国产日韩欧美一区二区三区三州_亚洲少妇熟女av_久久久久亚洲av国产精品_波多野结衣网站一区二区_亚洲欧美色片在线91_国产亚洲精品精品国产优播av_日本一区二区三区波多野结衣 _久久国产av不卡

?

基于Taylor桿的Ti-5553鈦合金動態(tài)特性研究

2015-11-19 05:57杜文文王琳趙登輝智茂盛徐欣
兵工學報 2015年9期
關(guān)鍵詞:屈服鈦合金加速度

杜文文,王琳,趙登輝,智茂盛,徐欣

(1.北京理工大學材料學院,北京100081;2.北京理工大學沖擊環(huán)境材料技術(shù)國家級重點實驗室,北京100081;3.中國兵器工業(yè)標準化研究所,北京100089)

基于Taylor桿的Ti-5553鈦合金動態(tài)特性研究

杜文文1,2,王琳1,2,趙登輝3,智茂盛1,2,徐欣1,2

(1.北京理工大學材料學院,北京100081;2.北京理工大學沖擊環(huán)境材料技術(shù)國家級重點實驗室,北京100081;3.中國兵器工業(yè)標準化研究所,北京100089)

利用Taylor桿沖擊實驗與數(shù)值模擬方法研究了Ti-5553鈦合金在高應(yīng)變率沖擊下的動態(tài)行為。Ti-5553合金在兩種熱處理工藝處理后獲得了不同準靜態(tài)力學性能的等軸組織和雙態(tài)組織。在泰勒桿沖擊實驗的基礎(chǔ)上,應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA有限元分析軟件研究了材料參數(shù)屈服強度值σs和失效應(yīng)變值εf的變化對Taylor桿沖擊能量、速度、加速度等過程參量和沖擊結(jié)果的影響,將σs值設(shè)定為1 170~1 400 MPa,εf設(shè)定為0.1~0.8.研究結(jié)果表明:屈服強度值的變化對沖擊前后能量、速度、加速度的改變量影響較小。隨著屈服強度值的增大,沖擊過程中能量、速度、加速度的變化速率有所增加,沖擊后試樣的應(yīng)變量減小;失效應(yīng)變值的變化對沖擊過程量有明顯影響;對等軸組織鈦合金,εf<0.7時,隨著失效應(yīng)變值的增大,能量、速度、加速度的變化速率逐漸增大,試樣沖擊后幾乎無回彈現(xiàn)象;當εf≥0.7時,過程參量曲線全部重合,試樣沖擊后有明顯回彈現(xiàn)象;當設(shè)定εf=0.75和εf=0.35時,等軸組織和雙態(tài)組織鈦合金分別符合真實Taylor桿沖擊變形特征。

固體力學;Ti-5553合金;Taylor桿;屈服應(yīng)變;失效應(yīng)變

0 引言

鈦合金因具有低密度、比強度高、沖擊韌性好等優(yōu)點,在航空、航天、電子等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用,其應(yīng)用水平也成為衡量一個國家航空航天水平的先進程度和反映一個國家的軍事實力的重要指標[1]。1996年美國波音公司和俄羅斯VSMPO在BT22鈦合金的基礎(chǔ)上共同研制出了新型亞穩(wěn)態(tài)近β鈦合金Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr-0.5Fe(Ti5553)鈦合金[2]。Ti-5553除具有傳統(tǒng)鈦合金的優(yōu)點外,還具有淬透性好、可加工工藝范圍寬等優(yōu)點,受到了航空航天及軍工領(lǐng)域的青睞,同時它的加工工藝及力學性能也得到了學者的廣泛關(guān)注[3]。趙登輝等采用霍普金森桿和Taylor桿加載的方式研究了Ti-5553的動態(tài)力學性能[4]。徐峰等[5]、王華等[6]將加工工藝對Ti-5553合金的性能影響進行了研究。

