航空钛合金高应变率条件下SHPB压杆实验与仿真

摘要

TC4（Ti-6Al-4V）具有比强度高、耐高温、耐腐蚀和传热性差的特点，被广泛应用于航空工业中。结合有限元方法，研究TC4在高应变率、高温条件下的力学性能，是现在很多学者的研究内容。SHP B实验基于一维应力波理论，被广泛应用于研究各种材料的力学本构模型。本文借助SHPB实验，对TC4的力学模型进行研究。ABAQ US软件是一款功能强大的商用有限元软件，本文使用ABAQUS/Explicit对TC4的SHPB实验进行了仿真。
　　本文的主要研究内容如下：
　　（1）本文对TC4进行了应变率为0.01s-1、温度范围为20～700℃的准静态压缩试验，应变率分别为2500s-1和4000s-1、温度范围为20～900℃的SHPB实验，实验中采用温度控制装置，严格控制材料的实验温度，获得了材料在不同温度、不同应变率条件下的应力-应变曲线。实验研究发现，航空钛合金TC4材料的屈服强度在应变率基本不变的情况下，随着温度的升高而降低；在温度基本相同的情况下，随着应变率的升高，材料的应力增大。
　　（2）应用Matlab软件和遗传算法，建立目标函数，编写优化程序，优化得到航空钛合金TC4的J-C本构模型参数，并对本构模型进行了数值验证。
　　（3）使用ABAQUS有限元平台，建立了航空钛合金TC4的SHPB实验的仿真模型，将仿真结果与实验结果进行对比研究。研究发现，在温度为20～900℃、应变率为2500～4000s-1的范围内，建立的J-C模型能很好的反映材料的动态力学性能。

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第一章 绪 论

1.1 钛合金的性能特点

1.2课题来源及意义

第二章 航空钛合金SHPB实验

2.1 SHPB实验原理与实验装置

2.2 金相实验

2.3实验设计

2.4 实验结果分析

第三章 航空钛合金材料的本构模型

3.1金属材料的弹塑性力学

3.2优化工具Matlab和遗传算法

3.3 航空钛合金材料的本构模型

3.4 本章小结

第四章 SHPB数值模拟方法

4.1 有限元软件-ABAQUS

4.2 SHPB有限元模型

4.3 仿真与实验对比

4.4 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