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轻薄型金属撕裂机理研究

作　者: 赵明君
导　师: 刘剑雄
学　校: 昆明理工大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 轻薄型金属破碎 Ⅲ型裂纹裂尖应力应变场撕裂功撕裂仿真模拟
分类号: TG111.91
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着我国经济和社会的飞速发展,在各种家用电器已经成为人们日常生活用品的同时,汽车正迅猛地进入我们的家庭。在不远的将来,如何高效、低耗、无污染地回收利用报废汽车及家电,正是我们所面临的重大问题之一。目前处理报废汽车及家用电器的最高效方式为整车及整件破碎,而轻薄型金属材料是其主要组成部分之一。为了对轻薄型金属的破碎机理进行更深入的研究,在对轻薄型金属破碎过程进行分析的基础上,对其进行了摆锤式的冲击破碎试验、拉伸试验及三裤腿反平面撕裂试验。通过试验研究发现,在轻薄型金属的破碎过程中III型反平面撕裂起到了主要破坏作用；轻薄型金属破碎的撕裂过程可分起裂,扩展及断裂三个阶段；根据拉伸试验应力—应变关系曲线变化趋势与理想弹塑性材料基本一致的现象,将材料简化为理想弹塑性模型；三裤腿反平面撕裂试验所获得的载荷—位移曲线变化趋势表明试样起裂前后所需载荷较大,扩展过程中载荷逐渐减小,这表明轻薄型金属的撕裂需要突破某一临界状态。对轻薄型金属反平面撕裂过程研究可知,在载荷作用下裂尖弹塑性区逐渐向外扩展,当塑性变形区达到最大尺寸后,随着载荷继续增加,弹塑性区的平衡状态被打破,裂纹则开始扩展,而塑性区随裂纹扩展也逐渐向前推移直至试样断裂。裂纹尖端场的解析解表明起裂前及扩展过程中尖端应力应变场均存在奇异性,且扩展过程中尖端场奇异性比起裂前弱,即起裂前裂尖的应力应变集中程度比扩展过程中要大,这表明裂纹在扩展过程中需要突破相应的临界状态,这与试验研究结果相符。在对轻薄型金属撕裂过程进行研究的基础上,对裂纹扩展过程中所消耗的撕裂功进行了计算。本文通过有限元分析软件中的LS-DYNA模块对轻薄型金属的撕裂过程进行了仿真模拟。通过分析得出了仿真结果与试验研究及理论分析相吻合的结论。

轻薄型金属撕裂机理研究

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