高温条件下置氢钛合金动态力学性能研究任务书

一、论文说明：

钛合金是以钛为基体加入其他元素组成的合金。因其具有耐腐蚀、比强度高等突出优点，所以被广泛应用于航空航天领域。钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器等装置。此外其还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。

由于钛合金在航空航天、船舶、化工及常规兵器等领域应用非常广泛，因而采用钛合金制作的构件可能会受到高速撞击、爆炸等强动载荷作用，人们急需了解钛合金材料在高温及高应变率下的动态力学性能。目前采用带同步组装系统的SHPB技术来测定材料在高温高应变率耦合条件下的力学特性遇到的难题之一是怎样看待冷接触时间对实验结果的影响，目前这一问题还未有定论。此外结构响应的研究还需要有相关的材料动态本构关系为基础，材料的本构模型要较充分地反映材料在此类情况下高速变形的影响，就必须计及大应变、以及应变率和温度的大幅变化等对流动应力的影响。对此，人们提出了许多本构模型来描述金属材料的应变率率相关的动态响应，例如Johnson-Cook，Zerilli-Armstrong，Campbell等模型。其中，Johnson-Cook(J-C)模型是应用最广泛的模型之一，如动力学程序LS-dyma、MSC、Dytran和ABAQUS/explicit均采用了该模型。J-C模型是在1980年代针对撞击、弹道侵彻等问题而发展起来的，它考虑了温度、应变率和应变等因素，形式简单，具有清晰的物理解释，同时参数较少，并较容易得到。J-C模型适用于描述金属材料从低应变率到高应变率下的动态行为，甚至可以用于准静态变型的分析。

钛合金热氢处理技术是以氢作为临时合金化元素，通过控制钛氢系统中置氢量、存在状态及相变过程，实现钛氢系统最佳组织结构，从而改善钛合金加工性能的一种新工艺、新方法。经过热氢处理的钛合金，又称为置氢钛合金。为了探讨置氢钛合金在高温条件下的动态力学性能，本文拟采用分离式霍普金森实验（简称SHPB，原理图如下），测量其实验数据，获得不同置氢量、不同温度条件下的应力应变曲线。

分离式Hopkinson压杆装置示意图

二、论文内容及要求：

1. 主要研究内容：

(1)掌握钛合金材料的力学性质，了解钛合金的动态性能测量技术的发展现状；

(2)熟悉钛合金的热氢处理技术；

(3)理解分离式霍普金森压杆测量实验的基本原理及基本方程；

(3)分析不同温度、不同置氢量条件下的钛合金动态实验数据，获取不同置氢量条件下的钛合金应力应变曲线；

(4)根据实验结果，比较置氢量、温度对钛合金动态力学性能的影响。

2. 主要要求：

(1) 数据要求：实验数据客观准确、重复性好；

(2) 温度要求：20℃、300℃、500℃、700℃；

(3) 设计说明书要求：约40页左右，遵照《南京林业大学毕业设计撰写规范》书写和排

版；要求正文语句通顺、计算正确、内容逻辑性强。