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绝热剪切效应对背水靶板的抗侵彻特性影响的研究（英文）

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船舶力学 2017年第3期21卷 352-360页

作者：朱海清李营张谢东张行武汉理工大学交通学院武汉430063

绝热剪切效应是材料破坏的重要机理之一。文章开展了动态冲击作用下的材料绝热剪切试验,计算了绝热条件下材料的塑性温度升高。建立了背水靶板的FEM全流固耦合模型,采用考虑了温度效应的Johnson-cook模型开展了爆炸破片侵彻舰船液舱舱... 详细信息

绝热剪切效应是材料破坏的重要机理之一。文章开展了动态冲击作用下的材料绝热剪切试验,计算了绝热条件下材料的塑性温度升高。建立了背水靶板的FEM全流固耦合模型,采用考虑了温度效应的Johnson-cook模型开展了爆炸破片侵彻舰船液舱舱壁过程的计算。结果表明:(1)材料在高应变率下的绝热温升不可忽略;(2)弹体侵彻背水靶板过程可分为4个典型阶段,分别为墩粗凿坑阶段、碰撞形成速度共同体阶段、绝热剪切阶段和扰动液体阶段;(3)考虑温度效应的剩余速度明显小于不考虑温度效应的剩余速度;速度较低时,是否考虑温度效应预测的剩余速度值差异较小,随着初始速度的增大,差异逐渐增大。

关键词：绝热剪切背水靶板抗侵彻特性

TA2纯钛帽型试样显微组织对绝热剪切演化过程的影响

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兵器材料科学与工程 2022年第5期45卷 8-13页

作者：胡力刘龙飞王旭卢立伟湖南科技大学材料科学与工程学院湖南湘潭411201

以70%轧制变形量和70%轧制变形量500℃/120 min退火处理后的TA2纯钛板为试验材料,基于帽型试样和限位环变形控制技术,在分离式霍普金森压杆装置上对试样进行动态冲击“冻结”试验,研究轧制组织和再结晶组织对绝热剪切变形过程的影响。... 详细信息

以70%轧制变形量和70%轧制变形量500℃/120 min退火处理后的TA2纯钛板为试验材料,基于帽型试样和限位环变形控制技术,在分离式霍普金森压杆装置上对试样进行动态冲击“冻结”试验,研究轧制组织和再结晶组织对绝热剪切变形过程的影响。结果表明:随剪切应变增加,轧制组织的帽型试样先在剪切区两端形成裂纹,降低了试样的承载力,随后试样发生变形局部化。再结晶组织的帽型试样由于存在作为软组织的再结晶晶粒,使试样先在剪切区两端发生变形局部化,后诱发剪切区内的变形局部化。明显的绝热温升效应出现在剪切带发展后期,促进了剪切带内形成二次再结晶。绝热温升可能不是剪切带形成的主要因素,相反剪切带的形成使试样发生应变高度局部化导致温升。

关键词： TA2纯钛帽型试样显微组织绝热剪切演化

不同热处理条件下Ti-1023钛合金的绝热剪切敏感性

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钢铁钒钛 2023年

作者：郭文静张继林贾海深易湘斌罗文翠兰州工业学院甘肃省高校绿色切削加工技术及应用重点实验室兰州工业学院甘肃省精密加工技术及装备工程研究中心

利用Hopkinson 压杆试验系统对圆柱形试样进行室温动态压缩冲击试验，研究不同热处理制度下Ti-1023钛合金的微观组织、绝热剪切带的形成特征。结果表明：相变点以上固溶处理使Ti-1023合金组织晶粒尺寸增大，β晶界处析出细针状α相；相... 详细信息

利用Hopkinson 压杆试验系统对圆柱形试样进行室温动态压缩冲击试验，研究不同热处理制度下Ti-1023钛合金的微观组织、绝热剪切带的形成特征。结果表明：相变点以上固溶处理使Ti-1023合金组织晶粒尺寸增大，β晶界处析出细针状α相；相变点以下的固溶时效使晶粒内部析出大量球状α相，相变点以下的固溶双重时效处理的组织晶粒更为细小均匀。在较高应变率加载条件下，不同组织均表现出明显的应变率增强和增塑效应，具有明显的热塑性失稳特征。相变点以上固溶时效组织动态强度高，但塑性差，绝热剪切敏感性最大；相变点以下固溶单重时效组织最不易发生绝热剪切，但强度低；固溶双重时效组织比固溶单重时效组织的动态强度高，塑性较好，具有最好的抗冲击承载能力。

