【摘 要】
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电阻点焊结构高速冲击下的变形与破坏响应在国防装备等领域具有重要的应用背景,本文以Q&P980高强度钢板的电阻点焊结构为研究对象,开展了点焊结构的高速拉伸、焊接板弹道冲击和侵彻、以及点焊区材料的动态力学行为研究,主要内容和研究结果如下:1)基于动态层裂测试技术,提出了一种高应力、高应变率一维应变拉伸下的电阻点焊结构的动态强度测试方法,观察到典型焊接试件在高速拉伸过程中断裂模式的转变,并获得相应的断裂
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电阻点焊结构高速冲击下的变形与破坏响应在国防装备等领域具有重要的应用背景,本文以Q&P980高强度钢板的电阻点焊结构为研究对象,开展了点焊结构的高速拉伸、焊接板弹道冲击和侵彻、以及点焊区材料的动态力学行为研究,主要内容和研究结果如下:1)基于动态层裂测试技术,提出了一种高应力、高应变率一维应变拉伸下的电阻点焊结构的动态强度测试方法,观察到典型焊接试件在高速拉伸过程中断裂模式的转变,并获得相应的断裂强度。在较低的飞片撞击速度下,点焊试件将发生显著的张开变形而未发生断裂破坏。随着飞片撞击速度的提高,焊点依次出现了部分界面型断裂和界面型断裂。在部分界面型断裂面上可观测到混合的延性和脆性断裂形貌,而界面型断裂面主要表现为完全的脆性断裂。2)采用高速气枪结合高速摄影技术,对双层平板结构的电阻点焊区域进行了球头子弹的弹道冲击实验。通过高速摄影记录的子弹飞行轨迹分析了双层平板点焊试件在侵彻过程中的能量传递过程,提出了一种描述侵彻过程中子弹速度历史变化的解析模型。该模型通过引入自然指数项描述子弹速度的下降速率,较好的预测了侵彻过程中的子弹速度变化。3)对双层平板结构点焊试件弹道冲击响应进行分析,发现在电极压痕位置、焊接界面和焊接过渡区域易于造成裂纹的扩展。试验观察到试件背侧的环状开裂总是起裂于电极压痕的內缘,在厚度方向上其开裂路径总是沿着熔融区/热影响区界面或粗/细晶过渡区扩展。当环状开裂出现在电极压痕的外侧区域时,其在厚度方向上的开裂路径将沿着母材/热影响区过渡区扩展。对于前板出现的剪切、弯曲变形,其引起的裂纹开裂路径沿着熔融区/热影响区界面或粗/细晶过渡区扩展。4)采用一级气体炮实验装置,对双层搭接结构的电阻点焊区域进行了球头子弹的弹丸冲击实验。观察到搭接边界及切口尖端区域的精细结构严重影响电阻点焊结构在弹丸冲击响应下的变形与断裂。搭接边界的存在使得点焊试件在子弹撞击方向上失去了对称性,呈现关于焊点中心的反对称结构,两侧搭接边界在子弹撞击过程中表现出不同的变形特征,搭接边界B侧的张开变形明显大于A侧。在中等撞击速度下,由搭接边界引起的张开变形可能引起试件发生焊核界面断裂。起裂于corona焊接结合面和后板预裂纹位置的扩展裂纹倾向于沿焊核界面传播,而由前板预裂纹位置扩展的裂纹则倾向于向厚度方向发展。预裂纹位置相比corona焊接结合面更易出现裂纹扩展现象。5)基于材料硬度特征构建了点焊熔融区和热影响区材料的动态本构方程,并建立了一种描述点焊区材料断裂特性变化的公式。对焊点熔融区材料的微圆柱试件进行了准静态、动态压缩实验,讨论了材料硬度与特定应变下应力值之间的相关性,推导出了基于硬度的热影响区材料动态本构方程。使用刻槽拉伸和剪切试件对母材进行了断裂特性实验,获得了母材的Hosford-Coulomb断裂模型参数。基于Pandya等人的实验结果和假设,选用材料硬度作为衡量点焊区材料断裂特性变化的指标,研究了Hosford-Coulomb断裂模型中的断裂参数在母材、热影响区和熔融区材料间的变化规律。
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