添加稀土元素的钨基合金冲击韧性缺口敏感性研究

摘要

高密度钨合金具有许多的优良特性，其不论在军事工业还是民用工业中都有广泛的应用。实际的钨合金材料，在制备、运输、加工过程中会存在缺口。“缺口效应”会对材料力学性能产生很多的影响。
　　本论文首先选取了两组钨合金试样：一组为不带缺口的试样，另一组为标准V型缺口试样。在冲击试验机上分别对这两组试样进行冲击试验，对试验机上数据进行数理统计之后，进行相应计算得到两组试样的冲击韧性值。之后，利用有限元分析软件ANSYS/ls-dyna对这两组试样的冲击过程进行模拟，通过比对实验结果与模拟结果，验证了模拟方法的正确性与可行性。利用软件的后处理功能，查看并分析了钨合金试样冲击过程中相应物理量的变化情况。最后，设计了共计11种缺口高度的试样，并利用有限元软件模拟了其冲击过程。通过对模拟结果中韧性值的分析，得到钨合金冲击韧性之间缺口大致变化情况，即钨合金冲击韧性缺口敏感性。本文中所得具体的结论如下：
　　通过试验发现：不带缺口的钨合金试样相较于标准V型缺口钨合金试样，具有较大的冲击韧性。其中不带缺口的钨合金试样的冲击韧性为164J/cm2，而标准V型缺口钨合金试样的冲击韧性为117J/cm2，两者相差47J/cm2。不带缺口的试样，模拟所得的冲击韧性值为为158J/cm2，与实验值相差4％；标准V型缺口试样冲击韧性的模拟值为108J/cm2，与实验值相差7%。实验值与模拟值相差较小，故认为利用ANSYS/ls-dyna对钨合金冲击过程模拟具有较好的精度和可行性。
　　利用ANSYS/ls-dyna的后处理功能分别对即将断裂时刻两组钨合金的应变、应力、应变率等进行了观察，发现：相较于不带缺口的钨合金试样，标准V型试样达到即将破坏时刻所经历的时间较短：在缺口处具有较大的应变率、较小的应力集中区域。这两方面综合作用决定了带缺口的试样具有较小的冲击韧性。
　　利用ANSYS/ls-dyna模拟了缺口高度在0～2mm之间共11组试样的冲击过程。通过模拟结果发现：钨合金的冲击韧性随缺口高度的变化较为明显，即钨合金具有较大的缺口敏感性；带缺口试样的Aci?Ak值在0.21～0.3之间变化较小。

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1.绪论

1.1工程背景

1.2本文主要研究内容

2．冲击理论与工程技术

2.1引言

2.2力学理论

2.3有限元法理论

2.4无网格SPH法

3.冲击实验与结果

3.1实验设备

3.2试样及冲击试验

3.3冲击试验结果

3.4冲击断口的SEM微观形貌分析

4.冲击过程模拟

4.1 ANSYS/ls-dyna软件简介

4.2 ANSYS/ls-dyna模拟步骤

4.3模拟可行性验证

4.4模拟结果分析

4.5钨合金冲击韧性缺口敏感性

4.6本章小结

5．结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录硕士研究生学习阶段发表论文

致谢