铝/钢爆炸焊复合板界面裂纹的扩展路径

摘要

铝的密度小、强度高、耐蚀能力强、塑性、韧性、导热和导电性好；钢的强度高、延展性好；通过爆炸焊将它们连接起来组成铝／钢爆炸焊复合板兼具二者的物理和化学特性，具有良好的综合性能，是一种广泛应用于航空、航天、航海中的宏观复合材料。铝/钢爆炸焊复合其界面熔化层在焊接过程中会形成各种各样的缺陷，其中危害最大的是裂纹，并且铝/钢爆炸焊复合板在使用过程中由于各种物理化学因素，在其表面上会产生源裂纹，这些裂纹是导致铝／钢爆炸焊复合板结构失效的主要形式，也是国内外学者对铝／钢爆炸焊复合板性能研究的重点内容。
　　本文通过应用应变能密度因子理论对铝/钢爆炸焊复合板界面Ⅰ型裂纹的扩展路径进行了理论研究。主要研究了在载荷足够大的情况下，由于界面层材料属性的改变，表面源裂纹扩展到界面熔化层时其扩展方向是否会发生改变以及如何改变；界面Ⅰ型裂纹缺陷首先起裂的方向；裂纹扩展路径发生改变的决定因素；铝/钢爆炸焊复合板板宽w和裂纹长度a对界面裂纹扩展路径的影响，研究发现：
　　（1）理论上对铝/钢爆炸焊复合界面Ⅰ型裂纹扩展路径决定作用的是铝／钢爆炸焊复合板结合处熔化层材料的泊松比μ。
　　（2）当界面融化层材料的泊松比0.25时，裂纹继续沿着垂直于复合板结合处的方向扩展；当界面融化层材料的泊松比0.25时，裂纹扩展方向沿着平行于复合板结合处的方向扩展。
　　（3）由于界面缺陷的存在，当复合板的板宽越小，界面裂纹长度越长，界面熔化层材料泊松比-0.25的值越大，铝／钢爆炸焊复合板结合处熔化层材料的泊松比μ决定其界面裂纹扩展路径的作用就越明显。

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附表索引

第1章 绪论

1.1课题的研究背景与意义

1.2国内外现状

1.3研究发展趋势

1.4课题的研究目标及主要研究内容

1.5本章小结

第2章 相关理论和方法

2.1引言

2.2裂纹的分类

2.3复合型裂纹的脆性断裂理论

2.4应力强度因子理论

2.5 能量理论、J积分理论、COD理论

2.6复合板界面三维断裂力学问题

2.7 本章小结

第3章 弯曲载荷作用下铝/钢爆炸焊复合板界面裂纹扩展路径的实验方案

3.1 引言

3.2铝/钢爆炸焊复合板界面裂纹裂尖应力的计算

3.3 铝/钢爆炸焊复合板界面裂纹扩展路径的实验研究

3.4 本章小结

第4章 界面熔化层材料泊松比μ对复合板界面裂纹扩展路径的影响

4.1 引言

4.2 垂直于界面的Ⅰ型裂纹的扩展路径

4.3 纯Ⅰ型裂纹的应变能密度因子

4.4 界面融化层材料泊松比μ对界面裂纹扩展路径的影响

4.5 本章小结

第5章 裂纹长度a与板宽w对复合板界面裂纹扩展路径的影响

5.1 引言

5.2 均匀受拉的平板中心裂纹的应力强度因子

5.3 板宽w与裂纹长度a对复合板界面裂纹扩展路径的影响

5.4 本章小结

结论与展望

工作总结

课题展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文