【摘 要】
:
GH4169合金在较广的温度范围内具有良好的综合性能,凭借其优异的力学性能和长期组织稳定性,在航空航天、兵器装备和机械制造以及石油化工等领域中发挥着不可取代的作用,广泛应用于航空发动机的核心热端部件,如涡轮叶片和涡轮盘等。这些热端部件在飞机飞行过程中通常处于高温、高压和高负荷的特殊环境,反复承受冲击载荷作用。而作为主结构承力件的GH4169合金还常常受到高应变率的作用,这对其在高应变率、高温下的动
【基金项目】
:
国家自然科学基金联合基金项目:“金属材料断裂的多尺度耦合模拟研究”,项目编号:U1530140; 重庆市教委科学技术研究项目:“镍基单晶高温合金动态断裂 MD-FEM 数值模拟与实验研究”,项目编号:KJ1709224;
论文部分内容阅读
GH4169合金在较广的温度范围内具有良好的综合性能,凭借其优异的力学性能和长期组织稳定性,在航空航天、兵器装备和机械制造以及石油化工等领域中发挥着不可取代的作用,广泛应用于航空发动机的核心热端部件,如涡轮叶片和涡轮盘等。这些热端部件在飞机飞行过程中通常处于高温、高压和高负荷的特殊环境,反复承受冲击载荷作用。而作为主结构承力件的GH4169合金还常常受到高应变率的作用,这对其在高应变率、高温下的动态力学性能提出了更高的要求。因此,通常对高应变率、高温下GH4169合金的动态力学性能进行研究,尤其是在实验和数值模拟层次展开研究,对于工程结构的安全设计、加工与标定,特别是航空发动机的热端部件的更新换代是很有实用价值的。为研究GH4169在高应变率冲击加载下的动态力学性能,本文采用实验-本构-仿真相结合的研究思路,利用理论分析、实验与仿真主要完成了以下研究内容:(1)分离式霍普金森杆实验技术是研究高应变率(102~104 s-1)下材料力学性能最主要的实验方法,本文基于分离式霍普金森压杆(SHPB)实验平台采用入射波整形技术对入射波波形信号进行整形,改变入射波波形形状,实现了GH4169合金在冲击加载过程中的变形均匀和应力平衡。同时利用整形器的低通滤波效应抑制了应力波的几何弥散效应,得到较为光滑的入射波和反射波波形,从而保证了SHPB实验的准确性和有效性;通过合理的整形器材料和尺寸设计以及适当改变加载速度,可以使得本文中的SHPB实验基本处于恒应变率加载,这对于分析SHPB实验结果时具有较好的一致性和可比性。(2)利用SHPB实验平台和温度控制设备对GH4169合金压缩试样在温度20~800℃、应变率1000~10000 s-1条件下进行动态力学性能测试实验,得到GH4169应力-应变曲线等实验结果,这为材料本构模型的建立和仿真模拟提供必要的实验数据及对比验证;提取分析实验结果后发现GH4169合金具有与应变、应变率和温度相关的力学性能以及不错的抗冲击性能。(3)利用有限元软件研究动态力学性能时,模拟的关键和核心就是材料的本构模型关系,这对于有限元模拟的成败以及正确反映材料内在力学性能至关重要。传统Johnson-Cook本构模型能够描述材料在大变形、高应变率和高温条件下的动力学行为,因此本文选用J-C本构模型作为GH4169合金的动态本构模型。利用最小二乘法和MATLAB多目标遗传算法得到传统J-C本构模型参数,并对该模型进行了高应变率域、高温域的绝热温升修正,以符合材料在高应变率和高温下的力学响应;对修正后的J-C本构模型进行了不同温度和不同应变率条件下的拟合验证及预测,结果表明构建的修正JC本构模型可以较好的描述GH4169合金的动态力学性能。(4)利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,结合修正的J-C本构模型对GH4169在高应变率、高温下的SHPB实验过程进行数值仿真研究,通过设置不同的加载速度和温度来控制应变率和温度的影响。提取数值模拟结果与实验结果进行对比分析,发现与实验结果吻合较好,说明修正的J-C本构模型可以较好地描述GH4169合金在高应变率、高温下的动态力学性能,并能较好的反映出材料的动态压缩实验过程,这拓展GH4169合金在动态拉伸、动态切削和动态断裂等实验以及相应的数值模拟的研究思路,提供了可以参考的材料本构模型。
其他文献
悬架系统是车辆行驶系统的重要组成部分,悬架系统主要由减振器、弹性元件、导向机构三部分组成,其中减振器直接影响乘坐舒适性和操纵稳定性,由于减振器结构参数设计基本都是在确定阻尼范围后再根据经验及反复试验确定,不具有可靠性,因此研究减振器结构参数对性能的影响和开展优化设计的相关研究就显得尤为重要。本文以某可调阻尼减振器为研究对象,在其结构及工作原理的基础上搭建了数学模型,进行了台架试验,完成了对其部分结
