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（毕业论文） 肌肉类软组织动态力学性能研究_NoRestriction
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几种铝合金材料动态力学性能测试
摘　要：为了研究飞机结构常用铝合金材料（包括和6061）的动态力学性能,利用电子万能试验机和Hopkinson杆测试技术,在大范围应变率下,对这些材料的试件进行准静态和动态拉压试验,获取了这些材料的动态应力-应变曲线.通过对比实验结果,分析了这些材料的应变率敏感性,并根据位错理论对试验结果进行解释和探讨.结果表明：是应变率不敏感材料,甚至在高应变率下表现出软化现象,而6061是应变率敏感材料,在高应变率下表现出应变硬化现象.
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54几种航空铝材动态力学性能实验
2007年8月；第33卷第8期；北京航空航天大学学报；JournalofBeiinniversitfA；Auust2007g；Vol.33No.8；几种航空铝材动态力学性能实验；赵寿根何著杨嘉陵程伟；()北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京10；摘要:利用分离式Hokinson压杆实验设备测定；学性能,根据材料的应力应变曲线特性,选择Cowe；中图分类号
2007年8月第33卷第8期北京航空航天大学学报JournalofBeiinniversitfAeronauticsandAstronauticsjgUyoAuust 2007gVol.33 No.8几种航空铝材动态力学性能实验赵寿根
程 伟()北京航空航天大学航空科学与工程学院,北京100083摘
要:利用分离式Hokinson压杆实验设备测定了4种航空铝合金材料的动态力p学性能,根据材料的应力应变曲线特性,选择CowerSmonds模型来拟合4种材料的动态本py-学特性.实验结果表明L而LF6R和LF21M具有良好的塑性,Y12CZ和LC4CS具有一定的脆性;随着4种材料屈服应力的提高,材料切线模量也增加,二者呈线性关系;实验的4种航空铝材中LC4CS应变率敏感程度最小,LF6R敏感程度最大,LF21M,LY12CZ和LC4CS的应变率因子曲线形状相同.中图分类号:O347关 键 词:分离式Hokinson压杆;航空铝料;动态本构方程;应变率敏感p()文献标识码:A
文章编号:708-0982-04构.在此基础上从实验结果中分析和比较了这4种铝合金在动态冲击下的破坏形式和动态力Exerimentinvestiationofdnamicmaterialroertfaluminiumallopgyppyoy:AbstractDnamicmechanicalproertiesoffouraluminumalloereattainedwiththeslitypywp,Hokinsonpressurebar(SHPB)aaratus.Accordinothecharactersofthestressstraincurvespppgt-(,,)SchoolofAeronauticScienceandEnineerinBeiinniversitfAeronauticsandAstronauticsBeiin00083,ChinaggjgUyojg1ZhaoShouen HeZhu Yanialin CheneiggJggWtheCowerSmondsconstitutivemodelwaschosenanditsrelationshiarameterswerefittedacpypp--cordinotheexerimentdata.Thefailuremodesandtheirdnamicmechanicalroertieswerecomgtpypp-,aredamonhefourmaterials.TheresultsshowthatLF6RandLF21MhavegoodplasticitpgtyLY12CZandLC4CShavesomebrittleness.Thetanentmoduluslinearlncreasewithyieldstress.gyi,AmonhefourexerimentedaluminumalloaterialsthestrainratesensitivitfLC4CSisminigtpymyo---LY12CZandLC4CShavethesameshae.p:;d;KeordsSHPB;aluminiumallooraeronauticnamicconstitutiveeuationstrainrateyfyqyw-thestrainratesensitivitfLF6RthestrainratesensitiviturvesofLF21M,yoyc--sensitivity由于具有比强度高和耐腐蚀能力强的优点,铝合金材料在航空工业中被大量采用.