材料超高温动态拉伸SHTB实验方法的有效性分析

针对高温拉伸分离式Hopkinson杆实验技术,通过数值模拟、实验验证以及几种典型材料的高温动态拉伸性能测试相结合的方法,对此实验技术中存在的几个关键问题进行了深入研究。结果表明:对于平板状钩挂式拉伸试样,通过标距段尺寸优化后,应力分布均匀,流动应力曲线与螺纹拉伸试样一致,且应力上升段后没有剧烈跳动;通过精确气动控制,在加载脉冲到来同时,可实现有效的试样快速同步组装和加载;当试样温度为1 200 ℃时,在冷加载杆与高温试样接触以及应力波加载试样的整个过程中,试样平均温度下降约1.3%,而加载杆端温升低于180 ℃。为了验证此实验技术,对3D打印TC4、镍基单晶高温合金DD6进行了最高温度约1 200 ℃时的高温动态拉伸力学性能实验测试。     

高温合金GH4169的失效特性及失效模型研究

对GH4169高温合金开展了不同应力三轴度（-0.33~0.33）、不同应变率（0.001~5 000 s-1）、不同温度（293~1 073 K）条件下的材料性能试验.基于Johnson-Cook失效模型的框架,研究了Johnson-Cook(JC)失效模型及已有文献提出的修改形式中应力三轴度项拟合结果的不确定性及应变率对失效应变的线性关系描述局限性问题,通过提出的特定参数确定方法与耦合应力三轴度的应变率效应指数函数,建立了一种唯象修正的失效模型.基于GH4169高温合金的试验结果,标定了修正的失效模型与JC模型中各个参数.结果表明:在不同应力三轴度下,GH4169的失效应变表现出不同的应变率效应;与传统的JC模型相比,修正的失效模型更能够较好地描述GH4169的失效行为;同时能够保证失效应变的非负性.     

隔热涂层应用于高温SHPB实验的可行性分析

在分离式Hopkinson压杆(SHPB)高温实验中，对弹性杆端和试样的温度进行控制，避免弹性杆端的过大温升和试样温度的过度下降，是保证实验结果准确性的关键。基于傅里叶导热定律，本文提出在试样与弹性杆间插入特定结构的隔热涂层来降低弹性杆与试样、高温炉之间的热交换效率，从而将弹性杆端和试样的温度控制在允许范围内。从理论分析着手，设计了一种可用于高温SHPB实验的隔热涂层，并通过数值模拟和实验对该方法进行了验证。结果表明：此隔热涂层在高温下强度大幅退化，在400℃以上时，可将其近似看作试样与弹性杆间的一段空隙，忽略其对试样加载的影响。在600℃实验环境下，弹性杆端温度最高达到167℃,试样平均温度下降2.24%。在400℃和600℃下分别采用本文实验方法和高温同步快速组装法对45钢进行加载，所得结果具有良好的一致性，表明本文方法合理可行。