强冲击载荷下35crmnsi动态力学行为与断裂机理研究

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1、论文题目：强冲击载荷下35CrMnSi动态力学行为与断裂机理研究摘要本文以低合金超高强度钢35CrMnSi为研究对象，对其采用了二次淬火+低温回火的热处理工艺。并开展了静态力学实验、动态力学实验（SHPB）以及弹道枪撞击实验。研究了35CrMnSi的静/动态力学性能，并得到了不同应变率下的应力-应变关系。对其在强冲击载荷下的失效断裂行为和机理进行了研究。此外通过数值模拟，与实验结果进行对比，并分析得到了材料失效模式与判据。为35CrMnSi在工程上的应用提供实验基础和理论参考。通过二次淬火+低温回火的热处理之后，3

2、5CrMnSi的强度和硬度大大提高，韧性有所降低。利用SHPB实验，得到了材料在高应变率下的应力-应变关系，应变率范围从1070/s到2710/s，在SHPB实验结果的基础上拟合得到了35CrMnSi的热-粘塑性Johnson-Cook本构方程。运用弹道枪实验技术加载35CrMnSi模拟破片撞击钢板，得到了35CrMnSi在更高应变率下的失效断裂行为。结果表明，35CrMnSi破片主要的三种破坏模式为墩粗变形、剪切/拉伸断裂、复合型破坏。通过微观分析可知，35CrMnSi在强冲击载荷下的主要微观断裂机理为解离型脆性

3、断裂，并伴随着高温产物。运用有限差分程序AUTODYN对实验结果进行数值仿真验证，仿真结果表明，随着破片撞击速度与钢板厚度的增加，35CrMnSi破片的断裂行为加剧。并分析了破片的三种失效断裂模式，即墩粗变形、剪切/拉伸断裂、以及破碎断裂。分析结果表明，失效断裂区域主要集中在高应变率下的塑性变形带，断裂过程随着高温现象。断裂失效容易导致破片的侵彻阻力增加和弹道偏转，影响侵彻性能。最后通过仿真结果给出了35CrMnSi破片在强冲击载荷下的失效判据。关键词：35CrMnSi,动态力学性能,强冲击载荷,断裂机理Abstr

4、actAHigh-Strength-Low-Alloysteel35CrMnSiisselectedastheobjectofthisstudy.Itsheattreatmentsaredoublequenchingandlow-temperaturetempering.Quasi-staticandSHPBmechanicalexperimentswerecarriedouttoobtainstress-straincurveofmaterialatdifferentstrainrate.Ballisticexp

5、erimentsweremadetostudybehaviorandmechanismoffractured.Inaddition,numericalsimulationwasusedtotestandverifytheexperimentalresult.Fracturedmodeandcriterionwereobtainedbyanalyticalresult.Itprovidesexperimentalbasisandreferenceintheoryforengineeringapplicationof3

6、5CrMnSi.Usingthedoublequenchingandlow-temperaturetemperingcanimprovestrengthandhardnessofthematerial,diminishthetoughness.BasedontheSHPBexperimentaldata,stress-straincurvewasobtainedathighstrainrate.whichstrainratewasundertherangeof1070~2710/s.Johnson-Cookmode

7、lparameterswerefittedfor35CrMnSiusingSHPBexperimentaldata.35CrMnSifragmentwaslaunchedtoimpactedsteelplatebyballisticgun.Itobtainedthefailureandfracturebehaviorathigherstrainrate.Theresultshowedthatthefailuremodeof35CrMnSifragmentincludedheadingdeformation,tens

8、ile/shearcrackingandcompositefailured.Microscopicobservationshowsthatmicrocosmicfracturedmechanismwascleavagesplitting,withtheemergingofhigh-temperatureproduct.Numericalsimulationw