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50000字硕士毕业论文爆炸焊接工艺参数和爆炸复合材料数值模拟结果分析

论文类型:硕士毕业论文
论文字数:50000字
论点:爆炸,焊接,复合
论文概述:

目前,数值仿真模拟已经广泛的应用在不同的领域,并受到了极大的关注,但用模拟的方法对爆炸复合尚处在刚刚起步阶段,还有许多问题没有得到很好的解决,例如如何用流固耦合模拟温度场

论文正文:

第一章螺纹理论

1.1简介
随着社会的发展,人们对材料性能提出了越来越高的要求,对有限贵金属的需求也逐渐增加,于是复合材料应运而生。它以其独特的结构和优良的性能开辟了一个崭新的产业。复合材料的生产方法多种多样,但爆炸复合材料以其独特的优势越来越受到人们的关注。爆炸焊接技术顾名思义,是在爆炸产生的瞬时高温高压下,使具有一定塑性和冲击韧性的不同金属或非金属实现复合的一种方法。爆炸焊接过程中,炸药产生的高压脉冲载荷以很高的冲击速度推动复合板与基体碰撞,产生具有严重弹性变形的塑性变形,使界面基复合板接触面上的一些原子脱离原始晶格的限制,在结合处进行渗透扩散等功能,产生具有自清洁效果的金属射流。同时,大动能在高碰撞过程中产生大热量,导致结合区域附近的金属熔化并扩散[1],从而实现爆炸焊接结合。其粘结强度不低于基材中较弱的粘结强度,属于爆炸加工的一部分,具有后续冲压、滚压、切割、整平和复合材料的各种深加工等优点。,这在其他复合过程中是不可用的。
这些爆炸复合材料可以充分发挥其优异的性能,节约贵金属,降低成本,提高设备利用率等。例如,钛和钢在高温下很容易生成金属化合物,因此它们不适合正常的熔焊。然而,爆炸焊接结合瞬时高速碰撞可以有效避免这一缺点。由钛钢板组合而成的设备在减少耐腐蚀材料的同时保持所需的耐腐蚀性,提高了设备的强度,并且不降低优异的性能,例如导热性。另外,爆炸焊接过渡接头的应用可以减少异种材料的焊接,而只有铜钢爆炸复合过渡接头等相同材料的焊接,在应用于电力行业后,可以明显降低两者之间的电阻,进而节省有限的电力资源。此外,爆炸焊接也可应用于[2]大中型设备的局部修复。一般来说,爆炸焊接只是爆炸焊接的一种。它仅指大面积双金属或多金属板(相同或不同)之间的爆炸焊接。其他爆炸焊接包括管道、管板、钻杆、型材和局部修复等。这里我们只讨论爆炸焊接。到目前为止,我们已经成功地对数百种材料进行了爆炸焊接,包括水下爆炸铝板和陶瓷容器焊接、大块非晶合金制备等。

1.2爆炸焊接的发展现状
19世纪40年代,卡尔·[3]首次记载了在爆炸冲击下实验中意外发现的两块半硬黄铜板的波状结合。然而,爆炸焊接的概念起源于菲利普丘克,他在1957年第一次成功地焊接了钢铝4]。航空空航天工业在20世纪50年代中期发展迅速。然而,当时传统的金属加工无法满足其独特的性能要求。因此,许多美国大公司将注意力转向了潜力巨大的爆炸焊接领域,如巴蒂尔研究所、杰特通用公司、丹佛研究公司、麦克森实验室等。日本三菱重钢和神户制钢爆炸焊接的研究和成功试验也是世界一流的。此后,前苏联、英国、联邦德国、瑞典等发达国家的技术应用研究进一步推动了爆炸焊接技术的广泛应用。随着工业技术的不断发展,中国在19世纪60年代也开始了爆炸焊接实验研究。大连造船厂制造了中国第一个具有历史意义的复合板。随着研究的深入,爆炸焊接发展迅速。这主要是因为越来越多的领域迫切需要耐腐蚀、耐高温和耐磨的爆炸焊接材料,这使得该技术能够广泛应用于化工、造船等腐蚀性和大面积复合领域,从而为爆炸焊接技术的进一步发展开辟了广阔的前景[5】。
在理论方面,总结爆炸焊接成果的国外书籍主要包括《爆炸金属加工原理与实践》、《金属爆炸焊接及其应用》、《爆炸焊接、成形、比较》;为了总结我国在炸药加工领域的成就,中国于1969年出版了《高能成型》(1980年重印,标题为《炸药加工》);1987年,邵炳磺酰基和张凯编辑的《爆炸焊接原理及其工程应用》中引入了大量的工程实例。2002年,郑元谋放弃了传统的流体力学观点,在爆炸复合材料工艺参数、组织性能和工程应用的金属理论基础上编辑了《爆炸焊接与金属复合材料及其工程应用》。同时,为了制定爆炸焊接标准,我国还颁布了一些国家标准,如:GB /T13147-91《铜及铜合金复合板焊接技术条件》、GB/T13148-91《不锈钢复合板焊接技术条件》、GB /T13149-91《钛及钛合金复合板焊接技术条件》、GB /T6396-1995《复合板机械技术性能试验方法》、GB/ T16957-97《复合材料焊接接头机械性能试验方法》
同时,国内外爆炸焊接领域的专家学者也发表了许多有价值的论文,包括焊接机理的研究、边界效应的消除和工艺参数的确定等。这些理论研究可以进一步指导生产实践。在研究范围内,一些学者将爆炸焊接扩展到复合非晶合金,甚至非晶和普通金属。其他学者已经成功地进行了金属和陶瓷的爆炸组合。这一发展趋势改变了金属和非金属原来的单一钎焊技术,爆炸结合为它们的结合提供了更宽的空范围。