Taylor桿沖擊實驗是由Taylor研究的柱形彈體對半無限剛性靶體的垂直沖擊過程,最初的設(shè)計目的是用來確定材料的動態(tài)屈服強度[7]。Taylor桿實驗由于其具有較高的應(yīng)變率范圍(在104s-1以上)和簡單、高效、重復(fù)性好等優(yōu)點,逐漸成為在高應(yīng)變率沖擊載荷下研究材料性能的常用方法之一[8]。陳剛等對45鋼的Taylor沖擊實驗的各種破壞特征和破壞模式進行了數(shù)值模擬研究[9-10]。Joseph等[11]、呂劍等[12]探討了Taylor桿沖擊實驗在材料動態(tài)本構(gòu)關(guān)系確認和優(yōu)化方面的應(yīng)用。Stevens采用軸對稱的數(shù)值模擬方法研究了材料在Taylor桿沖擊過程中表現(xiàn)出來的絕熱剪切現(xiàn)象[13]。Ren等研究了鈦合金在Taylor桿沖擊實驗中所表現(xiàn)出的動態(tài)斷裂行為和沖擊端面的組織特征[14]。但目前很少研究針對于應(yīng)用數(shù)值模擬方法找出影響Taylor桿沖擊實驗的關(guān)鍵因素。谷長春等在對彈丸侵徹靶板進行數(shù)值模擬研究時,提出了通過修改實例模型參數(shù),諸如彈速、彈頭形狀和材料參數(shù)等,找出影響防護工程中防護強度或穿甲過程中穿透力大小的關(guān)鍵因素[15]。這種單個因素影響分析方法同樣也可以應(yīng)用在Taylor桿沖擊實驗的研究中。

本文在Taylor桿沖擊實驗基礎(chǔ)上,應(yīng)用ANSYS/LS-DYNA有限元模擬軟件對沖擊過程進行模擬,基于材料性能和失效判據(jù),變化實例中的參數(shù):屈服強度σs值和失效應(yīng)變εf值,分析這兩個材料參數(shù)對Ti-5553鈦合金在Taylor桿沖擊實驗的影響,從而為鈦合金在防護和穿甲設(shè)計過程中的參數(shù)優(yōu)化提供理論依據(jù),節(jié)約設(shè)計成本。

1 實驗過程與材料描述

1.1 Taylor桿沖擊實驗

Taylor桿沖擊實驗在中北大學進行,實驗系統(tǒng)主要由彈體發(fā)射器、長圓柱形彈體和剛性靶等部分組成,實驗示意圖如圖1所示。試樣發(fā)射裝置為φ9 mm滑膛槍,槍口速度在100~400 m/s范圍,彈速由裝藥量準確控制。靶板為400 mm×400 mm×50 mm長方體的603裝甲防彈鋼,沖擊時為了確保彈體與靶板垂直沖擊需調(diào)整靶姿態(tài)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)試樣在較低的沖擊速度下(v<150 m/s)著靶時有輕微的傾斜,容易造成試樣局部首先著靶發(fā)生斷裂。當試樣沖擊速度大于150 m/s時,試樣的沖擊狀態(tài)保持為垂直沖擊,樣品變形結(jié)果具有較好的對稱性,因此本次實驗選擇的沖擊速度為150~300 m/s.選用的材料是兩種熱處理工藝的Ti-5553合金,簡稱R1和R2,熱處理工藝和材料參數(shù)見表1[4],沖擊結(jié)束后將試樣回收觀察。

圖1 Taylor桿實驗系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic diagram of Taylor bar impacting system

表1 R1、R2熱處理工藝和材料參數(shù)Tab.1 Heat treatment procedures and material parameters of R1 and R2 alloys

1.2 Taylor桿沖擊實驗ANSYS/LS-DYNA數(shù)值模擬

觀察回收Taylor桿實驗后試樣,沖擊狀態(tài)保持為垂直沖擊,沖擊結(jié)果具有較好的對稱性。為了能在清楚描述Taylor桿實驗沖擊過程的前提下提高計算效率,本文選擇四節(jié)點矩形軸對稱PLANE162 2D固體單元對試樣進行建模,將實際上的三維問題簡化為二維問題。建模完成后將試樣半徑50等分,軸向200等分,因而每個單元尺寸為78 mm×125 μm,如圖2所示。鈦合金沖擊靶板速度設(shè)置為150~300 m/s.