混凝土质量是工程建筑物的质量保障,而混凝土质量优劣取决于混凝土原材料的质量好坏。砂石骨料是混凝土的重要组成材料之一,优质的砂石骨料是混凝土强度硬度的保障,因此砂石骨料的质量检测不容忽视。传统的砂石骨料质量检测效率低下,且受人为因素的影响,无法对砂石骨料进行准确有效的质量检测。本文提出基于图像处理和深度学习的方法对砂石骨料质量进行检测研究,将图像处理算法和深度学习算法进行结合,对砂石骨料质量进行多参
发动机作为现代工业技术的结晶产物,其设计过程高度集成了工业社会大量的智慧成果。对于一款完整的发动机而言,为使发动机的性能不断提升需要从设计研发,优化到试验阶段都尽可能地对发动机性能进行优化。在发动机标定过程中,对除设计参数以外的各可调参数进行综合分析并寻找到综合性能较优的运行方案是一项工作量巨大的工作,对设计人员和标定工程师的理论及实践要求都很高。本文则希望通过数值模拟的方式来配合在研机型的标定试
近年来,因光纤模间干涉型的光纤传感器具有结构简单、价格低廉、抗电磁干扰能力强,以及易于实现多个物理量测量等优点,所以由特种光纤级联单模光纤构成模间干涉结构的双参量传感器受到了许多科学家的关注。结合仿真模拟软件Rsoft进行光信号的传输光路模拟,搭建不同传感结构,对温度、折射率进行同时测量,其中主要的工作内容为以下几个方面:1.首先对传统四种干涉传感结构进行了简单介绍,分析了马赫-曾德尔干涉结构优缺
光纤传感器具有抗电磁干扰、重量轻、体积小、灵敏度高等优点,因此广泛应用于应变、温度、折射率、压力、电流、生物和化学等研究领域。本文设计并制作了三种基于特种光纤模式干涉的氟离子传感器。首先制作了马赫-曾德尔传感器,将薄芯光纤(Thin-core fiber,TCF)嵌入在两段多模光纤(Multi-mode fiber,MMF)之间,再用单模光纤(Single-mode fiber,SMF)将多模光纤
近年来,云计算技术的出现带动了全球互联网产业的飞速发展,与此同时也暴露出一系列的安全隐患,数据泄露的风险是现阶段使用者们最为关注的核心问题。图像往往是反映用户个人信息最为直观的数据类型,因此,如何在海量数据的环境下保证用户在云端存储的图像文件以及安全有效的检索,进而构建一个用户云端图像数据,已成为信息安全与图像加密领域研究的热点问题。论文以保证用户云端图像数据安全为切入点,以图像加密,密文图像检索
水电站发电量由水电站流量水头控制,同时,库区内的水位、上流水位、毛水头等各类水文资料数据又被认为是维护整个水电站发动机组正常工作、堤坝安全进行监控的主要重点和对象,只有把水位资料自动及时的传递到管控决策层,上级的应用程序软件和控制系统才可以得出更加科学的判断与预测。传统水位监测方式通过水电站工作人员目测水尺读数或者专业的水位传感器测量实现,而水电站往往位于边远地区,环境恶劣,在极端天气环境,将会威
近年来,随着中国自主品牌变速器企业的迅速发展以及自主技术的突破,基于湿式离合器研发的自动变速器在国内乘用车变速器市场中的占比逐年攀升。湿式离合器工作过程中摩擦副滑摩产生大量摩擦热,摩擦副油槽中冷却润滑油带走一部分热量,其余热量被摩擦副吸收导致其温度急剧升高,并且容易出现摩擦因数衰退、表面烧灼、局部或整体变形等热失效现象,降低了湿式离合器的工作性能以及热可靠性,从而影响变速器系统的换挡性能和寿命。本
党的十九大报告指出,我国经济已由高速增长阶段转向高质量发展阶段。十九届五中全会明确,构建高质量发展的国土空间布局和支撑体系,推动共建“一带一路”高质量发展。这对于城市规划设计服务行业来说,既是机遇,也是挑战。UPD是一家年轻的城市规划设计研究院,主要承担西部地区及全国的国土空间规划以及各类城乡规划设计与咨询服务。拥有较多的政府资源,同时也承担着较大的社会责任。目前,从UPD的经济效益来看其发展状况
型材在生产及运输过程中容易出现弯曲缺陷,常常需要进行矫直以改善平直度。利用数值模拟可以节省矫直工艺开发的成本。多辊矫直的模拟通常采用拉格朗日网格,存在型材较长时网格数量多、辊轮与型材接触处理效率低等问题。因此,本文提出一种基于欧拉网格的多辊矫直数值模拟的新方法:只对矫直机跨内空间进行网格剖分,网格数量更少;工件与辊轮的接触转变为工件的边条件,不必引入接触算法;方便建立变曲率、变截面参数的工件模型,