zr基非晶合金力学行为及高速撞击特性

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1、硕士学位论文Zr基非晶合金力学行为及高速撞击特性MECHANICALBEHAVIORSANDHIGHVELOCITYIMPACTCHARACTERISTICSOFZr-BASEDAMORPHOUSALLOY李志林哈尔滨工业大学2015年6月国内图书分类号：V423.4+2;O347学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文Zr基非晶合金力学行为及高速撞击特性硕士研究生：李志林导师：庞宝君教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：20015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V423.4+2;

2、O347U.D.C:531DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMECHANICALBEHAVIORSANDHIGHVELOCITYIMPACTCHARACTERISTICSOFZr-BASEDAMORPHOUSALLOYCandidate：LiZhilinSupervisor：Prof.PangBaojunAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalscienceandtechnologyAffiliatio

3、n：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着人类航天活动的日益频繁，空间碎片环境持续恶化，在轨航天器所受威胁增多，因此急需提高航天器受空间碎片撞击时的防护能力，而研究航天器新型防护材料是解决这一问题的关键，本文针对日益成熟的Zr基非晶合金材料进行研究，分别利用万能试验机、分离式霍普金森压杆、二级轻气炮等实验分析工具，对Zr基非晶合金的准静态压缩性能、动态压缩行为、高速撞击损伤特性和防

4、护效果进行了研究，为Zr基非晶合金材料应用于空间碎片防护领域的工程设计提供实验依据。在准静态压缩实验过程中，基于Zr基非晶合金属于脆性材料，在材料失效时塑性变形很小，弹性模量与铝合金接近，而具有1500MPa的断裂应力，远高于铝合金材料，断裂应变为2%，材料的应变率效应并不明显。动态压缩实验中，当应变率在400-850s-1之间时，材料的断裂应力随应变率的升高有少量增加，而应变率在850-1500s-1之间，材料断裂应力随应变率升高而又略微下降，材料在动态压缩下的刚度相对于准静态实验结果偏低，断裂应变为2.5%。在研究材料受高速撞击损伤特性中，基于应力波传播理论，分析了Zr基非

5、晶材料作为Whipple防护结构的前板时三种穿孔特征尺寸随弹丸直径、弹丸速度以及防护屏厚度的增加而增大，同时总结了材料穿孔处的四种断面形貌，发现材料穿孔周围出现了环状和散射状两种裂纹以及材料断面出现了两个不同方向的层裂现象，并分析其与弹丸速度之间的联系。最后本文以Zr基非晶合金材料作为Whipple防护结构的前板，开展研究其防护性能的工作，分别定量地测量和分析四种描述后板损伤的特征参量随弹丸直径、撞击速度变化的规律，对后板损伤情况进行了描述，并根据撞击过程中所发生的物理现象给出了相应的解释。结合双层板的Christiansen撞击极限方程，计算以等面密度的2A12铝合金作为Wh

6、ipple防护结构的前板的撞击极限曲线，对比和分析两种材料的防护性能，发现Zr基非晶合金材料的防护效果更好。关键词：Zr基非晶合金；准静态压缩；动态压缩；高速撞击特性-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofhumanspaceexploring，thespaceenvironmentkeepsdeteriorating,spacecraftsonorbitarefacingmoredangers，so，itisurgenttoimprovetheprotectiveabilityofthespacecraftagainstsp

7、acedebris.Researchingthenewshieldmaterialsiscriticaltosolvetheproblem.Inthispaper,severalresearchesontheincreasinglysophisticatedZr-basedamorphousalloymaterialhasbeenconducted,equipmentoftheexperimentsincludeuniversaltestingmachine,splitHopkinsonpr