圖2 Taylor沖擊數(shù)值模擬的軸對稱網(wǎng)格劃分模型Fig.2 Axial-symmetry meshing model for Taylor numerical simulation

為研究屈服強度與失效應(yīng)變兩個關(guān)鍵因素對鈦合金沖擊過程和結(jié)果的影響,本文以R1和R2真實材料參數(shù)和實際沖擊情況為基礎(chǔ),采用單一變量方法,在一定范圍內(nèi)合理變化屈服強度和失效應(yīng)變的值,進行數(shù)值模擬研究。分別設(shè)置材料模型的屈服強度取值范圍為1 170~1 400 MPa,失效應(yīng)變?nèi)≈捣秶鸀?.1~0.8.

數(shù)值模擬中采用Plastic-Kinematic材料模型來描述Ti-5553鈦合金的力學性能。該模型可分別描述各向同性和動態(tài)硬化或是二者結(jié)合對材料動態(tài)行為的影響。材料系數(shù)β的取值范圍為0~1,它的大小決定了各向同性和動態(tài)硬化對材料性能的影響程度。當取β=0時,只有動態(tài)硬化對材料性能有影響,當β=1時,只有各向同性硬化對材料性能產(chǎn)生影響。屈服應(yīng)力值可以通過Cowper-Symonds模型中的應(yīng)變率相關(guān)因素來決定,具體形式為

式中:σ0為原始屈服應(yīng)力;為應(yīng)變率;C和P為 Cowper-Symonds的應(yīng)變率系數(shù);為有效塑性應(yīng)變值;EP為塑性應(yīng)變模量,由公式?jīng)Q定,其中Etan為剪切模量,E為彈性模量。表2給出了數(shù)值模擬中R1、R2的相關(guān)模型參數(shù)。

表2 R1、R2材料模型參數(shù)Tab.2 Material model parameters of R1 and R2 alloys

該模擬采用拉格朗日增量算法,603靶板由于在Taylor桿試樣沖擊過后沒有塑性變形可看作剛性靶板,使用*RIGIDWALL-PLANAR關(guān)鍵字進行定義。

2 結(jié)果與分析

2.1 屈服強度值對Taylor桿沖擊的影響

以R1和R2材料模型參數(shù)為基準,變化沖擊試樣材料參數(shù)的σs值,分別為1 170 MPa、1 276 MPa、1 400 MPa.為了讓材料一直保持在塑性變形階段,假設(shè)材料在沖擊過程中不存在失效斷裂情況。以v=239 m/s沖擊靶板為例,利用LS-DYNA提供的LS-PREPOST后處理器得到了沖擊過程中的能量、速度、加速度-時間歷程曲線。

圖3給出了不同屈服強度值下Taylor桿沖擊過程中能量、速度和加速度隨時間變化曲線。由圖3(a)可得,當3個試樣以相同速度沖擊靶板時,3條曲線變化規(guī)律一致,能量損耗量與試樣的屈服強度值無明顯關(guān)系。能量曲線變化的速率隨所設(shè)定的屈服強度值的增加而增加。圖3(b)中3條速度曲線的變化趨勢基本一致,均由開始的v=239 m/s以一定的速率降低至0 m/s,后反方向增加達到定值,即開始發(fā)生回彈。沖擊后σs=1 170 MPa的試樣回彈速度為30.1 m/s.σs=1 400 MPa的試樣回彈速度為32.3 m/s.說明屈服強度值的增大對最終試樣的回彈速度有一定影響。屈服強度越大的試件開始回彈所需時間的越短,速度的變化率越大。

圖3 不同屈服強度值下Taylor桿沖擊過程參量隨時間變化曲線Fig.3 Parameters of Taylor bar impacting process vs.time under different yield stresses

從圖3(c)中可以看出,以相同速度沖擊,不同屈服強度對應(yīng)的3條曲線在沖擊過程中加速度變化趨勢基本一致。在開始的2 μs內(nèi)加速度急劇下降,2 μs后速度緩慢上升,約在11 μs后σs=1 400 MPa的曲線對應(yīng)的加速度值最先下降,且下降速率最快,最先到達0值。σs=1 170 MPa的曲線對應(yīng)的加速度值在15 μs時下降。可見屈服強度值越大的試樣,沖擊過程中加速度值越大,回彈過程中加速度變化速率越快。

