绝热剪切

摘要： 使用TiAlN涂层整体圆柱立铣刀,以(151～942)m/min的铣削速度,对淬硬的45钢和3Cr2Mo钢进行了高速铣削试验,研究了各种切削速度下的宏观及微观切屑形态.发现在高的铣削速度下形成了带有绝热剪切带的锯齿形切屑,并分析了切屑形态的演化过程.工件材料的硬度、强度、导热性能及切削速度对切屑形态和绝热剪切带的形成有着重要的影响.工件材料越硬、强度越高、导热系数越低,切削速度越大,越容易形成带有绝热剪切带的锯齿形切屑,而且,随着切削速度的增加,切屑的形态由卷曲向平坦发展.

摘要： 通过分离式霍普金森杆(SHPB)和应变限位环方法实现90W-Ni-Fe合金在应变率6000 s-1不同应变条件下(0.15、0.25、0.45、0.6)的动态变形,并利用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM),电子背散射衍射(EBSD)技术及纳米压痕技术对变形后钨颗粒的微观组织及力学性能进行表征.结果表明:应变低于0.25,钨颗粒主要发生均匀塑性变形,位错滑移是其变形的主要机制;当应变达到0.45时,冲击过程中的温升加速钨颗粒内位错的重排和湮灭,导致钨颗粒内部发生动态回复,形成大量板条状的亚晶粒;当应变达到0.6时,试样内部形成绝热剪切带,其内部组织主要由大量细小的等轴晶组成.晶粒细化导致剪切带内的硬度(13.21 GPa)高于剪切带外的硬度(9.16 GPa).随着应变的继续增加,微裂纹在剪切带内形核和扩展,导致90W-Ni-Fe合金断裂失效.

摘要： 作为近20年来快速发展的制造技术,增材制造技术能够快速、直接制造形状复杂的零件,在工业领域得到越来越多的应用.在实际应用中,这些增材制造的零部件经常承受高速冲击载荷作用,因此其动态承载能力及破坏失效特征是人们关注的焦点,也给增材制造技术及其产品在国防军事、武器装备等领域的应用带来巨大挑战.首先综述增材制造技术的原理和特点;然后着重介绍在高速冲击等极端情况下增材制造金属零部件的宏/微观力学响应特征,探讨新的制造方法带来的金属材料动态性能的新变化;最后展望增材制造技术及产品在国防军事、武器装备等领域的发展前景.

摘要： 材料温度升高是绝热剪切现象的重要特征,研究绝热剪切中的温升对于深入了解绝热剪切失效的形成机制和演化历程具有重要意义,同时对预测材料和结构的动态失效具有重要的实用价值.一般而言,绝热剪切过程中的温升可以分为3个阶段:均匀变形阶段的温升、剪切局部化引起的温升、剪切带形成后热传导引起绝热剪切带附近的温升.本文从理论计算、数值模拟、实验测量和微观组织演化4个方面对绝热剪切中的温升相关研究进行了综述.通过对已有文献的系统整理和总结,以期为开展后续绝热剪切失效相关研究工作给出一定的启发和参考.

摘要： 以W、Ni、Fe粉末为原料,采用冷等静压成形和真空烧结工艺制备成分为95W-3.5Ni-1.5Fe的钨合金,然后进行变形量分别为15％、30％和40％的旋锻变形,利用扫描电镜观察、电子背散射衍射分析、X射线衍射分析、霍普金森压杆(SHPB)及实弹靶试等手段分析和测试合金的微观组织、动态力学性能和应力分布.结果表明:钨合金经旋锻变形后,钨颗粒被拉长,从球状变为橄榄状.经过40％变形量的旋锻加工,钨合金的静态抗拉强度与硬度(HRC)分别从983 MPa与28.9提升至1434 MPa与46.1,伸长率从11.9％下降至4.6％.合金内部存在残余压应力,主要分布在钨颗粒与颗粒之间,以及Ni-Fe黏结相中.旋锻钨合金在应变速率约为1.2×103 s?1下冲击时具有较高的应变率,为4.9％,且在侵彻钢靶时表现出"自锐"性.

