用于膨脹管分離結(jié)構(gòu)的鋁合金動(dòng)態(tài)斷裂韌性研究.pdf

1、膨脹管爆炸分離器中的分離板是一種連接構(gòu)件，分離前起連接載具與機(jī)體的作用。在分離過程中，由于爆炸沖擊作用，裂紋在分離板中預(yù)先開好凹槽處的削弱帶上迅速擴(kuò)展，分離板快速整體斷裂從而實(shí)現(xiàn)載具分離。分離板的斷裂形式通常為I型裂紋擴(kuò)展斷裂。
　　本文基于斷裂力學(xué)基礎(chǔ)理論，通過準(zhǔn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)三點(diǎn)彎曲斷裂實(shí)驗(yàn)，研究和測(cè)量2024-T4與7075-T6兩種航空常用鋁合金金屬在靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種加載條件下材料的斷裂韌性，分析材料對(duì)裂紋的敏感度。
　　

2、在研究過程中，通過準(zhǔn)靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種加載實(shí)驗(yàn)測(cè)試了材料的各個(gè)參數(shù)值，詳盡地分析與統(tǒng)計(jì)測(cè)試到的數(shù)據(jù)以比較兩種材料斷裂力學(xué)行為的差異。在目前實(shí)驗(yàn)與理論條件下，材料的動(dòng)態(tài)斷裂韌性分析是一大難題，很難做出可靠的結(jié)果，本文采取了彈簧質(zhì)量塊等效模型做出了兩種材料動(dòng)態(tài)斷裂韌性值的最終解；同時(shí)使用高速攝影技術(shù)和數(shù)字散斑方法分析確定了各試件受動(dòng)載時(shí)的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展點(diǎn)，再利用等效模型把試件的等效剛度，等效圓頻率以及材料應(yīng)力力場(chǎng)強(qiáng)度因子的隨時(shí)間曲線圖模擬出來；最

3、后，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)校驗(yàn)、試件回收后的鏡相掃描、微觀成相觀測(cè)等方法來對(duì)材料的動(dòng)態(tài)斷裂行為做出判斷與分析，找出材料微觀結(jié)構(gòu)，加工方式，構(gòu)型形狀等之間的相關(guān)影響，為膨脹管爆炸分離器中分離板的操作提供理論依據(jù)、技術(shù)規(guī)范以及數(shù)據(jù)支持。本文主要使用以下幾個(gè)測(cè)試手段來實(shí)現(xiàn)該目的：
　?。?）基于材料萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)的準(zhǔn)靜態(tài)加載技術(shù)設(shè)計(jì)了靜態(tài)三點(diǎn)彎曲試件斷裂韌性的實(shí)驗(yàn)裝置并測(cè)試了對(duì)2024-T4與7075-T6板材鋁合金在靜態(tài)加載下的斷裂性能。
　

4、?。?）采用小落錘實(shí)驗(yàn)機(jī)的動(dòng)態(tài)加載技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)三點(diǎn)彎曲試驗(yàn)對(duì)2024-T4與7075-T6鋁合金板材的斷裂性韌性能進(jìn)行了測(cè)試。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得P(t)曲線，使用高速攝影儀與散斑分析得出其開裂時(shí)間tC，對(duì)應(yīng)到數(shù)值計(jì)算出來的K(t)曲線圖上的值K(tC)，即為材料的動(dòng)態(tài)斷裂韌性值KIC。
　　通過以上試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試操作，本文得到了以下幾個(gè)結(jié)論：
　　（1）實(shí)際操作過程中，通過這種技術(shù)對(duì)2024-T4與7075-T6鋁合金板材準(zhǔn)靜態(tài)斷

5、裂韌性進(jìn)行了測(cè)試與實(shí)驗(yàn)，證明該實(shí)驗(yàn)測(cè)試技術(shù)有效切實(shí)可行。通過對(duì)2024-T4與7075-T6鋁合金板材在0.1mm/s，0.5 mm/s、0.01 mm/s三種速度加載條件下進(jìn)行的準(zhǔn)靜態(tài)斷裂韌性發(fā)現(xiàn)，2024-T4在20.1 MPam1/2至25.66 MPam1/2變化，其平均值為24.06 MPam1/2。7075-T6則在21.77MPam1/2至24.98 MPam1/2變化，其平均值為23.31 MPam1/2。
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6、2）在動(dòng)態(tài)加載條件下，2024-T4的斷裂韌性值在25.14 MPam1/2至28.45MPam1/2變化，其平均值為26.63MPam1/2，裂紋平均起裂時(shí)間為0.525 ms。7075-T6則在28.02 MPam1/2至37.09 MPam1/2變化，其平均值為33.7 MPam1/2，裂紋平均起裂時(shí)間為0.532ms。因此，可以得出在動(dòng)態(tài)加載條件下，7075-T6抵抗斷裂的能力則要高于2024-T4，這與靜態(tài)加載時(shí)有所不同。另外

7、，從測(cè)試到的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)落錘高度越大（100~500mm），即錘頭沖擊速度越大，材料表現(xiàn)出來的斷裂韌性值相對(duì)就越大，這是因?yàn)殡S著動(dòng)態(tài)載荷變化率(K·) Id的增大，材料抵抗裂紋擴(kuò)展的能力也相應(yīng)增加。
　?。?）通過對(duì)動(dòng)態(tài)斷裂韌性的后續(xù)分析以及斷裂實(shí)驗(yàn)回收試件的斷口微觀鏡相特征分析發(fā)現(xiàn)：動(dòng)態(tài)加載下，2024-T4鋁合金內(nèi)部孔洞或裂紋主要成核于晶內(nèi)的強(qiáng)化相而形成穿晶斷裂，其裂紋尖端微觀掃描成像表明主要為脆性斷裂，而7075-T6鋁