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钛合金在高速冲击下的抗撞击特性研究

王陆军  
【摘要】:钛合金被广泛应用于航空航天领域,对钛合金在外来物冲击下的抗撞击特性进行研究,对于飞机部件的设计与维护具有重要的工程意义,但是目前国内外对其系统研究相对较少。因此,该文以TC4钛合金为研究对象,利用试验与仿真相结合的方式研究TC4钛合金靶板被高强度金属弹以不同冲击角度冲击下的抗撞击特性,分析了弹体的头部形状、弹体的冲击角度、弹体的初始冲击速度等因素对TC4钛合金靶板抗撞击特性的影响。主要工作如下:首先,利用中国民航大学的一级轻气炮系统进行弹靶冲击试验,利用四种头部形状的弹体正冲击2mm厚度TC4钛合金靶板。通过高速摄像系统记录弹靶冲击的过程以及弹体的速度变化,利用最小二乘法拟合得出不同头部形状弹体冲击下的弹道极限速度。通过对试验现象进行分析发现,2mm厚TC4钛合金靶板抗半球形弹冲击的性能最优,其次是卵形头弹,抗平头弹冲击的性能最差。另从弹靶的冲击过程、靶板耗能以及靶板的失效模式角度进行了分析。然后,基于试验工况和JC以及HM仿真模型,利用ABAQUS仿真软件对四种弹体冲击靶板的过程进行有效性验证,通过对比试验与每种仿真模型下得到的弹体的弹道极限速度与靶板的失效模式,从而选择与试验现象最接近的仿真模型进行后续的仿真拓展研究。最后,研究了弹体的冲击角度对TC4钛合金抗冲击性能的影响。得到了不同工况下的弹道极限速度、弹靶冲击过程和失效模式与机理。结果发现,不同弹体冲击下,靶板的抗撞击性能随着弹体的冲击角度的增加呈现出不同的变化趋势。


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