关键词： Ti-1023钛合金固溶时效力学性能微观组织绝热剪切

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金属材料动态压缩及绝热剪切行为的研究

金属材料动态压缩及绝热剪切行为的研究

作者：曾昭泉华中科技大学

学位级别：硕士

金属材料具有优异的力学性能,因此被广泛应用于航空航天、国防科技等重要工程领域。在高速冲压成型、弹体侵彻等动态变形过程中,微观结构的差异性和加载条件的多样性使得金属材料的动态力学响应尤为复杂,相关的深入研究对于极端力学理... 详细信息

金属材料具有优异的力学性能,因此被广泛应用于航空航天、国防科技等重要工程领域。在高速冲压成型、弹体侵彻等动态变形过程中,微观结构的差异性和加载条件的多样性使得金属材料的动态力学响应尤为复杂,相关的深入研究对于极端力学理论的发展及工程实际应用具有十分重要的意义。绝热剪切局域化是金属材料在高应变率下最普遍的失效模式之一。相关研究工作取得了诸多突破性的进展,但对其中不少关键问题尚存在分歧。因此,有必要进一步对金属材料开展动态力学研究。本文以TC4钛合金、6061-T6铝合金和0Cr18Ni9不锈钢为研究对象,分析了三种金属材料的动态压缩及绝热剪切行为。本文的主要研究内容和得到的结论如下:(1)通过电子万能试验机研究了三种金属材料的准静态压缩响应。结果显示,三种金属材料在准静态压缩条件下均具有应变硬化效应。通过分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)研究了三种金属材料的动态压缩响应。结果显示,三种金属材料在动态压缩条件均具有一定的应变率敏感性。(2)引入绝热温升软化项并考虑材料参数随应变率的变化,对Johnson-Cook(J-C)模型进行了修正,并标定了相应的材料参数。结果显示,与J-C原始模型相比,J-C修正模型的拟合误差显著降低。(3)在动态加载条件下使用帽型试样研究了三种金属材料的绝热剪切行为。结果显示,应变硬化、应变率强化和热软化效应是影响三种金属材料绝热剪切变形的重要因素;三种金属材料在绝热剪切变形过程中均有不同程度的温升。(4)对TC4钛合金的剪切区域进行了微观结构表征。结果显示,应变率和应变是影响绝热剪切带(Adiabatic Shear Band,ASB)演化的重要因素;带内晶粒多为低位错密度的细小等轴再结晶晶粒。利用旋转动态再结晶(Rotational Dynamic Recrystallization,RDR)机制可较好地解释带内细小等轴晶粒的形成。

关键词：金属材料动态压缩绝热剪切微观结构演化分离式Hopkinson压杆

基于绝热剪切机制的细晶钨合金弹芯自锐行为研究

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基于绝热剪切机制的细晶钨合金弹芯自锐行为研究

作者：曲禹同沈阳理工大学

学位级别：硕士

细晶钨合金被认为是可以代替传统钨合金,能够提高穿甲侵彻威力的主要弹芯材料之一。本文针对一种纳米粉末烧结的95W细晶钨合金弹芯材料,采用分离式霍普金森压杆对不同应变率下的动态力学性能进行实验测试,并基于MJC模型进行压缩本构关... 详细信息

细晶钨合金被认为是可以代替传统钨合金,能够提高穿甲侵彻威力的主要弹芯材料之一。本文针对一种纳米粉末烧结的95W细晶钨合金弹芯材料,采用分离式霍普金森压杆对不同应变率下的动态力学性能进行实验测试,并基于MJC模型进行压缩本构关系拟合和参数确定。结合穿甲侵彻残余弹体的电镜观测分析细晶钨合金的侵彻自锐化行为,并进行了数值仿真。对95W细晶钨合金、95W传统钨合金和30CrMnMo装甲钢、Q235钢进行基础力学拉伸性能和SHPB动态冲击压缩实验,得到不同应变率下的真应力-真应变率性能曲线。结果表明,细晶钨合金相对传统钨合金具有更高的压缩屈服强度和较低的拉伸延性。基于MJC模型,对四种材料的MJC本构关系进行经验拟合,得到不同应变率下的本构方程参数。基于Cockcroft-Latham失效准则,对四种材料的断裂失效临界参数W进行修正。利用有限元软件对动态冲击进行模拟仿真,得到轴向应力应变曲线与实验测试吻合较好。表明拟合得到的MJC本构方程的可靠性,可用于细晶钨合金在冲击载荷下的动力学行为的分析计算。分别对钨合金弹芯侵彻Q235钢靶板和30CrMnMo装甲钢靶板回收的残余弹体剖面进行电镜观测。结果表明,14.5mm细晶钨合金弹芯侵彻Q235靶过程中保持尖锐特性,但更容易产生裂纹可能造成断弹现象。细晶杆式弹对30CrMnMo装甲钢装甲钢的侵彻表明,细晶钨合金弹芯头部的自锐化效果明显,具有更深的侵彻深度。数值仿真验证了细晶钨合金弹芯的自锐化行为,也进一步验证了基于MJC本构方程拟合的可靠性。

