收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

铝基复合材料在高速粒子撞击作用下的损伤行为

朱德智  
【摘要】:本文以舱外航天服等微型航天器空间碎片防护为背景,设计并制备了2D-fibers/5A06和TiB2/2024复合材料及其复合结构。利用二级轻气炮、分离式霍普金森压杆(SHPB)、光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)和高分辨电镜(HREM)等多种手段系统地研究了复合材料薄靶在2.5km/s速度下,粒子直径为0.8~2.0mm撞击时的抗高速撞击能力、靶板宏观损伤特征及其微观组织演变规律,并提出了复合结构材料的设计思路。 在高速撞击作用下,2D-fibers/5A06复合材料薄靶的宏观损伤由粒子侵彻穿深和背面崩落构成。(2D-Tif)/5A06复合材料靶板破坏以侵彻穿深为主,背面产生了带裂纹的鼓包或发生略微崩落;(2D-M40f)/5A06复合材料以背面崩落损伤为主,且随着粒子直径的增加崩落损伤区的直径不断增大。 (2D-Tif)/5A06复合材料在绝热温升影响作用下弹坑区域组织发生了相变,复合材料界面的TiAl扩散层形成TiAl非晶层及非晶-微晶-多晶-β-Ti的过渡带。高强韧Ti纤维的加入起到了承载和吸能作用,有效减缓了基体合金的变形,抑制了绝热剪切带的形成。(2D-M40f)/5A06复合材料在高速粒子撞击作用下在M40纤维内部形成了大量裂纹,其片层状结构受到损伤。因M40纤维和基体合金二者之间的变形失配和低的层间结合强度,在压缩波和反射拉伸波的作用下,复合材料表现出分层损伤和崩落破坏。两种复合材料的基体合金在高速粒子撞击下被严重挤压变形,形成高密度的位错以及非晶和微晶。在远离弹坑部位,基体合金变形减小,缺陷以微裂纹和微孔洞为主。 TiB2/2024复合材料薄靶的主要损伤特征为背面崩落。随着增强相含量的增加,TiB2/2024复合材料抗粒子侵彻穿深能力提高,使得靶板正面坑宽和坑深尺寸不断减小;同时也导致了复合材料抗崩落能力的下降,使得背面崩落损伤区直径不断增加。 在分离式Hopkinson压杆压缩时(应变率:1×103~2×103s-1),TiB2/2024复合材料的流变应力随着应变率的增加呈现先增大后减小的趋势。在高应变率压缩过程中,复合材料剪切面上形成绝热剪切带,表现为熔融铝相变带,其形成机理与塑性变形局域化有关。铝基复合材料中绝热剪切带的演变规律为:随着增强相含量和应变率敏感性增加,逐渐由形变带向相变带转变。TiB2/2024复合材料表现出混合断裂特征,包括颗粒的断裂和铝合金基体软化/熔化。随着应变率的增加,复合材料逐渐由脆性断裂失稳破坏发展为流变应力软化诱发的动态失稳破坏。 复合材料的抗撞击能力与纤维的强塑性相关,同时还与增强相的连续性相关。高强韧Ti纤维的加入有助于提高基体合金的抗撞击能力,而高模量M40纤维的加入却降低了基体合金的抗撞击能力。本文提出采用平均吸能性能来评价不同破坏特征的复合材料的抗高速撞击能力,在2.5km/s条件下,几种复合材料的抗高速撞击能力高低顺序为: (2D-Tif)/5A06、TiB2/2024、5A06、(2D-M40f)/5A06。本文提出了复合结构的设计思路,即高低阻抗材料层叠排布且低阻抗材料置于靶板后部的结构,并进行了初步的实验验证。结果表明几种复合结构的抗高速撞击能力优于相应的复合材料,其防护性能高低顺序依次为(TiB2/2024+Al)结构、((2D-M40f)/5A06+Al)结构、((2D-M40f+2D-Tif)/5A06)结构。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 张宝友,甄良,李国爱,林琛;不同组织状态TC4合金靶材损伤行为的研究[J];宇航材料工艺;2004年05期
2 刘新芹,王富耻,王琳,路永胜;钢中绝热剪切带的动态损伤演化[J];兵器材料科学与工程;2004年03期
