铝合金薄壁柱壳的动态膨胀与剪切断裂

摘要

金属柱壳动态膨胀及局域化变形、碎片化过程研究对于军事、高速塑性成型等领域具有重要的意义。本文采用电磁线圈驱动金属圆管膨胀实验及有限元数值分析相结合方法对6063薄壁铝合金圆管的动态膨胀断裂过程及行为进行了研究。
　　首先通过采用 ANSYS多物理耦合场分析电磁线圈驱动金属圆管膨胀加载过程中圆管的受力、变形的情况，建立了电磁驱动薄壁金属圆管局域化破坏的实验装置及观测系统。基于该实验装置及观测系统，研究了6063薄壁铝合金圆管(外径 D=60mm，壁厚 t=0.8mm，径厚比 D/t=75)在不同加载率下的膨胀断裂行为，实验过程利用 Rogowski原理测量线圈中瞬态放电电流；利用 FASTCAM高速摄影仪记录圆管外表面电磁膨胀破坏过程，采用激光位移传感器测量圆管在膨胀过程中径向膨胀位移随时间的变化量，并能准确判断圆管的局域化起始时刻、断裂时刻，以及局域化应变、宏观临界断裂应变等。
　　实验结果表明：圆管膨胀速度可达140-200m/s，应变率在4500s-1-6500s-1范围，可实现近似高速均匀膨胀。铝合金薄璧圆管动态断裂经历了均匀膨胀、剪切局域化变形及裂纹沿剪切局域化带发展的过程，剪切局域化变形带与圆管轴向成45o或135o的分布。分析表明：碎片特征尺寸随加载率提高而减小，断裂应变随着加载率提高而增大。进一步对剪切局域化形成过程、应变率影响及试样温升等进行了讨论。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1绪论

1.1引言

1.2金属圆管膨胀破坏国内外研究现状

1.3电磁线圈驱动金属圆管膨胀实验技术

1.4本文主要研究内容

2电磁线圈驱动金属圆管膨胀实验方法及设计

2.1引言

2.2圆管电磁膨胀实验原理

2.3圆管电磁膨胀有限元分析理论

2.4圆管电磁膨胀有限元分析

2.5圆管电磁膨胀有限元结果讨论

2.6试样尺寸优化设计

2.7本章小结

3铝合金薄壁圆管动态膨胀剪切断裂的实验研究

3.1引言

3.2实验原理及装置

3.3实验条件

3.4实验结果与分析

3.5本章小结

4薄壁金属圆管局域化破坏数值模拟

4.1引言

4.2圆管局域化破坏数值模拟

4.3有限元结果分析拟

4.4加载率对圆管局域化破坏的影响

4.5本章小结

5总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

在学研究成果

致谢