1.3爆炸焊接的特性..............................10-11
1.4研究背景..............................11-12
1.5主要研究内容及意义..............................12-14
第2章实验参数及其选择..............................14-22[/溴/] 2.1爆炸焊接工艺参数..............................14-15
2.2爆炸焊接工艺参数的选择..............................15-20
2.3爆炸焊接窗口及其计算机优化..............................20-21
2.4本章概述..............................21-22
第3章模拟和结果..............................22-44
3.1导言..............................22-23
3.2 ANSYS/ LS-DYNA展示动力基础爆炸焊接仿真过程..............................23-27[/比尔/] 3.3..............................27-30
3.4 T10-Q235爆炸复合数值模拟结果..............................30-40[/溴/] 3.5 3Cr13-Q235爆炸复合数值模拟结果..............................40-42
3.6本章概述..............................42-44
第4章爆炸焊接实验与研究..............................44-60
4.1爆炸焊接工艺..............................44-46
4.2金相样品的制备..............................46-47[/比尔/] 4.3实验结果分析..............................47-57 [/BR/] 4.4爆炸焊接机构..............................57-58
4.5本章概述..............................58-60

结论

目前,数值模拟已广泛应用于不同领域,并受到极大关注。然而,用模拟方法进行爆炸复合还处于起步阶段,许多问题还没有得到很好的解决,如如何用流固耦合模拟温度场的分布以及复合材料的瞬态熔化、凝固和扩散过程。
1。通过理论计算公式的计算,得出爆炸焊接工艺参数,从而确定爆炸焊接窗口的计算方法。
2。在本课题中,采用有限元方法对T10-Q235和3Cr13- Q235的爆炸复合过程进行了分析。采用流固耦合ALE算法模拟爆炸复合材料的应力、应变、位移和速度。确定当复合板T10为6mm厚时,炸药在30mm处测量,间距为5mm或6mm当复合板3Cr13厚度为3 mm时,爆炸量为18mm,间距为3mm时,复合效果最佳,实验取得了良好的效果,为实际生产和工程应用提供了重要的理论依据。
3。LS-DYNA仿真表明,在一定范围内,电荷与复合板的最大运动速度成正比,也与塑性变形成正比。在一定范围内,基板之间的间距也与板运动的最大速度成正比,但超过一定值后,该比值消失。通过数值模拟,得到了合适的工艺参数,装料量比理论计算值小15%左右,得到了较好的组合。
4。通过金相显微镜和扫描电镜观察,可以得出以下结论:在波状爆轰载荷下,爆炸焊接形成波状接合面,同时在波峰和波谷处形成漩涡,在爆轰高温下形成一些熔化块;通过扫描电镜分析,可以得出数十微米的过渡层存在扩散,即爆炸焊接结合了压力、熔化和扩散的特点,进一步说明它是一种“三位一体”的焊接。

参考文献:

[/1]杨洋、张新明、李正华等.爆炸复合材料的研究现状及发展趋势[J]。材料指南,1995,9(1):72-76
[2]郑元谋。爆炸焊接和金属复合材料及其工程应用[。长沙:中南大学出版社。2002年:1-291
[3]卢尔·卡尔。《爆炸脉冲[制造黄铜焊缝》,金属进展,1944,46 (1): 102-103
[4]诉菲利普·丘克。工业爆炸焊接与成形[。焊接工程师,1959,44 (4): 61-62
5]王建民,朱Xi,刘润泉。爆炸焊接的应用与发展[。材料指南。[2006,20(1):42-45
[6]李晓杰,润洪灏,王金祥等.爆炸焊接技术的回顾与展望[.襄樊职业技术学院学报,2003,2(2):17-21
[7]邵炳英,张凯。爆炸焊接原理及其工程应用[。大连:大连理工大学出版社,1987:18-108。
[8]郑元谋。爆炸焊接和异种金属材料的焊接[。新技术和新技术,2001,(5):25-26
[9]王耀华。金属板爆炸焊接的研究与实践。北京:国防工业出版社,2007:118-128
[10]李一奇。引用该论文[。爆破设备,1997,(2): 8-10