该类材料的静态力学性能已经得到深入的研究,然而对它的动态力学性能的研究还较少.飞行器技术的发展,使得结构能够承受各种冲击的力学环境日益显得重要和迫切.为了提高该类结构在动态情况下的性能和可靠性,首先就需要对这些材料的动]1态力学性能[有一个充分的了解.本文选取了4采用分离式HLC4CS进行实验,okinson压杆p()实验系统SHPB,SlitHokinsonPressureBarpp得到了该类材料在多种应变率下的应力应变曲线,选取相应的材料本构方程,通过分析拟合得到了它们的动态本构方程.在此基础上分析了这4种铝合金材料的动态破坏和动态性能之间的差异.种航空材料分别为LF6R,LF21M,LY12CZ和收稿日期:);)凡舟基金资助项目( 基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(05079,男,湖南邵东人,博士后, 作者简介:赵寿根(1973-).g8
1 实验材料及实验设备1.1 实验材料耐LF6R为热锻状态AlMg系防锈铝合金,-腐蚀性能良好.这2种材料常用于制造航空油箱、汽油、滑油))(())()σ′(tσ(t1-εt4=))式(中σ(为式(中得到的试件应力,也称工4t3)程应力.9832 实验过程和材料的本构方程2.1 材料静态和动态情况下的应力应变关系对材料进行静态压缩实验,得到它们的名义屈服应力σ弹性模量E和切线模量Et.然后根0、据静态实验测得的数据设计材料动态实验试件的LF21M为退火状态AlMg系防锈铝合金,-加工性能与L强度略比纯铝高.F6R相似,导管等受力小的零件.LY12CZ为淬火及自然时效铝合金,具有较高的强度,成形性能良好,是航空中使用最广泛的铝合金,多用于制造各类飞机的主要受力构件LC4CS为淬火及人工时效超硬铝合金,强度.高于硬铝,塑性较低,广泛用于飞机结构的主要受力零件,如大梁、隔框翼肋、接头等.2 实验设备及实验原理.能最基本的实验装置之一SHPB实验装置是目前研究材料动态力学性,广泛用于测量材料在高应变率下(该系统的示意图如图102~1041s-1所示)的.该装置采用应变片应力-应变曲线[2].测量得到弹性压杆中的加载脉冲和输出杆中的透射脉冲,间接地推算得到夹在这件的动态本构关系,避开了冲击作用下直接测量2根杆中材料试试件中应力和应变的困难.图1 Hopkinson压杆实验系统示意图
H均匀假设opkinson实验技术和装置基于一维假设和用入射波和透射波来计算应变2个基本假设的基础之上[3]实验中采、应变率和应力.,分别为ε(t)=-C0t0(εi(t)-εt(t))dt(1)?ε(t)=-C0(εi(t)-εt(t))(2)σ(t)=AEεtt式中,εi和A(t分别为)为入射应变波;0()(3)εt(t)为透射应变波;C,截面面积;l0AH0o分pki别ns弹性模量和为on杆的波速、试件的面积式(3.如果考虑在实验中的截面变化,原始长度和截面[4]),得到真实应力:,可以修正尺寸定宽的应变率范围数据.在SHPB设备上进行材料实验时,尽量测2.2 材料动态本构方程.迄今学者已经提出了多种描述材料动态力学性能的本构关系,其中常用的是o相对于nds(C-JS-C)模型[5]和模型,C-SJo模型属于弹hnson-CookCowpe线性(J-C)强模r-S化型y[m6]-过应.力模型,从实验得到的应力应变曲线特点看-,该模型较适合本文实验材料的特性型为等向强化模式,.本文采用强化模σC-S模型表达式如下:y=β(σ0+Epεpoff应变率因子)(5)β=1+??ε??èC÷?(6)式中,εpEoff为有效塑性应变;C,P为材料动态参数;p为塑性硬化模量,由式()Ep
=EE7得到.-tE(7)通过式(态名义屈服应力的关系式5)可以得到动态名义屈服应力与静Et:σ′0=βσ0(8)3 实验结果3.1 实验数据和曲线典型冲击后试件状态如图2~图5所示.a 应变率-1-图8252s L
F6R试件实验后实物图b 应变率2020s1a 应变率1图30-1照片40s LY12
CZ试件实验后实物图b 应变率2200s-1照片1E984
2007a 应变率797s-1
b 应变率-1图3 LF21M试件实验后实物图2840sa 应变率525s-1照片5 LC4
CS试件实验后实物图b 应变率1445s-1照片图
实验得到高应变率下的工程应力应变曲线和真实应力-应变曲线如图6~图13所示.图6 LF6R工程应力-应变曲线图7 LF6R真实应力-应变曲线图8 LF21M工程应力-应变曲线图9 LF21M真实应力-应变曲线图10 LY12CZ工程应力-应变曲线图11 LY12CZ真实应力-应变曲线图12 LC4CS工程应力-应变曲线图13 LC4CS真实应力-应变曲线
实验结果数据拟合得到这-S模型的动态参数如表4种铝合金材料的表1四种铝合金C-1所示S模型的动态参数.材料σ0LF6R/1MPaE6/GPaEt/MPaEp/MPaPLF21M5806933714C426..7Y12CZ42390 698..55413.
