两种合金钢动态性能与圆筒爆轰加载条件下破片特征关系研究.pdf

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1、两种合金钢动态性能与圆筒爆轰加载条件下破片特征关系研究吴昊2015年6月中图分类号：TQ028.1UDC分类号：540两种合金钢动态性能与圆筒爆轰加载条件下破片特征关系研究作者姓名吴昊学院名称材料学院指导教师王富耻教授答辩委员会主席刘颖教授申请学位工程硕士学科专业材料工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年6月Studyontherelationsbetweenthedynamicpropertiesoftwoalloysteelsandthefragmentationcharacteristicsofexplodedcyli

2、ndersCandidateName：WUHaoSchoolorDepartment:MaterialsScienceandEngineeringFacultyMentor:Prof.WANGFuchiChair,ThesisCommittee：Prof.LIUYingDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：June，2015研究成果声明本人郑重声明：所提

3、交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要杀爆弹利用炸药驱动战斗部壳体产生高速破片以杀伤目标，而破片特征与材料的动态力学性能具有密切的关系。本文针对材料动态力学性能对合金圆筒爆轰破片初速、破片数量及质量分布的影响规律开

4、展研究，以期为战斗壳体材料设计和选用提供支撑。采用分离式霍普金森压杆（SHPB）对六种不同热处理工艺下401和823合金钢实验材料在104s-1的高应变率条件下的动态强度进行了测试，并利用Johnson-Cook失效方程对每种材料的动态失效应变进行了计算，得到了六种壳体材料的动态强塑性值。进行了一系列不同动态性能壳体材料的圆筒爆轰试验，对破片的初速进行了测量，发现随着壁厚增大，破片的初速都出现了下降的趋势，而不同动态性能的壳体破片初速下降幅度不同。在相同壁厚条件下，破片初速随着材料动态强度的下降和动态塑性的提高而提高，壁厚4mm圆筒所产

5、生的破片初速受到材料动态性能的影响最大。引入材料动态强度与动态塑性参数建立了预测破片初速用Gurney修正公式，预测了不同动态性能合金钢圆筒内爆条件下的破片初速。基于LS-Dyna数值模拟软件对实验条件下不同动态性能壳体材料的爆轰过程进行模拟，计算的破片初速与实验数据吻合较好，利用该计算方法成功预测了虚拟合金钢材料（中等强度、更高塑性特征）在圆筒壁厚3mm时破片初速，为壳体的选材和材料优化设计提供了重要参考。利用图片分析的方法对爆轰破片的数量以及质量分布进行了统计，结果表明，随着材料动态塑性的提高以及壳体壁厚增大，圆筒在发生爆轰加载过程

6、中倾向于发生拉-剪混合断裂以及拉伸断裂等复杂形式的断裂，导致破片的尺寸增大，数量减少且质量分布不均。关键字：圆筒爆轰动态性能破片初速断裂模式质量分布I北京理工大学硕士学位论文AbstractTheresearchoffragmentingbehaviorofmetalcylinderunderinternalexplosiveloadinghasveryimportantvalueboththeoreticallyandpractically.Thefragmentingbehaviorofacylindricalstructureis

7、relatedtothedynamicperformanceofshellmaterialandchargeproperties.Inordertostudytherelationsbetweenpropertiesoftheexplosiveandthedynamicperformanceofshellmaterial,thispaperareasfollows:Dynamicstrengthofsix401and823steelunderdifferentheattreatmentprocessweretestedatstrainr

8、ateof104s-1byusingsplitHopkinsonpressurebar(SHPB),andthedynamicfailurestrainswerecalculatedusingJohnson