极高应变率载荷下金属材料层裂的动态诊断研究

发布时间：2023-10-06 10:51

　　层裂是金属材料在冲击波加载下出现的一种动态拉伸断裂,多年来一直是世界各国学者的研究热点之一。在激光技术广泛应用之前,冲击波大多使用轻气炮或是化学爆炸的方式产生,这两种方式产生的应变率在10⁵s^-1以下,而激光冲击波的加载下应变率可达到10⁶s^-1至10⁹s^-1,进行这种极高应变率载荷下材料层裂特性的研究有助于了解材料在极端条件下的动态损伤现象。基于此本文以TC4合金及纯钛箔为例,进行纳秒与飞秒激光冲击波加载下的金属材料的层裂特性研究,利用ABAQUS有限元分析软件对冲击波、材料进行建模后进行仿真分析,模拟出材料层裂发生的动态过程,得到了靶材自由面速度曲线及厚度方向上的拉伸应力分布、不同应变率下材料的层裂强度,分析了完全层裂产生的层裂片大小与激光参数的关系。本文的主要工作及研究内容如下:(1)介绍了多种冲击载荷的加载方式及现阶段广泛使用的层裂诊断技术,分析了不同学者提出的层裂理论模型;对激光冲击波、层裂损伤机理进行了介绍,为本文研究奠定理论基础。(2)利用A...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 冲击载荷加载方式介绍
        1.2.1 霍普金森压杆
        1.2.2 轻气炮
        1.2.3 化学爆炸
        1.2.4 激光加载
    1.3 层裂诊断技术介绍
        1.3.1 任意反射面速度干涉仪
        1.3.2 多普勒光纤探针测量系统
        1.3.3 双源光外差测速技术
        1.3.4 啁啾脉冲频谱干涉诊断技术
    1.4 层裂理论模型
    1.5 本文的研究的主要内容
第二章 激光冲击波及层裂理论研究
    2.1 激光冲击波理论
        2.1.1 激光与物质的相互作用
        2.1.2 激光冲击波的形成
        2.1.3 激光冲击波在材料内部的传输
    2.2 层裂损伤机理
        2.2.1 宏观角度
        2.2.2 微观角度
    2.3 材料属性对层裂行为的影响
        2.3.1 晶粒度对层裂行为的影响
        2.3.2 单晶多晶对层裂行为的影响
        2.3.3 老化程度对层裂行为的影响
    2.4 本章小结
第三章 纳秒激光作用下TC4合金的层裂模拟研究
    3.1 有限元模型的建立
        3.1.1 材料本构模型
        3.1.2 激光冲击波模型
        3.1.3 有限元模型的建立与网格的划分
    3.2 层裂强度及自由面速度剖面研究
        3.2.1 激光冲击波峰值压力对层裂强度的影响
        3.2.2 激光冲击波加载时间力对层裂行为的影响
    3.3 层裂发生的位置研究
        3.3.1 激光冲击波加载区域对层裂位置的影响
        3.3.2 激光冲击波峰值压力对层裂位置的影响
    3.4 完全层裂过程的动态模拟研究
    3.5 层裂片特性研究
    3.6 本章小结
第四章 飞秒激光作用下钛箔的层裂模拟研究
    4.1 飞秒激光理论
    4.2 飞秒激光冲击有限元模型的建立
    4.3 飞秒激光加载下钛箔的层裂强度及自由面速度剖面研究
        4.3.1 飞秒激光峰值压力对层裂的影响
        4.3.2 钛箔厚度对层裂的影响
        4.3.3 激光光斑直径对层裂的影响
    4.4 飞秒激光作用下钛箔的动态形变研究
        4.4.1 激光能量对钛箔形变的影响
        4.4.2 激光脉宽对钛箔形变的影响
    4.5 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
参考文献
致谢
攻读硕士学位期间的成果



本文编号：3851713