3 李强,马常祥,赖祖涵;30CrNi3MoV钢绝热剪切带中微观组织的演变[J];钢铁研究学报;1996年01期
4 张立斌;国外碳化硅增强铝基复合材料的发展和近况[J];宇航材料工艺;1990年02期
5 倪俊芳,蔡建国,韩荣第;铝基复合材料的钻削及攻丝加工试验[J];上海交通大学学报;1997年09期
6 段春争,王敏杰;切削高强度结构钢形成的绝热剪切带微结构观察[J];大连理工大学学报;2004年02期
7 ;铝基复合材料[J];轻合金加工技术;1984年03期
8 张蕾,侯金保,郭伟,牛济泰;SiCp/101铝基复合材料铜中间层TLP[J];航空制造技术;2003年12期
9 朱秀荣,王荣,费良军,童文俊,徐永东;梯度铝基复合材料层间结合强度研究[J];宇航材料工艺;2000年06期
10 周琪,单联洁;铝基复合材料在惯性平台结构件中的应用[J];航天工艺;2001年03期
11 冯锋永,杜永平,韩建民,李康;铝基复合材料对铜基粉末冶金材料的摩擦磨损特性[J];铁道机车车辆;2005年01期
12 李强,马常祥,赖祖涵;30MnCrNiMoB钢高速冲击绝热剪切带中的周期结构[J];东北大学学报(自然科学版);1995年04期
13 孙立;;复合材料电线[J];航空维修与工程;2008年05期
14 纪士辰,王国志,赵惠田;流变铸造与铝基复合材料[J];机械工程材料;1984年04期
15 欧阳柳章,罗承萍,隋贤栋,骆灼旋;Al_2(SO_4)_3反应生成Al_2O_3弥散增强铝基复合材料组织与性能研究[J];机械工程材料;2000年03期
16 齐海波,樊云昌,丁占来;轿车用铝基复合材料制动盘的制备[J];石家庄铁道学院学报;2000年01期
17 贺春林,刘常升,国玉军,才庆魁;SiC_p/2024Al铝基复合材料及其阳极氧化膜的腐蚀行为[J];东北大学学报(自然科学版);2001年04期
18 启明;铝基复合材料用作轻型坦克履带[J];金属功能材料;2004年04期
19 段春争,王敏杰;30CrNi_3MoV钢锯齿形切屑中绝热剪切带的微结构特征[J];机械工程材料;2004年10期
20 羡梦梅;铝合金靶板中绝热剪切现象与抗弹性能的关系[J];兵工学报;1983年03期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 欧阳求保;王文龙;张曾祜;张国定;李瑞祥;;铝基复合材料太阳能桁架部件的研制[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
2 陈国钦;孙东立;张强;姜龙涛;武高辉;;冷热循环处理对铝基复合材料热膨胀行为的影响[A];复合材料:生命、环境与高技术——第十二届全国复合材料学术会议论文集[C];2002年
3 宋仁国;;铝基复合材料焊接技术的发展动向[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
4 许晓静;陈康敏;戴峰泽;蔡兰;;SiC_p/LD2铝基复合材料的超塑性[A];江苏省机械工程学会第六次会员代表大会论文集[C];2002年
5 严红革;陈振华;陈刚;;大尺寸铝基复合材料锭坯的喷射共沉积制备技术及装置[A];科技、工程与经济社会协调发展——中国科协第五届青年学术年会论文集[C];2004年
6 朱秀荣;童文俊;费良军;王荣;;陶瓷纤维增强梯度铝基复合材料研究[A];西部大开发 科教先行与可持续发展——中国科协2000年学术年会文集[C];2000年
7 冯祖德;;铝基复合材料表面稀土防腐处理新技术[A];第十五届华东地区热处理年会暨华东地区热处理年会三十周年纪念活动论文摘要集[C];2006年
8 卓钺;杨德明;万红;费肖卿;斯永敏;杨盛良;刘海芳;;碳/铝复合材料变截面梁的研制及刚度考核[A];复合材料的现状与发展——第十一届全国复合材料学术会议论文集[C];2000年
