爆炸焊接波狀界面分形表征與重構(gòu)研究

早期的觀點及近期發(fā)展出的結(jié)論逐步將爆炸焊接界面波存在的不規(guī)則性呈現(xiàn)出來，并進行了定性分析，但尚未實現(xiàn)量化分析。據(jù)此，本項目以爆炸焊接界面為研究對象，基于分形理論建立了焊接界面形貌定量分析方法。主要研究內(nèi)容及對應(yīng)結(jié)果： (1) 基于爆炸焊接波狀界面形成的失穩(wěn)機理與流體—彈塑性模型，在飛板反向射流與空氣之間存在著R-T、K-H，甚至R-M不穩(wěn)定性條件，因而提出失穩(wěn)是發(fā)生在金屬流體薄膜與空氣之間。由界面波幅與波長之比判定線性理論成立，從而建立雙層流體失穩(wěn)線性控制方程，獲得失穩(wěn)發(fā)展特征指數(shù)表達式。結(jié)果表明在金屬流體彈—粘性與失穩(wěn)機制競爭作用下，特定波長范圍的擾動能夠被優(yōu)先發(fā)展，其他波長的擾動被抑制或未能發(fā)展，從而使得波狀界面在沿爆轟方向較為一致，實驗結(jié)果也驗證了這一結(jié)論的正確性。 (2) 進一步利用分形理論研究爆炸焊接界面形貌特征。運用三維超景深顯微鏡獲得界面形貌圖像，通過Matlab圖像分析技術(shù)對界面形貌進行二值化處理，基于分形理論獲得圖像分維值以及多重分維譜，從而建立界面形貌定量表征方法。 (3) 基于(2)所建立的方法對(1)所闡述的爆炸焊接界面波的形成、發(fā)展與最終形貌開展分維表征，從而實現(xiàn)對界面形貌的定量分析。 (4)利用(3)所形成的結(jié)論，對爆炸焊接界面形貌差異開展定量化評價。運用三維超景深顯微鏡獲得爆炸焊接界面形貌圖像，結(jié)合沖量理論，定義中心區(qū)域與邊側(cè)區(qū)域分界線；最后基于分形理論實現(xiàn)焊接界面形貌差異定量描述。 (5)利用(4)所形成的結(jié)論，結(jié)合分維是熵的度量之物理意義建立界面結(jié)構(gòu)熵，導出波狀焊接界面微觀結(jié)合面積計算式；結(jié)合內(nèi)聚力模型，闡述界面結(jié)構(gòu)對復合性能影響的能量關(guān)系式，實現(xiàn)界面結(jié)構(gòu)與斷裂性能的定量分析。 (6)基于(5)的結(jié)論，嘗試建立界面剪切強度與斷口輪廓分維值及其多重分形譜關(guān)系。結(jié)果表明焊接界面剪切強度在數(shù)值上與分維值及多重分形譜呈正相關(guān)。 本項目成功建立了爆炸焊接波狀界面形貌定量表征方法，導出了界面分維值與對應(yīng)結(jié)合能關(guān)系式，從而實現(xiàn)焊接界面形貌結(jié)構(gòu)及對應(yīng)失效行為量化分析，為焊接界面性能定量評價指供理論指導。按照預期計劃完成了項目研究。

爆炸焊接金屬復合板已在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，其復合質(zhì)量由焊接界面波狀形貌決定，然而學術(shù)上對界面波形貌分析仍處于定性水平，尚未建立定量分析方法，對該問題的研究具有重要的科學意義和工程應(yīng)用價值。本課題打破歐幾里德幾何思想束縛，從分形幾何角度研究波狀界面形貌。研究過程中首先獲得研究對象的圖像數(shù)據(jù)，并利用分維分析方法對波狀界面形貌、炸藥鋪設(shè)厚度及爆轟產(chǎn)物壓力脈動等具有的分形特征進行研究，實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的定量表征；其次，從流體界面穩(wěn)定性理論出發(fā)，建立射流運動動力學方程并求解，通過對方程解的分析揭示界面形貌對初始條件的依賴關(guān)系。最后，基于已表征的波狀界面形貌對初始條件依賴關(guān)系，利用二維多重分形界面重構(gòu)，通過迭代生成表面凹凸不平的幾何對象，使其與界面形貌圖像吻合，實現(xiàn)對應(yīng)初始條件下焊接界面形貌的計算機界面重構(gòu)，該方法反過來可指導爆炸焊接參數(shù)工程定量設(shè)計。