关键词：绝热剪切侵彻穿甲数值模拟细晶钨合金

轧制组织和再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响

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轧制组织和再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响

作者：胡力湖南科技大学

学位级别：硕士

绝热剪切是材料在高速冲击加载下一种常见的变形、破坏形式,普遍存在于高速碰撞、冲压成型、弹丸侵彻、高速切削和爆炸破碎等高速变形过程中,研究材料微观组织对其绝热剪切行为的影响具有重要的科学意义和工程参考价值。本文通过对工业... 详细信息

绝热剪切是材料在高速冲击加载下一种常见的变形、破坏形式,普遍存在于高速碰撞、冲压成型、弹丸侵彻、高速切削和爆炸破碎等高速变形过程中,研究材料微观组织对其绝热剪切行为的影响具有重要的科学意义和工程参考价值。本文通过对工业TA2纯钛板进行轧制和不完全结晶退火处理,制备了具有不同微观组织的TA2纯钛。使用分离式霍普金森压杆装置和限位环技术对帽型试样进行动态剪切实验,结合材料微观组织分析技术,研究了轧制组织和再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响。取得了如下主要结论:(1)在相同剪切应变和应变率的动态剪切实验中,轧制变形量为40%、50%、60%和70%的帽型试样随着轧制变形量增加,试样越早发生变形局部化,使绝热剪切带以及裂纹更容易形核和扩展。同时,不同取样方向上的力学性能表现出差异,TD帽型试样的流变应力最大,RD-45°帽型试样的流变应力次之,RD帽型试样的流变应力最小。其对应绝热剪切带形成的难易程度规律为TD帽型试样最易形成,RD-45°帽型试样次之,RD帽型试样最不易形成。(2)再结晶晶粒作为软化点会使材料在剪切区域形成软化区,导致绝热剪切带的形核和扩展。随着剪切变形前基体中再结晶程度的增加,剪切带中心区域宽度逐渐下降,再结晶晶粒占比的增加诱发了剪切带及裂纹形核和扩展。而剪切带发展后期产生的绝热温升会促进剪切带内发生二次再结晶,提高剪切带内材料的韧性,延缓剪切带向裂纹发展。(3)轧制组织和再结晶组织在绝热剪切变形局部化演化过程存在差异,随着剪切应变的增加,轧制组织的帽型试样先在剪切区两端形成裂纹,降低试样的承载力,随后试样发生变形局部化。而再结晶组织的帽型试样由于存在作为软化点的再结晶晶粒,导致试样先在剪切区两端发生变形局部化,随后进一步诱发剪切区内的变形局部化。明显的绝热温升效应出现在剪切带发展后期,促进了剪切带内形成二次再结晶。绝热温升可能不是剪切带形成的主要因素,相反剪切带的形成使试样发生应变高度局部化导致温升。

关键词： TA2纯钛轧制组织再结晶组织帽型试样绝热剪切演化

不同加载状态下TA2钛合金绝热剪切破坏响应特性

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力学学报 2016年第6期48卷 1353-1361页

作者：周刚毅董新龙付应乾虎宏智宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 北京理工大学机电学院北京100190

一般认为绝热剪切现象在宏观上表现为材料动态本构失稳,即热软化大于应变硬化.本文采用帽型受迫剪切试样研究TA2钛合金的动态力学特性和本构失稳过程.首先对剪切区加载应力状态进行理论和数值分析,通过合理设计帽型试样,剪切区变形可近... 详细信息

