沖擊與準(zhǔn)靜態(tài)載荷下雙材料的斷裂行為和特性研究.pdf

1、雙材料結(jié)構(gòu)在汽車工業(yè)、制冷設(shè)備及機(jī)械制造等現(xiàn)代化產(chǎn)業(yè)中應(yīng)用越來越廣泛。這種復(fù)合結(jié)構(gòu)具有優(yōu)良的結(jié)構(gòu)特性和力學(xué)性能，它不僅具有其單一材料的優(yōu)勢(shì)，而且包含了兩種組成材料的長(zhǎng)處，體現(xiàn)其作為工業(yè)材料的應(yīng)用地位和使用價(jià)值。雙材料由于兩種組成材料的物理性能化學(xué)成分差異較大，其界面性能具有極大的優(yōu)化潛質(zhì)，一直是學(xué)者研究課題的重要方向之一。本文通過對(duì)鋁/非金屬雙材料的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，討論其界面強(qiáng)度和破壞機(jī)理;通過對(duì)T2紫銅/45＃鋼的實(shí)驗(yàn)研究、微觀表

2、征、評(píng)定驗(yàn)收和模擬計(jì)算，討論其焊縫區(qū)界面性能和力學(xué)特征，主要工作有如下。
　　(1)在強(qiáng)弱粘結(jié)試樣的對(duì)比前提下，通過拉伸實(shí)驗(yàn)得到了鋁/非金屬雙材料界面強(qiáng)度和母材的材料參數(shù)，對(duì)比分析兩種粘結(jié)雙材料界面強(qiáng)度與材料本身強(qiáng)度極限、彈性模量之間的關(guān)系與變化規(guī)律;分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果的載荷位移曲線，描述鋁/非金屬雙材料的具體破壞過程，根據(jù)界面力學(xué)理論推導(dǎo)鋁/非金屬雙材料平接接頭界面端模型和界面奇異點(diǎn)位移應(yīng)力函數(shù)，對(duì)其實(shí)驗(yàn)中的特殊情況與界面失效機(jī)理作出

3、解釋與說明，并結(jié)合斷口形貌對(duì)載荷位移曲線波動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行闡述。
　　(2)通過拉伸實(shí)驗(yàn)得到的T2紫銅/45＃鋼雙材料的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和彈性模量參數(shù);在緊湊拉伸試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，通過三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)計(jì)算分析判定出該雙材料的界面斷裂韌性。通過SEM、EDS、XRD實(shí)驗(yàn)表征焊縫區(qū)微觀結(jié)合特征和化學(xué)成分，并判斷了焊縫區(qū)存在的氣孔、微裂紋等缺陷分布位置;通過SEM實(shí)驗(yàn)判定了該雙材料拉伸斷口和三點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)斷口微觀特征和斷裂類型。結(jié)合拉伸試驗(yàn)和三點(diǎn)彎曲

4、實(shí)驗(yàn)的界面破壞特征和裂紋擴(kuò)展方向判斷準(zhǔn)靜態(tài)載荷下的T2紫銅/45＃鋼雙材料的裂紋開裂路徑與偏轉(zhuǎn)，并用強(qiáng)度失配進(jìn)行相關(guān)說明。
　　(3)根據(jù)沖擊實(shí)驗(yàn)得到的沖擊功和BS7910缺陷評(píng)定的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，驗(yàn)收T2紫銅/45＃鋼雙材料缺陷評(píng)定結(jié)果;通過SEM實(shí)驗(yàn)判定了該雙材料沖擊實(shí)驗(yàn)斷口的微觀特征和斷裂類型，得出在沖擊載荷下T2紫銅/45＃鋼雙材料的裂紋偏轉(zhuǎn)情況。
　　(4)采用XFEM方法在相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件和邊界條件下進(jìn)行T2紫銅/45＃

5、鋼雙材料的裂紋擴(kuò)展模擬，得到其裂紋擴(kuò)展路徑與偏轉(zhuǎn)方向;采用SEAM方法模擬計(jì)算了T2紫銅/45＃鋼雙材料的斷裂韌性。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果和模擬結(jié)果，說明該雙材料的界面裂紋開裂路徑和偏轉(zhuǎn)情況。
　　綜上所述，雙材料的界面斷口形貌、力學(xué)性能和破壞形式的研究結(jié)果，對(duì)提高它的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和接頭處承載力有著重要的作用。本文通過對(duì)鋁/非金屬和T2紫銅/45＃鋼雙材料的實(shí)驗(yàn)研究和理論分析，得到關(guān)于雙材料界面的失效機(jī)理和破壞形式的分析結(jié)果，為后續(xù)雙材料的進(jìn)