第一章緒論

1．1爆炸焊接的發(fā)展歷史

1．2爆炸焊接工藝裝置及工藝參數(shù)

1．2．1爆炸焊接工藝裝置

1．2．2爆炸焊接靜態(tài)參數(shù)

1．2．3爆炸焊接動態(tài)參數(shù)

1．3爆炸焊接的特點

1．4爆炸焊接研究現(xiàn)狀及存在的問題

1．4．1爆炸焊接研究現(xiàn)狀

1．4．2存在的問題

1．5本書主要研究內(nèi)容

第二章爆炸焊接復合板結(jié)合界面

2．1爆炸焊接復合板結(jié)合界面的微觀特征

2．1．1縫隙和空洞物的測試分析

2．1．2界面的塑性變形

2．1．3界面熔化

2．1．4界面擴散

2．2爆炸焊接的三種結(jié)合界面

2．2．1對現(xiàn)有理論的述評

2．2．2結(jié)合界面電子掃描及成分測試

2．2．3結(jié)合界面三種波狀形式的測試與比較

2．3爆炸焊接復合板界面波的分布

2．3．1界面波在復合板中的分布規(guī)律

2．3．2復合板結(jié)合界面波與裝藥量之間的關(guān)系

2．4本章小結(jié)

第三章復板的運動規(guī)律和碰撞作用機理

3．1復板的運動和加速過程

3．1．1復板運動姿態(tài)試驗與分析

3．1．2復板的力學模型

3．2基復板相互作用機理

3．2．1高應(yīng)變率、高溫、高壓下材料的動態(tài)強度

3．2．2爆炸焊接基復板相互作用規(guī)律

3．3本章小結(jié)

第四章基復板合理間距研究

4．1關(guān)于基復板間距的研究現(xiàn)狀

4．2基復板間距對邊界效應(yīng)的影響

4．3基復板間距與復板運動速度關(guān)系的理論研究

4．3．1由復板一維運動公式得到的間距表達式

4．3．2由復板二維運動公式得到的間距表達式

4．4基復板間距與復板運動速度關(guān)系的試驗研究

4．4．1閃光X射線照相法

4．4．2復板速度的測量原理

4．4．3試驗方案及結(jié)果分析

4．4．4焊接質(zhì)量分析

4．5本章小結(jié)

第五章爆炸焊接界面結(jié)合及成波機理

5．1爆炸焊接界面結(jié)合機理

5．1．1概述

5．1．2形成爆炸焊接界面的前提條件

5．1．3爆炸焊接的壓力焊機理

5．2爆炸焊接界面波形成機理

5．2．1成波機理研究的歷史與現(xiàn)狀

5．2．2炸藥爆轟反應(yīng)區(qū)荷載的波狀分布規(guī)律

5．2．3碰撞焊接瞬間復板上表面爆轟作用壓力

5．3本章小結(jié)

第六章最佳裝藥量窗口研究

6．1裝藥量經(jīng)驗公式分析

6．1．1可焊性窗口的討論

6．1．2裝藥量與碰撞速度關(guān)系的計算式

6．1．3可焊性窗口的炸藥用量下限計算

6．2降低炸藥用量的試驗研究

6．2．1裝藥量下限經(jīng)驗公式的對比試驗

6．2．2裝藥量下限經(jīng)驗公式的修正

6．2．3修正式的試驗檢驗

6．3不等厚度布藥

6．3．1等厚度布藥爆炸焊接復合板界面波分布情況

6．3．2待焊區(qū)板振動及其對界面波的影響

6．3．3不等厚度布藥的結(jié)構(gòu)參數(shù)

6．3．4兩種布藥方式所得復合板界面形貌的比較

6．4最佳裝藥量窗口

6．4．1建立最佳裝藥量窗口的基本原則與方法

6．4．2最佳裝藥量窗口各點、線的物理意義

6．4．3最佳裝藥量窗口與可焊性窗口的比較

6．4．4應(yīng)用實例

6．5本章小結(jié)