摘要： 金属柱壳爆炸膨胀断裂机制及其对碎片分布、特征尺寸的影响是应用物理、力学、兵器工程等领域共同关心的重要课题,但目前除数值模拟外,考虑断裂机制的简单二维碎裂模型尚未出现.开展TA2钛合金开口柱壳在不同装药条件下的碎裂实验研究,通过对软回收碎片的统计及微观分析,探讨金属柱壳外爆断裂模式及二维碎片分布规律,结果显示:(1) TA2钛合金柱壳在实验爆压(7～25 GPa)下宏观断口均为剪切断裂模式,但机制不同,在较高爆压下柱壳剪切断裂由多重绝热剪切带破坏控制,在较低压力下为剪切破坏;(2)与一维拉伸碎裂相比,柱壳爆炸碎裂不充分,碎片质量更符合β=1(或更接近1)的指数分布;爆炸碎裂越充分,碎片越小并趋于均匀,β趋于较小的值,趋向Mott和Linfoot提出的泊松统计分布形式;(3) Rayleigh分布可以较好描述柱壳碎片的宽度分布规律,不同爆压下柱壳碎片宽度归一化尺寸分布具有相似性,呈现"量子化"特性,即存在最小的特征尺寸;(4) TA2柱壳碎片特征尺寸远大于G-K剪切断裂公式预测的尺寸,G-K剪切式描述的是多重绝热剪切带间距.本研究为金属柱壳碎片特征、分布规律及其模型分析提供了重要参考.

摘要： 为研究42CrMo钢的冲击动态力学性能及本构模型,进行了冲击动态压缩实验和金相观察.材料表现出强烈的应变率依赖性,同时还得到不同应变率下力学性能差异的主要原因在于冲击动态载荷下的绝热剪切行为.采用热激活理论,分别考虑热应力和非热应力来解释变形机理,得到了应变率效应的描述.基于此,本文提出含高应变率效应的动态本构模型,通过绝热剪切准则来确定失稳的起始点,并与模型进行耦合.该模型能很好地描述42CrMo钢的准静态和冲击动态力学行为,特别是应变硬化效应和应变率效应.

摘要： 基于Johnson-Cook本构模型和损伤模型,采用Lsdyna软件建立了分离式霍普金森压杆系统的二维模型,对TC4钛合金帽状试样的绝热剪切过程进行了数值模拟,研究了局域化变形区域的应力、塑性应变和温度,并与试验结果进行对比;探讨了TC4钛合金的绝热剪切机理.结果表明:模拟得到13 m·s-1冲击速度下,TC4钛合金帽状试样发生明显的局域化变形,且局域化变形区域的最大应力为1530 MPa,断裂极限塑性应变为0.205,最高温度为344.3 K;局域化变形区域中等效塑性应变较高的区域与温度较高的区域均呈扭转的漩涡状分布特征,且二者的位置相同,该区域形成了绝热剪切带.模拟得到帽状试样的真应力-真应变曲线以及绝热剪切带形成的位置与试验结果均吻合,验证了模拟结果的准确性.TC4钛合金绝热剪切带组织为明显的等轴晶组织,绝热剪切带组织与α基体组织间存在明显的分界线.

摘要： 本工作研究了7005铝合金在应变速率为(1～5)×103 s-1条件下的力学行为.结果 表明,7005铝合金有明显的应变速率敏感性.利用最小二乘法求得了材料的Johnson-Cook本构参数;应用ABAQUS软件,研究了高应变速率下的帽型试样的绝热剪切变形历程.数值模拟得到的应力-应变曲线与实验结果吻合.温度场的计算为绝热剪切带内微观组织是否发生动态再结晶提供了依据,当应变速率为15 000 s-1时,在120 ～240 μs内,相比初始温度,试样的平均温升达到405°C.通过对冲击后试样的微观组织观测发现,绝热剪切带中有大量的等轴晶,具有典型的再结晶组织特征.7005铝合金在高应变速率下的变形温升和动态再结晶软化行为,将为其在汽车碰撞构件中的应用提供指导作用.

摘要： 绝热剪切局部化断裂是高速切削过程绝热剪切演化的必然结果,直接影响到工件材料的切削加工性.关于高速切削过程绝热剪切局部化断裂的研究,一直缺乏系统的理论支撑,制约了人们对于高速切削加工技术的进一步认识和应用.本项目旨在通过理论分析和实验,系统研究高速切削过程绝热剪切局部化断裂的机理和发展过程,研究结果有助于深入认识绝热剪切局部化断裂在高速切削过程中的作用,为高速切削加工技术的更好应用提供充分的理论基础.

摘要： 研究了7/14、5/7两种单基药通过2种不同的填充材料制备的灌注炸药爆炸性能.通过该炸药对钢板冲孔效果研究,发现不同配方的炸药破坏差异很大:低能灌注液对钢板是撕裂破坏、高能灌注液是剪切破坏并具有绝热剪切断裂特征;单基药颗粒越细,灌注液的能量越高,绝热剪切破坏的特征越明显.对2种典型的灌注炸药的爆炸过程进行高速摄影测试,发现高能灌注液与低能灌注液制备的灌注炸药在相同时间段火球明显不同,前者火球亮度明显超过后者,这与绝热剪切效果相吻合.