由圖4可以看出,屈服強度值的變化對試樣的最終變形規(guī)律無明顯影響。隨著屈服強度值的增大,試樣變形部分各區(qū)域?qū)?yīng)的應(yīng)變量值依次減小。

圖4 不同屈服強度值下試樣最終應(yīng)變云圖(v=239 m/s)Fig.4 Strain nephogram of the projectiles with different yield stresses at 239 m/s

2.2 失效應(yīng)變值對Taylor沖擊的影響

以R1材料模型參數(shù)為基準,變化沖擊試樣材料參數(shù)中的失效應(yīng)變值為0.1、0.3、0.5、0.7、0.8,取值范圍依據(jù)真實材料的應(yīng)變和數(shù)值模擬中單元格失效判據(jù)。以v=239 m/s沖擊靶板為例,得到了5個失效應(yīng)變下材料變形結(jié)束時的應(yīng)變云圖和沖擊過程中的能量、速度、加速度時間歷程曲線。

利用單元刪除技術(shù)模擬Taylor桿的破碎,即當單元變形量超過所設(shè)定的失效應(yīng)變時,認為該單元材料破壞,單元承載能力為0,從而刪除相應(yīng)單元。由圖5可知,隨著εf值增大,變形結(jié)束后試樣的剝落面積逐漸減小,試樣剩余長度增大。當εf≥0.7時,試樣幾乎不再剝落,只存在塑性變形現(xiàn)象。

圖5 不同失效應(yīng)變下變形結(jié)束時的應(yīng)變云圖(v=239 m/s)Fig.5 Strain nephograms of the projectiles with different failure strains at 239 m/s

圖6(a)和圖6(b)分別給出了在設(shè)置不同失效應(yīng)變時,試樣能量、速度在沖擊過程中的變化曲線。由圖6可見,當εf分別為0.1、0.3、0.5時,對應(yīng)的能量和速度曲線分別在某一時刻下降速度變小。而下降速度變化點的出現(xiàn)時間隨著失效應(yīng)變的增大而增大。失效應(yīng)變值大于或等于0.7的能量、速度曲線重合并一直以初始速率降低。隨著失效應(yīng)變的減小,能量值和速度值減小到0所需的時間越來越長。εf<0.7的試樣沖擊后剩余能量值幾乎為0,沒有回彈現(xiàn)象。而εf≥0.7的試樣剩余能量約為0.45 J,并以30.1 m/s的速度回彈。

圖6 不同失效應(yīng)變下Taylor桿過程參量隨時間變化曲線(v=239 m/s)Fig.6 Parameters of Taylor bar impacting process vs.time under different failure strains at 239 m/s

由圖7可以看出,不同失效應(yīng)變所對應(yīng)的加速度變化曲線在整個沖擊過程中所表現(xiàn)出的變化規(guī)律一致。沖擊開始時,5條曲線以相同的速度下降到某定值后經(jīng)過一定的波動期,最終加速度降為0 m/s2.隨著失效應(yīng)變的增加,加速度曲線波動開始的時間變長,波動期持續(xù)的時間變短,曲線波動的速率變大,最終到達0 m/s2所需的時間減小。

圖7 不同失效應(yīng)變下Taylor桿加速度隨時間變化曲線(v=239 m/s)Fig.7 Acceleration of Taylor bar impacting vs.time under different failure strains at 239 m/s

3 Taylor沖擊模擬與實驗結(jié)果對比

由上文分析可知,失效應(yīng)變值的改變對數(shù)值模擬結(jié)果影響更大。Rosenberg等[16]指出,當對高強度鋼彈體設(shè)置合理的失效應(yīng)變值時,將會提高數(shù)值模擬結(jié)果和真實實驗結(jié)果的吻合性。本文通過設(shè)置失效應(yīng)變εf值來模擬鈦合金Taylor桿沖擊的真實變形破壞情況。

本文應(yīng)用R1和R2的靜態(tài)拉伸實驗數(shù)據(jù)曲線初步確定失效應(yīng)變值范圍,但是拉伸實驗得到的斷裂應(yīng)變不能直接用作數(shù)值計算,需要結(jié)合實際沖擊情況和數(shù)值模擬中劃分網(wǎng)格的大小進行校驗。