第七章硬脆金屬爆炸焊接研究

7．1硬脆金屬的特點

7．2T10/Q235復合板爆炸焊接試驗

7．2．1問題的提出

7．2．2工具鋼金相組織的軟硬質(zhì)相

7．2．3工具鋼金相組織微觀變形分析

7．2．4工具鋼復合板爆炸焊接的初步試驗

7．2．5工具鋼復板微觀組織的電鏡掃描試驗與分析

7．3工具鋼爆炸焊接機理分析

7．3．1爆炸焊接過程的力學特點分析

7．3．2損傷場的演變及斷裂機理分析

7．3．3工具鋼宏觀開裂的主要影響因素

7．4解決工具鋼爆炸焊接易開裂的技術(shù)途徑

7．4．1工藝改進措施

7．4．2工藝改進后的試驗情況

7．4．3硬脆金屬復合板爆炸焊接生產(chǎn)實例

7．5本章小結(jié)

第八章Ti/Q235復合板爆炸焊接研究

8．1鈦一碳鋼的焊接

8．2鈦一碳鋼復合板爆炸焊接試驗

8．3Ti/Q235復合板的質(zhì)量檢測及分析

8．3．1Ti/Q235復合板超聲波探傷的特殊問題

8．3．2Ti/Q235復合板超聲波探傷基本原理

8．3．3Ti/Q235復合板超聲波探傷檢測試驗

8．3．4Ti/，Q235復合板結(jié)合界面微觀測試分析

8．4炸藥爆速的影響因素與低爆速炸藥配制

8．4．1影響炸藥爆速的因素

8．4．2低爆速炸藥的配制

8．5本章小結(jié)

第九章爆炸焊接的地基特性與優(yōu)化

9．1地基的類型與結(jié)構(gòu)

9．1．1地基的類型

9．1．2地基中的土壤結(jié)構(gòu)

9．1．3地基中土壤的主要參數(shù)

9．1．4爆炸焊接中的地基缺陷

9．1．5爆炸焊接地基研究的主要問題

9．2地基對焊接質(zhì)量的影響

9．2．1地基強度對焊接質(zhì)量的影響

9．2．2地基波阻抗對焊接質(zhì)量的影響

9．3地基的應(yīng)力測試

9．3．1測試系統(tǒng)的組成

9．3．2測試系統(tǒng)的標定

9．3．3傳感器的埋設(shè)

9．3．4測試系統(tǒng)誤差分析

9．3．5試驗材料

9．3．6試驗條件及測試結(jié)果

9．4地基應(yīng)力特性分析

9．4．1地基應(yīng)力峰值隨深度的衰減規(guī)律

9．4．2地基同一深度上的應(yīng)力分布

9．4．3地基中應(yīng)力波波速與土壤質(zhì)點運動速度的關(guān)系

9．4．4地基動態(tài)本構(gòu)關(guān)系

9．5地基參數(shù)變化規(guī)律

9．5．1地基破壞分區(qū)及其特征

9．5．2地基物理和力學性質(zhì)的變化規(guī)律

9．5．3地基參數(shù)優(yōu)化

9．6本章小結(jié)

第十章爆炸焊接次效應(yīng)及其控制技術(shù)

10．1炸藥在空氣中爆炸對環(huán)境的危害性分析

10．1．1炸藥爆炸噪聲及其危害

10．1．2爆炸地震效應(yīng)

10．1．3爆炸空氣沖擊波的危害

10．2爆炸焊接的地震動研究

10．2．1爆炸地震動的衡量

10．2．2影響爆破振動強度的因素

10．2．3爆破振動的安全距離

10．2．4爆炸焊接地震動測試

10．2．5爆炸焊接的地震動危害控制

10．3爆炸沖擊波研究及其控制

10．3．1爆炸沖擊波特征分析

10．3．2影響爆炸沖擊波效應(yīng)的因素

10．3．3爆炸沖擊波與擋波墻的相互作用

10．3．4擋波墻對爆炸沖擊波削波作用試驗研究

10．3．5爆炸沖擊波與擋波墻相互作用的數(shù)值模擬研究

10．3．6最大耗能原理及爆炸沖擊波控制技術(shù)

10．4本章小結(jié)

參考文獻2100433B