用于膨脹管分離結(jié)構(gòu)的鋁合金動態(tài)斷裂韌性研究.pdf

1、膨脹管爆炸分離器中的分離板是一種連接構(gòu)件，分離前起連接載具與機體的作用。在分離過程中，由于爆炸沖擊作用，裂紋在分離板中預(yù)先開好凹槽處的削弱帶上迅速擴展，分離板快速整體斷裂從而實現(xiàn)載具分離。分離板的斷裂形式通常為I型裂紋擴展斷裂。
　　本文基于斷裂力學(xué)基礎(chǔ)理論，通過準靜態(tài)和動態(tài)三點彎曲斷裂實驗，研究和測量2024-T4與7075-T6兩種航空常用鋁合金金屬在靜態(tài)與動態(tài)兩種加載條件下材料的斷裂韌性，分析材料對裂紋的敏感度。
　　

2、在研究過程中，通過準靜態(tài)與動態(tài)兩種加載實驗測試了材料的各個參數(shù)值，詳盡地分析與統(tǒng)計測試到的數(shù)據(jù)以比較兩種材料斷裂力學(xué)行為的差異。在目前實驗與理論條件下，材料的動態(tài)斷裂韌性分析是一大難題，很難做出可靠的結(jié)果，本文采取了彈簧質(zhì)量塊等效模型做出了兩種材料動態(tài)斷裂韌性值的最終解；同時使用高速攝影技術(shù)和數(shù)字散斑方法分析確定了各試件受動載時的裂紋失穩(wěn)擴展點，再利用等效模型把試件的等效剛度，等效圓頻率以及材料應(yīng)力力場強度因子的隨時間曲線圖模擬出來；最

3、后，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計校驗、試件回收后的鏡相掃描、微觀成相觀測等方法來對材料的動態(tài)斷裂行為做出判斷與分析，找出材料微觀結(jié)構(gòu)，加工方式，構(gòu)型形狀等之間的相關(guān)影響，為膨脹管爆炸分離器中分離板的操作提供理論依據(jù)、技術(shù)規(guī)范以及數(shù)據(jù)支持。本文主要使用以下幾個測試手段來實現(xiàn)該目的：
　?。?）基于材料萬能實驗機的準靜態(tài)加載技術(shù)設(shè)計了靜態(tài)三點彎曲試件斷裂韌性的實驗裝置并測試了對2024-T4與7075-T6板材鋁合金在靜態(tài)加載下的斷裂性能。
　

4、?。?）采用小落錘實驗機的動態(tài)加載技術(shù)和標準三點彎曲試驗對2024-T4與7075-T6鋁合金板材的斷裂性韌性能進行了測試。通過實驗測得P(t)曲線，使用高速攝影儀與散斑分析得出其開裂時間tC，對應(yīng)到數(shù)值計算出來的K(t)曲線圖上的值K(tC)，即為材料的動態(tài)斷裂韌性值KIC。
　　通過以上試驗方法進行測試操作，本文得到了以下幾個結(jié)論：
　?。?）實際操作過程中，通過這種技術(shù)對2024-T4與7075-T6鋁合金板材準靜態(tài)斷

5、裂韌性進行了測試與實驗，證明該實驗測試技術(shù)有效切實可行。通過對2024-T4與7075-T6鋁合金板材在0.1mm/s，0.5 mm/s、0.01 mm/s三種速度加載條件下進行的準靜態(tài)斷裂韌性發(fā)現(xiàn)，2024-T4在20.1 MPam1/2至25.66 MPam1/2變化，其平均值為24.06 MPam1/2。7075-T6則在21.77MPam1/2至24.98 MPam1/2變化，其平均值為23.31 MPam1/2。
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6、2）在動態(tài)加載條件下，2024-T4的斷裂韌性值在25.14 MPam1/2至28.45MPam1/2變化，其平均值為26.63MPam1/2，裂紋平均起裂時間為0.525 ms。7075-T6則在28.02 MPam1/2至37.09 MPam1/2變化，其平均值為33.7 MPam1/2，裂紋平均起裂時間為0.532ms。因此，可以得出在動態(tài)加載條件下，7075-T6抵抗斷裂的能力則要高于2024-T4，這與靜態(tài)加載時有所不同。另外

7、，從測試到的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：當(dāng)落錘高度越大（100~500mm），即錘頭沖擊速度越大，材料表現(xiàn)出來的斷裂韌性值相對就越大，這是因為隨著動態(tài)載荷變化率(K·) Id的增大，材料抵抗裂紋擴展的能力也相應(yīng)增加。
　?。?）通過對動態(tài)斷裂韌性的后續(xù)分析以及斷裂實驗回收試件的斷口微觀鏡相特征分析發(fā)現(xiàn)：動態(tài)加載下，2024-T4鋁合金內(nèi)部孔洞或裂紋主要成核于晶內(nèi)的強化相而形成穿晶斷裂，其裂紋尖端微觀掃描成像表明主要為脆性斷裂，而7075-T6鋁