數(shù)值模擬中材料的最大失效應(yīng)變εf與材料拉伸實驗得到的工程斷裂應(yīng)變εE之間的關(guān)系表示如下:

式中:α為修正系數(shù)(α>1),網(wǎng)格劃分越小,α值越大,同時也越接近真實失效應(yīng)變值[17]。其中工程應(yīng)力應(yīng)變與真實應(yīng)力應(yīng)變之間的關(guān)系為σT=σE(1+ εE),εT=ln(1+εE).表3說明了R1和R2失效應(yīng)變值的修正,并將修正后的失效應(yīng)變值代入到接下來的數(shù)值模擬中。

表3 R1和R2失效應(yīng)變值的修正Tab.3 Revision of failure strains about R1 and R2 alloys

表4和圖8給出了當R1和R2分別設(shè)定失效應(yīng)變值為0.75和0.35時,數(shù)值模擬結(jié)果和實驗結(jié)果的數(shù)據(jù)對比和形貌結(jié)果對比示意圖。從表4中可以看出,最后變形高度和最終沖擊端直徑的數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果的平均誤差為4%左右。圖8(b)中R1的實驗和數(shù)值模擬的最終形貌均為頭部墩粗,且緩慢過渡到未變形部分,二者變形特征一致。圖8(c)中R2的沖擊結(jié)果為頭部崩斷,未剝落部分也存在著一定量的墩粗變形,對應(yīng)放大的模擬網(wǎng)格示意圖中撞擊端面網(wǎng)格明顯剝落,剩余部分頭部網(wǎng)格扭曲變形,整體長度明顯變短。因此基于材料真實斷裂情況所設(shè)定的失效應(yīng)變值可以反映實際Taylor桿沖擊實驗的變形特征。

表4 R1和R2數(shù)值模擬值與實驗值比較Tab.4 Comparison between numerical simulation and experimental results of R1 and R2

圖8 Taylor沖擊后數(shù)值模擬與實驗結(jié)果形貌對比示意圖Fig.8 Comparison between experimental and simulation results

為了驗證失效應(yīng)變數(shù)值選取的準確性對于模擬結(jié)果的影響,圖9給出了在沖擊速度為239 m/s時,當假設(shè)交換R1和R2的真實失效應(yīng)變值,即設(shè)定R1的失效應(yīng)變值為0.35,R2的失效應(yīng)變值為0.75時,數(shù)值模擬所得的Taylor沖擊結(jié)束后網(wǎng)格示意圖。圖9(a)所示的Taylor桿試樣頭部崩斷,長度變短,圖9(b)所示的Taylor桿試樣頭部墩粗。將圖9與圖8對比可以看出:圖9與R1和R2真實實驗結(jié)果嚴重不符。說明εf值的大小對于Taylor沖擊后試樣變形情況影響較大。

圖9 Taylor沖擊結(jié)束后網(wǎng)格示意圖Fig.9 Grid graph after Taylor impacting

4 結(jié)論

本文以等軸組織和雙態(tài)組織Ti-5553合金的真實材料模型為基礎(chǔ),通過對屈服強度值σs和失效應(yīng)變值εf的合理改變,研究了σs和εf對Taylor沖擊結(jié)果和過程中的能量、速度及加速度變化情況的影響。通過模擬結(jié)果與實驗結(jié)果可以看出:

1)當設(shè)定材料的屈服強度變化范圍為1 170~1 400 MPa時,屈服強度值的變化對沖擊后試樣變形規(guī)律和過程參量(能量、速度、加速度)影響較小。

2)當材料失效應(yīng)變?nèi)≈?.1~0.8時,其值的變化對Taylor沖擊結(jié)果和沖擊過程參量有較大影響。當εf<0.7時,隨著失效應(yīng)變的增大,過程參量的變化率也增大。當εf≥0.7時,過程參量變化曲線幾乎重合。

3)沖擊速度在150~300 m/s時,模擬結(jié)果可反映實際沖擊的變形特征,當分別設(shè)定εf=0.75和εf=0.35時,等軸組織和雙態(tài)組織鈦合金的模擬結(jié)果可描述真實Taylor桿變形特征。

[1] 趙永慶.國內(nèi)外鈦合金研究的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].中國材料進展,2010,29(5):1-8. ZHAO Yong-qing.Current situation and development trend of titanium alloys[J].Materials China,2010,29(5):1-8.(in Chinese)

[2] Jones N G,Dashwood R J,Jackson M,et al.β phase decomposition in Ti-5Al-5Mo-5V-3Cr[J].Acta Materialia,2009,57(5): 3830-3839.