摘要： 对SHPB加载条件下钒合金的帽状试件的绝热剪切变形过程进行了数值模拟,再现了其绝热剪切变形过程,分析了不同加载速度对绝热剪切形成的影响,给出了绝热温升历程.通过数值分析对研究钒合金内微观结构演化机制,优化其材料结构设计、提高动态性能具有重要意义.

摘要： 高应变率服役环境下,不同微观组织的合金呈现出不同的绝热剪切失效规律,但现有试验条件难以直接观察到微观组织的演变过程;同时,当前的数值模拟方法仍主要以宏观连续均匀介质建模,尚未深入到微观组织层次再现绝热剪切带演变过程.为此,本文以高绝热剪切敏感性钛合金的微区组织为研究对象,提出了构建微区多相模型、确定微区失效判据函数、从宏观结构件提取微区载荷及边界条件等方法,实现了绝热剪切带演变过程的模拟,再现了绝热剪切带宽化、带内周期性高温区、裂纹萌生及扩展等过程.基于该方法,获得了不同组织类型、相比例、相尺寸、相分布等微观组织特征对绝热剪切变形的影响规律,为材料微观组织设计及组织调控提供了有力的技术支撑.

摘要： 为了揭示应力状态对U-5.7Nb合金中的绝热剪切带形成和发展之间的联系，对直圆柱形、阶梯形、哑铃形和圆台形等形状的U-5.7Nb合金进行了分离式Hopkinson压缩实验，利用光学显微镜分析其显微组织的变化规律，采用有限元LS-DYNA软件模拟了不同形状的U-5.7Nb合金试件在冲击载荷下的变形和剪切局部化行为。结果表明，直圆柱形试样由于变形不均匀不易产生绝热剪切带。台阶形试样容易在应力集中处产生绝热剪切带，通常伴随着裂纹的扩展。哑铃形试样由于应力集中程度较高，容易产生剪切带，因为两端的约束作用，剪切带会相对固定在应力集中区域产生。圆台形试样易在小端附近产生剪切带。有限元模拟得到的绝热剪切带位置和方向与实验结果一致，表明绝热剪切带的形成和发展与试件的应力状态密切相关。

摘要： 针对细晶钨合金,利用Hopkinson压杆装置,对材料进行一维应力载荷冲击测试,分别选用9×105Pa和14×105Pa的冲击气压进行试验,并对冲击后的样品进行金相组织观测,考察材料在一维应力冲击条件下的绝热剪切性能,分析了晶粒细化对绝热剪切敏感性的影响。研究表明：晶粒的细化有助于绝热剪切带的扩展,可以提高钨合金绝热剪切敏感性,使得烧结态细晶钨合金在一维应力冲击加裁条件下就可以产生绝热剪切带,从而有助于材料在动态压缩条件下产生绝热剪切破坏,提高材料在穿甲过程中的“自锐”能力。

摘要： 本文对电磁驱动金属圆筒动态压缩加载实验方法进行探讨,并利用有限元方法对电磁驱动圆筒压缩变形及剪切局域化发展过程进行了分析,有限元方法的计算结果表明,应变率可以达到104/s量级;剪切局域化并不发生在材料失稳准则的最大应力点,只有当等效应力发生突然“塌陷”时,应变局域化才会发生.一旦剪切带形成,产生的卸载波将对周围进行弹性卸载,因此,较长的剪切带之间的间距比短小的剪切带间距大.

摘要： 本文针对风扇/压气机叶片常用材料TC4钛合金,采用Bammann损伤模型建立了描述其应变率相关行为的材料模型,在此基础上采用ANSYS/LS-DYNA软件对TC4平板叶片的典型硬物冲击试验进行了数值模拟,并和冲击损伤试验结果进行了对比分析,评估了Bammann损伤模型预测FOD的能力.初步研究结果表明:(1)Bammann损伤模型可以较好地描述TC4钛合金的动态变形和失效行为;(2)Bammann损伤模型可以有效预测TC4叶片的硬物冲击变形形貌及冲击过程可能发生的绝热剪切失效现象.