9 伊力哈木·阿布都热依木;苏白·阿那别克;吐尔逊·斯迪克;哈丽旦·木沙;尼加提·衣米提;买买提明·艾尼;;SiC粒子的非均匀分布所引起的铝基复合材料的损伤分析[A];力学与西部开发会议论文集[C];2001年
10 杨滨;王建国;张济山;;压铸TiC/Al-9Si-1.4Cu-0.5Mg复合材料的制备和力学性能[A];第五届全国MTS材料试验学术会议论文集[C];2001年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 朱德智;铝基复合材料在高速粒子撞击作用下的损伤行为[D];哈尔滨工业大学;2009年
2 王文明;SiCp/6066Al铝基复合材料工艺优化及弹性模量的数值模拟[D];重庆大学;2006年
3 邹东利;固溶态AM60B镁合金高速撞击变形及损伤行为[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 邹茂华;离心铸造SiC颗粒局部增强铝基复合材料活塞的组织性能研究[D];重庆大学;2010年
5 谷晓燕;镁基复合材料(TiC_p/AZ91D)瞬间液相扩散连接研究[D];吉林大学;2007年
6 刘卫红;铝基复合材料瞬间液相扩散连接[D];吉林大学;2004年
7 邓小燕;SiCp/Cf增强铝基复合材料的制备和性能研究[D];兰州大学;2010年
8 郭建;合金元素及增强体表面状况对SiCp/Al复合材料界面的影响及其交互作用[D];郑州大学;2003年
9 尤振平;钛合金的显微组织与动态性能的关系研究[D];北京有色金属研究总院;2011年
10 康智涛;多层喷射共沉积制备大尺寸SiC颗粒增强铝基复合材料的工艺、设备及过程原理研究[D];中南大学;2001年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 贾海萌;SiC_p增强铝基复合材料履带板成形的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年
2 艾莹露;Al-Ni_2O_3系铝基复合材料微波合成研究[D];南京理工大学;2010年
3 刘光辉;离心铸造SiC颗粒增强铝基复合材料活塞成形及组织性能研究[D];重庆大学;2010年
4 韩媛媛;颗粒增强铝基复合材料稳定化处理过程的热应力分析[D];哈尔滨理工大学;2004年
5 华巍;碳纳米管/铝基复合材料的制备及其性能研究[D];兰州大学;2010年
6 牟余江;红柱石增强铝基复合材料的制备[D];兰州理工大学;2011年
7 曾涛;压力铸造法制备陶瓷纤维增强铝基复合材料[D];东南大学;2004年
8 郝旭红;自生颗粒增强铝基复合材料活塞成形工艺与组织性能研究[D];重庆大学;2010年
9 陈美花;SiCp/Al复合材料的制备及性能研究[D];昆明理工大学;2006年
10 李洪武;亚微米颗粒增强铝基复合材料的制备、组织与性能研究[D];中南大学;2004年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 记者史爱萍;增强铝基复合材料前景看好[N];中国有色金属报;2009年
2 王迅;江苏省铝基复合材料中心获准建立[N];中国有色金属报;2004年
3 刘蔚;提高经济运行质量迫在眉睫[N];中国改革报;2007年
4 北京航空材料研究院高级工程师 桂满昌;东西好还得做得精[N];科技日报;2001年
5 胡瑛;中铝分公司电解铝厂迈出结构调整新步伐[N];淄博日报;2010年
6 张永忠;新材料产业的“幸福时光”[N];中国有色金属报;2003年
7 保健时报特约记者 崔佳;别让孩子坐靠窗户的车位子[N];保健时报;2007年
8 刘蔚;必须控制点对面的尖锐冲击[N];中国环境报;2007年
9 方晓;美国今全面测试导弹防御系统[N];东方早报;2007年
10 成都 小英;电子管电路基础知识(六)[N];电子报;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978