高强高韧铝合金的动态拉伸断裂行为研究

摘要

在分离式霍普金森拉杆、三点弯曲和平板撞击下对棒材铝合金（2024-T4、7075-T6）进行动态拉伸断裂实验研究。其主要内容为：
　　1）一维应力动态加载下7075-T6铝合金的初始屈服应力与断裂应变明显高于2024-T4铝合金，但三点弯曲和平板撞击层裂实验中发现2024-T4铝合金相比于7075-T6铝合金具有更好的抗裂纹扩展与层裂失效能力，这表明应力状态对两种铝合金拉伸断裂行为有明显的影响；
　　2）断口的光学与扫描电镜分析发现：2024-T4铝合金主要表现出脆性断裂行为，起因是孔洞或裂纹主要成核于晶内强化相形成穿晶断裂；而7075-T6铝合金则展现出韧性和脆性混合断裂特征，原因是部分孔洞或裂纹在晶界成核增长发生沿晶断裂，部分在晶内强化相周围形成孔洞从而造成穿晶断裂。
　　3）在预加温下平板撞击层裂实验中，通过测量自由面速度剖面来研究温度对两种铝合金动态屈服与层裂行为。根据自由面速度剖面历史特征来计算Hugoniot弹性极限强度与层裂强度。结果表明在所测得的温度范围内两种铝合金的层裂强度与HEL都随着温度的升高呈线性减小。由于损伤演化机理的不同，铝合金 HEL和层裂强度的关系与纯铝有着明显的差别。
　　4)采用内聚力单元对于不同温度下铝合金（2024-T4,7075-T6）层裂进行数值模拟，模拟计算所用材料参数与实验计算所得材料参数基本吻合，且在模拟过程中发现自由面速度剖面历史的主要特征受初始屈服强度、随动硬化的流动应力、内聚力强度、内聚力单元粘性参数、临界失效位移的影响。

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1 绪论

1.1 背景意义

1.2 铝合金动态拉伸行为研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 一维应力动态拉伸实验

2.1 实验装置与原理

2.2 实验试件的制备

2.3 实验结果与分析

2.4 本章小结

3 三点弯曲实验研究

3.1 实验装置

3.2 实验试件的制备

3.3 实验结果与分析

3.4 本章小结

4 平板撞击实验

4.1 层裂实验原理

4.2 实验试件的制备

4.3 层裂实验装置

4.4 室温下层裂实验结果与讨论

4.5 预加温下层裂结果与讨论

4.6 本章小结

5 高强高韧铝合金层裂数值模拟

5.1 内聚力的模型建立

5.2 结果与讨论

5.3 本章小结

6 总结与展望

6.1 全文总结

6.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