摘要： 爆炸容器在内部冲击载荷作用下表现出不同的破坏模式,这些破坏模式包括塑性失稳、拉伸断裂和剪切破坏等。在文献和我们最近的实验中均注意到,对于给定的结构,随着载荷冲量的增大,结构的破坏模式发生变迁,其变化规律一般是从塑性失稳过渡为剪切破坏。rn 本文采用绝热剪切相关理论解释了圆柱壳在内爆炸载荷作用下发生的剪切破坏模式,同时,考虑了绝热剪切激发和演化过程的应变率依赖特性,提出了包含应变率效应的率相关失效准则。以圆柱形爆炸容器受局部冲击内压为例,针对塑性失稳和绝热剪切两种不同破坏模式,分别应用强度准则和率相关失效准则,结果表明:强度准则下材料的破坏模式以整体塑性变形为主,而率相关失效准则下材料发生绝热剪切破坏,数值模拟结果与实验现象较为一致。

摘要： 针对细晶钨合金，利用Hopkinson压杆试验机，对材料进行一维应力载荷冲击测试，分别选用9×105Pa和14×105Pa的冲击气压进行试验，并对冲击後的样品进行金相组织观测，考察材料在一维应力冲击条件下的绝热剪切性能，分析了晶粒细化对绝热剪切敏戚性的影响。研究表明：晶粒的细化有助於绝热剪切带的扩展，可以提高钨合金绝热剪切敏感性，使得烧结态细品钨合金在一维应力冲击载入条件下就可以产生绝热剪切带，从而有助於材料在动态压缩条件下产生绝热剪切破坏，提高材料在穿甲过程中的“自锐”能力。

摘要： 本实用新型涉及一种干法真空绝热板芯材剪切装置，包括工作台和设在工作台上的安装架，工作台两侧上设有定位条，工作台上位于定位条之间间隔设有多条传送带，多条传送带上方设有压板组件，定位条远离传送带入口的一侧上分别设有支杆，支杆之间连接有滑杆，滑杆顶部沿长度方向开设有滑槽，滑槽内滑动连接有裁切组件。该方案便于使用且利用率高。

摘要： 本实用新型公开一种测定建筑用绝热制品剪切性能的双工位试验装置，属于测试装置领域。该装置包括座置在平底板上表面呈倒T型的加载板，两个对称布置在加载板的左右侧形成两个相同长方体夹腔、呈L型结构的金属支撑板，垂直搭接在金属支撑板L型拐角腔侧的侧筋板，贴合连接在加载板两侧面和金属支撑板内腔侧面的四块尺寸相同、位置正对的木垫板；侧筋板的顶端向着金属支撑板所在侧延伸、内嵌一个拐尺状的卡块；在平底板前后端的边缘加工有腰槽孔Ⅰ，在金属支撑板前后端的边缘加工有腰槽孔Ⅱ。利用本实用新型可对多种不同厚度的试样快速准确地进行剪切性能测定，通用性能强、试验效率高、结果准确、操作方便、易安装、易拆卸、成本低、安全可靠。

摘要： 本实用新型是一种干法真空绝热板芯材剪切装置,包括裁切平台，在裁切平台的一侧设置有输送平台，在输送平台的一侧设置有放置芯材的物料架，在输送平台的左右两侧分别设置有限制芯材运动的限位块，在输送平台的上方设置有数个输送压辊，在裁切平台的上方切刀支撑架，在切刀支撑架上方设置有切刀架，在切刀架的上方设置有数个固定刀片的刀孔，在裁切平台上、切刀架的一侧设置有出料压辊，在出料压辊的一侧、裁切平台上设置有纵向切刀，在裁切平台的一侧设置有出料平台。本实用新型提高超细玻璃棉的使用效率，扩大了能够生产的产品规格范围，提高生产效率和降低人工成本，从而达到降低企业生产成本，企业经济利益的增加。

摘要： 一种应用价电子结构理论预测纯铜和铜合金绝热剪切敏感性的方法，以材料性能参数和应变率为变量的产生绝热剪切带所需能量的大小作为衡量绝热剪切敏感性的指标；应用价电子结构理论，得到价电子结构参数与铜合金性能参数之间的关系，在相同切削条件下，从电子结构层次揭示合金元素与绝热剪切敏感性之间的本质关系，预测纯铜和铜合金发生绝热剪切现象的难易程度，为设计具有不同绝热剪切敏感性的材料提供依据，研究结果有助于进一步认识锯齿形切屑绝热剪切现象形成机理，丰富切削理论，为高速切削加工生产实践服务。