[3] 智茂盛.新型近βTi-5553合金組織結(jié)構(gòu)與動態(tài)力響應(yīng)的研究[D].北京:北京理工大學,2013:1-2. ZHI Mao-sheng.Dynamic response and microstructure of a new near-beta Ti-5553 alloy[D].Beijing:Beijing Institute of Technology,2013:1-2.(in Chinese)

[4] 趙登輝,王琳,智茂盛,等.高應(yīng)變率加載下新型近βTi-5553合金的組織結(jié)構(gòu)與力學性能[J].中國體視學與圖像分析,2013,18(4):356-360. ZHAO Deng-hui,WANG Lin,ZHI Mao-sheng,et al.Microstructures and mechanical properties of near-beta Ti-5553 alloy under high strain rate loading[J].Chinese Journal of Stereology and Image Analysis,2013,18(4):356-360.(in Chinese)

[5] 徐鋒,計波,朱益籓,等.加工工藝對Ti5553合金等溫鍛件力學性能和顯微組織的影響[J].中國有色金屬學報,2010,20(1):100-103. XU Feng,JI Bo,ZHU Yi-fan,et al.Effect of process routes on mechanical properties and microstructure of Ti5553 isothermal forgings[J].The Chinese Journal of Nonferrous Metals,2010,20(1):100-103.(in Chinese)

[6] 王華,代光華.一種提高Ti5553合金綜合性能的熱加工方法[J].鈦工業(yè)進展,2014,31(1):32-34. WANG Hua,DAI Guang-hua.A thermal processing method of improving comprehensive performance of Ti5553 alloy[J].Titanium Industry Progress,2014,31(1):32-34.(in Chinese)

[7] Taylor G I.Theuse of flat-ended projectiles for determining dynamic yield stress.Ⅰ.theoretical considerations[J].Proceedings of Royal Society,1948,194(1038):289-299.

[8] Rohr I,Nahme H,Thoma K,et al.Material characterisation and constitutive modelling of a tungsten-sintered alloy for a wide range of strain rates[J].International Journal of Impact Engineering,2008,35(8):811-819.

[9] 陳剛,陳小偉,陳忠富,等.A3鋼鈍頭彈沖擊45鋼板破壞模式的數(shù)值分析[J].爆炸與沖擊,2007,27(5):390-397. CHEN Gang,CHEN Xiao-wei,CHEN Zhong-fu,et al.Simulations of A3 steel blunt projectiles impacting 45 steelplates[J].Explosion and Shock Waves,2007,27(5):390-397.(in Chinese)

[10] 陳剛,陳忠富.45鋼Taylor沖擊變形的數(shù)值模擬[C]∥中國力學學會2009學術(shù)大會論文摘要集.北京:中國力學學會,2009:1-8. CHEN Gang,CHEN Zhong-fu.Numerical simulation of the 45 steel deformation under Taylor impact[C]∥2009 China Mechanics Academic Congress.Beijing:the Chinese Society of Theoretical and Applied Mechanics,2009:1-8.(in Chinese)

[11] Joseph C,Martin G,Wilson L.The use of the Taylor test in exploring and validating the large strain.high strain rate constitutive response of materials[C]∥Proceedings of the Conference of the American Physical Society Topical Group on Shock Compression of Condensed Matter.Atlanta,Georgia,US:American Institute of Physics,2002:1318-1322.