LC4CS15将4种材料的切线模量与屈服强度的关系总70.1..454.934CL8
结如图1应变率因子随应变率变化曲线如4所示;图15所示.中未破坏,而LY12CZ和LC4CS这2种脆性材料都出现了同样的破坏形式;从2种脆性材料的各985图14 切线模量与屈服强度的实验数据图15 应变率因子随应变率变化曲线.2 实验现象分析性,在工程应变达到1)LF6R材料在实验中表现出了良好的塑的情况下未产生破坏0;.58、应变率达到2000s-12)LF21,M与但切L线F6模R性能相近,同样表现出良好的塑性量和屈服强度均小于-1应变最高达到了F6R,实验中试件的应变率最高为2840s,且3)由图4b所示试件0.45;,产生了与轴向成45°的裂纹,与之对应的是图曲线在工程应变为010中应变率2200s-1的,可以确定该试件已经破坏.48时出现明显的转折,而后应力大幅度地下降Y12CZ与前2种材料不同,屈服强度相对防锈铝有明显的提高,但同时也表现出了明显的2.即种脆性;4)与LY12CZ相似,图5b所示试件在高应变下也产生了与轴向成显的脆性处理强化.由于,由实验得到的材料本构曲线可以看出LC4CS属于超硬45°的裂纹,表现出了明铝,而且经过热它的屈服强度和硬化模量相对较高.结 论1)LF6R和LF21M这2种塑性材料在实验个应变率下的应力应变曲线中可以看出,二者的破坏应力随应变率的提高而提高;)随着4种材料屈服应力的提高,材料切线模量也增加2,二者呈准线性关系;对较小3).相对低碳钢在实验结果,中铝合金材料的应变率效应相,除LF6R外,其它料的应变率因子曲线形状相似3种材程度最大.同时从实验结果可以看出这CS应变率敏感程度最小.从应变率的敏感程度看LC4,LF6R敏感量与应变率因子没有直4种材料的强度和切线模接的关系.参考文献(References[)1]周培[M].基,北京霍:普科学出版社金森AK.材料对强冲击载荷的动态响应,ZhouPeiji,HopkinsonA19K.85inhighimpactload[M].BeijDiynnga:mSicciernecsePponseofmaterialChinese)ress,1985(in[2]KmoalskyH.AninvestigationofthemechanicalpropertiesofPhytseirciaallsSaotciveetryy,hSiegchtiroanBtes,of1l9o4a9di,n6g2[J(1]1.)P:r6o7ce6e-din7g0s0ofthe[3]tFeicelhdniJEques,WfoarllehyigShrMa,ProudWG.ReviewofexperimentalInternationalJournalotfedImefpoarctEmatnioginaneenrdsingh,o2c0ks04t,u3d0ie:7s2[5J-].[4]7杨桂通75YangG.塑性动力学[uitong.PlasticMdy]n.北京:高等教育出版社,amics[M].Beijing:Hig2h0e0rE0cationPress,2000(inChinese)du-[5]rLiangRiqiang,KhanAS.AcriticalreviewofexperimentalawesutioniladtlesJraoanundrgcneoonalfstiofsttuPrtlaiaivsnremticiattoyedsaels,19nf9dtor9(eB15mC)pCae:r9an6tdF3ur-esCCm98[J0].etIanltseorvnear-[6]JmoehtnaslosnGRsubjec,teCdotooklaWrgH.estAcrainosn,sthitiugthsivemtraionrdelataensddanadhtaifgorthtieomnpalSeratumreso[siCu]m//oAnDPBA.allisPtircosc.Heediangusoe:fTthhe7eNthIethnetrelarnna-[7]JPtounbelisN.sheyrsI,pnf1l9u8e3nc:e5o4f1s-tr5a4in7gdshriivgiitdy-polantstihcbeepaermmsan[eJntd.Ie-nftoerarrnmdaaettniiioonnnogaalJfndsoiumtrnpraualolisni-vrfealtyesMeloeandsei-dScience,-]796chanic3LL4包含各类专业文献、专业论文、各类资格考试、幼儿教育、小学教育、中学教育、外语学习资料、行业资料、54几种航空铝材动态力学性能实验等内容。
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摘要：赵寿根;何著;杨嘉陵;程伟，北京航空航天大学航空科学与工程学院;北京航空航天大学航空科学与工程学院;北京航空航天大学航空科学与工程学院;北京航空航天大学航空科学与工程学院 北京100083;北京100083;北京100083;北京100083，。利用分离式Hopkinson压杆实验设备测定了4种航空铝合金材料的动态力学性能,根据材料的应力应变曲线特性,选择Cowper-Symonds模型来拟合4种材料的动态本构.在此基础上从实验结果中分析和比较了这4种铝合金在动态冲击下的破坏形式和动态力学特性.实验结果表明LF6R和LF21M具有良好的塑性,而LY12CZ和LC4CS具有一定的脆性;随着4种材料屈服应力的提高,材料切线模量也增加,二者呈线性关系;实验的4种航空铝材中LC4CS应变率敏感程度最小,LF6R敏感程度最
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学术期刊【发表年期】2007年08期}