一般认为绝热剪切现象在宏观上表现为材料动态本构失稳,即热软化大于应变硬化.本文采用帽型受迫剪切试样研究TA2钛合金的动态力学特性和本构失稳过程.首先对剪切区加载应力状态进行理论和数值分析,通过合理设计帽型试样,剪切区变形可近似按剪切状态处理;结合二维数字图像相关法(two-dimensional digital image correlation,DIC-2D)直接测试试样剪切区应变演化,给出帽型受迫剪切实验的等效应力-应变响应曲线.进一步,利用Hopkinson压杆对TA2钛合金开展动态压缩及帽型剪切对比试验研究,比较压缩、剪切试验得到的等效应力-应变曲线,采用"冻结"试样方法分析试样中绝热剪切局域化演化过程,探讨不同加载状态下TA2钛合金的绝热剪切破坏现象及其动态力学响应特性.实验结果表明,在塑性变形初始阶段,动态压缩及剪切加载下的等效应力-应变曲线符合较好,但随塑性损伤发展及绝热剪切带形成,两者出现分离,表明损伤及绝热剪切演化过程与应力状态相关.剪切试样实验得到的本构"软化"特性能够反映绝热剪切带起始、破坏演化过程的力学响应特性,而在动态压缩实验中,即使试样中已出现双锥形的绝热剪切带及局部裂纹分布,其表观等效应力-应变曲线并不出现软化特征,动态压缩实验无法得到关于绝热剪切起始、发展以及破坏的本构软化响应特性.

关键词：加载状态 TA2 钛合金帽型试样绝热剪切动态特性

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高速切削过程绝热剪切局部化断裂预测

机械工程学报 2016年第5期52卷 186-192页

作者：谷丽瑶王敏杰大连理工大学精密和特种加工教育部重点实验室大连116024 西南交通大学材料科学与工程学院成都611756

基于高速切削过程绝热剪切饱和极限理论,结合锯齿形切屑绝热剪切带的变形和受力条件,以及材料的动态塑性本构关系,建立以切削速度、切削厚度和刀具前角为预测变量的高速切削过程绝热剪切局部化断裂的预测模型,并以淬硬45钢和FV520(B)不... 详细信息

基于高速切削过程绝热剪切饱和极限理论,结合锯齿形切屑绝热剪切带的变形和受力条件,以及材料的动态塑性本构关系,建立以切削速度、切削厚度和刀具前角为预测变量的高速切削过程绝热剪切局部化断裂的预测模型,并以淬硬45钢和FV520(B)不锈钢为例,预测其发生绝热剪切局部化断裂的临界切削条件。通过高速切削试验和金相试验,讨论了切削条件对绝热剪切局部化断裂过程的影响规律和敏感程度,验证了绝热剪切局部化断裂的预测结果。结果表明:较大切削厚度和较小刀具前角会降低绝热剪切局部化断裂的临界切削速度,建立的绝热剪切局部化断裂预测模型能有效预测切屑发生绝热剪切局部化断裂的临界切削条件。

关键词：高速切削绝热剪切锯齿形切屑断裂预测

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TA2钛动态压缩绝热剪切破坏及有限元模拟

兵器材料科学与工程 2020年第5期43卷 31-35页

作者：杨阳庞松赵枢明陈小虎唐盛明任政刘燕林徐永东付应乾董新龙中国兵器科学研究院宁波分院浙江宁波315103 上海航天精密机械研究所上海201600 宁波大学冲击与安全工程教育部重点研究实验室浙江宁波315211 宁波大学机械工程与力学学院浙江宁波315211

绝热剪切是金属材料动态破坏的主要机制之一,用试验和有限元模拟对分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩过程TA2钛的绝热剪切带形成、发展过程进行研究。通过对回收试样的显微组织金相分析,得到试样中绝热剪切带特征;利用有限元模拟对压缩... 详细信息

绝热剪切是金属材料动态破坏的主要机制之一,用试验和有限元模拟对分离式霍普金森压杆(SHPB)动态压缩过程TA2钛的绝热剪切带形成、发展过程进行研究。通过对回收试样的显微组织金相分析,得到试样中绝热剪切带特征;利用有限元模拟对压缩试样的变形、绝热剪切带形成、发展开展探讨。结果表明:绝热剪切带在空间呈对立的双锥形,裂纹沿绝热剪切带发展,导致试样破坏;基于Johnson-Cook本构模型拟合得到的材料参数,用剪切损伤软化模型描述绝热剪切带形成及发展过程,有限元模拟结果与试验结果符合;有限元模拟结果显示一旦形成绝热剪切带,试样其它部分的变形不再发展,整体应变主要是剪切带贡献,剪切带内温度可达680℃。

关键词：绝热剪切动态压缩 TA2钛合金有限元模拟