比值范围在0.26-0.32之间,说明爆炸复合板实现良好的结合。淬火和回火之后的复合板结合界面最均匀,机械性能最优。利用ANSYS/LS-DYNA和LS-PrePost软件,基于SPH方法建立二维平面高速斜碰撞模型,直观地显示出界面波和微射流等界面现象。在基复板刚接触时,没有形成射流粒子,随着界面波的衍生,波幅越来越大最终形成周期性稳定的波形,出现的射流粒子也越来越多。基于ANSYS/LS-DYNA建立T10-Q245三维有限元模型,通过对压力、速度、塑性应变等的分析,在起爆点的焊接结合度不高,在复合板的边缘位置的塑性应变最大,所以为了提高复合板焊接质量,需适当增加复板尺寸或者对复板边界进行退火处理。选取不同的装药量和基、复板间距的模型进行模拟,在不破坏板材的情况下,增加装药量有利于爆炸焊接,T10和Q245之间的间距在6 mm-8 mm较为合理。