205A铝合金动态断裂性能实验研究

【摘要】： 本文以航空航天工业中常用的205A铝合金材料作为研究对象,从动态断裂韧性实验、SHTB动态拉伸实验、轻气炮层裂实验三种角度研究了材料的动态断裂性能。 (1)基于分离式Hopkinson杆(SHB)加载技术设计了三点弯曲试样动态断裂韧性实验装置,分析了实验原理,建立了材料动态断裂韧性测试的实验技术。运用该技术对40Cr合金钢的动态断裂韧性测试实验,验证了该实验技术是有效可行的。测试了205A铝合金在10 m/s和15 m/s的两种弹速加载条件下的动态断裂韧性,实验结果表明该铝合金动态断裂韧性与加载率的相关性不明显。 (2)采用SHTB加载技术研究了205A铝合金的动态拉伸断裂性能,其能变率效应不明显。通过实验测得该材料动态拉伸强度为377.98 Mpa。由能量分析导出其平均动态破坏能密度为14.23MPa。 (3)利用气炮加载技术研究了205A铝合金的层裂性能,通过自由面试样回收法和PMMA背板应力波剖面法,分析了材料层裂裂纹扩展演化过程,并计算得到该材料的层裂强度为1.21 GPa。 通过分析动态断裂韧性、动态拉伸和层裂这三种断裂实验回收试样的断口微观形貌特征发现205A铝合金的动态断裂属于脆性断裂。由能量率的对比分析发现,205A材料在动态拉伸断裂实验和动态断裂韧性实验这两种不同动态加载方式下动态断裂性能是等效的。动态拉伸应力应变曲线中拉伸强度点之后的材料断裂性能与层裂的扩展过程存在内在联系。