[12] 呂劍,何穎波,田常津,等.泰勒桿實驗對材料動態(tài)本構(gòu)參數(shù)的確認和優(yōu)化確定[J].爆炸與沖擊,2006,26(4):339-344. LYU Jian,HE Ying-bo,TIAN Chang-jin,et al.Validation and optimization of dynamic constitutive model constants with Taylor test[J].Explosion and Shock Waves,2006.26(4):399-344.(in Chinese)

[13] Stevens J B.Finite element analysis of adiabatic shear bands in impact and penetration problems[D].Virginia:Virginia Polytechnic Institute and State University,1996.

[14] Ren Y,Tan C W,Zhang J,et al.Dynamic fracture of Ti-6Al-4V alloy in Taylor impact test[J].Transaction of Nonferrous Metals Society of China,2011,21(2):223-235.

[15] 谷長春,石明全.基于ANSYS/LS-DYNA的高速碰撞過程的數(shù)值模擬[J].系統(tǒng)仿真學報,2009,21(15):4621-4624. GU Chang-chun,SHI Ming-quan.Numerical simulation of highvelocity impact with ANSYS/LS-DYNA[J].Journal of System Simulation,2009,21(15):4621-4624.(in Chinese)

[16] Rosenberg Z,Dekel E.Terminal ballistics[M].Berlin:Springer,2009:130-200.

[17] 陳永念,譚家華.數(shù)值仿真中單元密度對材料失效應(yīng)變的影響[J].船海工程,2007,36(6):1-3. CHEN Yong-nian,TAN Jia-hua.Mesh sensitivity of element failure strain in numerical simulation[J].Ship and Ocean Engineering,2007,36(6):1-3.(in Chinese)

Study of the Dynamic Behaviors of Ti-5553 Alloy Based on Taylor Bar Impacting Test

DU Wen-wen1,2,WANG Lin1,2,ZHAO Deng-hui3,ZHI Mao-sheng1,2,XU Xin1,2
(1.School of Materials Science and Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China;2.National Key Laboratory of Science and Technology on Materials under Shock and Impact,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China;3.China Ordnance Industrial Standardization Research Institute,Beijing 100089,China)

The dynamic behaviors of Ti-5553 alloy under high strain rate are investigated by Taylor bar impact test and numerical simulation.Ti-5553 alloy achieves equal-axis microstructure and duplex microstructure with different mechanical properties after it is processed through two kinds of heat treatment processes.By means of numerical simulation with ANSYS/LS-DYNA software,the influences of yield stress σsand failure strain εfon the processing parameters and impact results,such as kinematic energy,velocity and acceleration,are studied on the base of Taylor bar impact tests.The yield stress is set to 1 170~1 400 MPa and the failure strain is set to 0.1~0.8.The experimental and numerical simulation results demonstrate that the value of yield stress has little influence on kinetic energy,velocity and acceleration during the Taylor impacting test.The higher the yield stress is,the lower the final strain of projec-tile is.The changing rates of energy,velocity and acceleration improve slightly.For Ti-5553 alloy with the equal-axis microstructure,the changing rates of energy,velocity and acceleration increase with strain rate for εf<0.7,and the projectile has no spring back.For εf≥0.7,the curves of processing parameters coincide with each other and the projectiles spring back.When failure strains are defined as 0.75 and 0.35 for the equal-axis and duplex microstructure alloys,respectively,the numerical simulation results are in good accordance with the actual Taylor experimental results.

solid mechanics;Ti-5553 alloy;Taylor bar;yield stress;failure strain

TG115.5

A

1000-1093(2015)09-1750-07

10.3969/j.issn.1000-1093.2015.09.021

2014-05-20

杜文文(1991—),女,碩士研究生。E-mail:bitwwd@163.com;王琳(1971—),女,副教授,博士。E-mail:linwang@bit.edu.cn

猜你喜歡
屈服鈦合金加速度
“鱉”不住了!從26元/斤飆至38元/斤,2022年甲魚能否再跑出“加速度”?
牙被拔光也不屈服的史良大律師秘書
鈦合金耐壓殼在碰撞下的動力屈曲數(shù)值模擬
TC4鈦合金擴散焊接頭剪切疲勞性能研究
鈦合金材料高效切削工藝性能研究
天際加速度
The Classic Lines of A Love so Beautiful
創(chuàng)新,動能轉(zhuǎn)換的“加速度”
死亡加速度
超聲沖擊電弧增材制造鈦合金零件的各向異性研究