基于Hopkinson拉杆装置CT试件的动态断裂研究

摘要

材料的动态断裂问题的远比准静态的断裂问题复杂得多，其在测试过程中的惯性效应不可忽略的特性,为断裂参数的测得制造了很大困难。因此，金属材料动态断裂性能实验研究对于对动态断裂韧性的准确计算有着极其重要的意义。本文采用实验与数值模拟相结合的方法对在应力波加载下CT(Compact Tension,CT)试件冲击拉伸断裂行为进行研究，针对CT试件在应力波加载下的动平衡问题，进行了讨论分析。论文的主要工作包括以下几点：
　　首先,利用改进的Hopkinson拉杆装置对2A12T4铝合金材质的CT试件进行了动态断裂测试，采用在杆系上粘贴电阻应变片的方法获得相应的波形参数，在裂尖粘贴应变片的方法获得裂尖应力参数，研究了三种不同的应力波对于试件动态响应的影响。本次试验提取入射、反射和透射波以及裂纹尖端应力参数，发现了试件起裂点并不在试件动平衡之后等相关问题，为随后的问题的研究提供了新的思路。
　　其次，采用 Abaqus有限元分析软件对应力波加载下的CT试件的加载过程进行了数值仿真研究，模型与实验一致，并采用实验中测得的入射波形作为有限元模型的加载条件。本文针对试验中所采用的分离式Hopkinson拉杆实验装置的合理性进行了验证；分析了CT试件各个时间点的应力云图和各个对称点间的应力对比变化状况。结果表明：数值模拟中，试件内部动态应力平衡时逐步产生的；试件起裂发生在试件动态应力平衡之后，验证了试验结果的可靠性。
　　最后，通过数值分析的方法研究了不同入射波对CT试件动态断裂行为的影响，结果表明：通过对应力云图的观测以及裂纹扩展方向的对比，得出通过对入射波波形的改变，可以使得试件起裂点可以发生在试件动应力平衡之后。此项研究为后续的CT试件动态断裂的测试工作打下了基础。

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第1章 绪论

1.1 概述

1.2 材料动态断裂韧性测试技术的研究

1.3 材料动态断裂相关问题的数值分析研究

1.4 本文的主要研究工作

第2章 应力波及断裂的基本理论

2.1 应力波传播的基本理论

2.2 CT试件的相关断裂理论

2.3 本章小结

第3章 冲击拉伸载荷下CT试件的试验研究

3.1 试验装置

3.2 试样的制备

3.3 CT试验结果及分析

3.4本章小结

第4章 Hopkinson拉杆CT试验数值模拟

4.1 ABAQUS软件简介

4.2 有限元数值仿真分析

4.3 有限元数值仿真结果

4.4数值模拟的改进分析

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