摘要： 本发明公开了一种降低热轧TC4钛合金绝热剪切敏感性的快速热处理方法。具体工艺为：在热轧双态组织TC4钛合金板材上取料，放入放电等离子烧结(Spark？Plasma？Sintering，SPS)设备(SPS-3.20-MV型)中进行热处理，处理后的材料相对于原始热轧板材在动态加载条件下的临界断裂应变值提高了53％以上，材料发生绝热剪切破坏前单位体积吸收的能量值提高了54％以上。其优点在于：利用脉冲能、放电脉冲压力和焦耳热产生的瞬时高温场来实现热处理，具有升温速度快、热处理时间短等特点，是一种能够显著改善金属材料塑性变形能力的低成本、高效率的热处理工艺，为未来钛合金的显微组织调控提供了新的工艺方法。

摘要： 本发明涉及一种低绝热剪切敏感性的梯度钛合金，所述钛合金的厚度为10mm～50mm，平面尺寸为7cm*7cm～50cm*50cm，平行度为0.02～0.1；所述钛合金具有明显的成分界面，两侧成分不同；所述钛合金的显微组织特征为界面两侧均为魏氏组织，两侧原始β晶粒均为柱状晶，两侧柱状晶互相垂直，两侧的原始β晶粒晶界宽度小于20μm、次生α集束宽度小于70μm且集束间板条具有大取向差、次生α层片宽度小于5μm。本发明的钛合金的提高了单位体积吸收功，降低了其绝热剪切敏感性。

摘要： 本发明公开了一种通过晶体织构设计提升纯钨金属绝热剪切敏感性的方法，涉及金属材料技术领域。本发明所用初始材料为纯度高于99.95％的工业纯钨，通过剧烈塑性变形处理达到细晶强化效果的同时，改变纯钨金属的初始晶体取向，在一定变形后使得大块体纯钨金属具备特定的晶体织构，即材料内部绝大多数晶粒获得择优的晶体取向分布。本发明制得的纯钨金属在动态加载下容易发生绝热剪切失效，在动能侵彻过程中表现出显著的“自锐”效应，其在室温下的屈服强度和塑性相较传统纯钨均有明显提升，室温下的动态屈服强度大于2500MPa，动态失效应变大于30％，具有良好的力学性能。

摘要： 本发明公开了一种用于测试绝热剪切后钛合金动态拉伸性能的试样。该试样通过以下方法制备，该方法包括以下步骤：(1)在试样坯料的两端分别加工出支持端，在两支持端之间的平行工作段上加工出待冲击凸台和与待冲击凸台对应的通孔，在该通孔的两侧形成剪切支撑柱，在两剪切支撑柱之间形成支撑柱连接段；(2)将上述试样坯料放置于霍普金森压杆实验装置上进行冲击压缩加载，在待冲击凸台的外侧与剪切支撑柱的内侧连线方向上形成绝热剪切带；(3)确定绝热剪切带两端的裂纹在平行工作段上的深度；(4)采用线切割设备加工平行工作段，至仅有绝热剪切带贯穿平行工作段；(5)对线切割表面进行磨削，去除线切割遗留的换向痕。

摘要： 一种基于高速红外测温装置测量绝热剪切温升的方法，利用高速红外测温装置在动态加载实验过程中对试样绝热剪切带的温度变化进行测量，通过温度‑时间以及载荷‑时间的同步，最终获得试样发生绝热剪切过程中剪切区域的载荷‑位移变化情况，载荷‑温度‑时间变化情况。本发明通过高速红外测温装置结合Hopkinson压杆实验系统，阐述了一种利用高速红外测温装置测量试样发生绝热剪切变形过程中的温度变化情况。所提出的基于高速红外测温装置测量绝热剪切温升的实验方法能够弥补现有实验技术中缺少对试样绝热剪切变形过程中的温度变化进行原位测量的不足，实现了在动态加载实验条件下利用阵列式探元的高速红外测温装置测量绝热剪切温升。

摘要： 一种应用价电子结构理论预测纯铜和铜合金绝热剪切敏感性的方法，以材料性能参数和应变率为变量的产生绝热剪切带所需能量的大小作为衡量绝热剪切敏感性的指标；应用价电子结构理论，得到价电子结构参数与铜合金性能参数之间的关系，在相同切削条件下，从电子结构层次揭示合金元素与绝热剪切敏感性之间的本质关系，预测纯铜和铜合金发生绝热剪切现象的难易程度，为设计具有不同绝热剪切敏感性的材料提供依据，研究结果有助于进一步认识锯齿形切屑绝热剪切现象形成机理，丰富切削理论，为高速切削加工生产实践服务。