强激光加载铝材料动态损伤特性及其微介观结构观测

在神光-Ⅱ装置上利用强激光加载铝材料进行高应变率(高于106s-1)层裂实验,研究不同初始温度下高纯铝材料的动态损伤特性。采用任意反射面速度干涉仪测量样品自由面速度剖面,由自由面速度剖面计算纯铝样品层裂强度与屈服应力。结果表明:随着温度升高,材料层裂强度减小,屈服应力增大。对激光加载前后样品进行金相分析,观察不同初始温度下纯铝材料的微介观结构变化及其损伤特性。结果表明:随着温度升高,样品晶粒尺度缓慢增大,但在873K(近熔点)时晶粒尺度急剧增加;层裂面附近小孔洞数目较多,孔洞尺寸也较大,而远离层裂面处,孔洞数目相对较少,且尺寸也较小;材料的断裂方式随温度升高由沿晶断裂为主逐渐变为穿晶断裂为主。     

无钴合金钢的冲击响应实验研究

 利用一级轻气炮作为加载手段,研究了无钴合金钢在3~20 GPa压力区间的冲击响应特性。用激光干涉测速——VISAR记录了双波结构的自由面速度剖面,并利用常压下的弹性纵波速度近似替代低压冲击下的弹性先驱波速度,确定了无钴合金钢的Hugoniot关系。根据自由面速度反映的层裂信息,给出了无钴合金钢的Hugoniot弹性极限、层裂强度以及层裂片厚度等动态力学参数。     

平面冲击下铜的拉伸应变率相关特性研究

本文对冲击加载下高纯无氧铜的拉伸应变率相关特性进行了实验研究.实验中利用磁测速系统测试撞击前飞片速度,利用光纤位移仪——多普勒探针系统测试样品自由面粒子速度剖面.对自由面速度剖面的特征参量进行计算分析,结果表明:铜样品的层裂强度随着拉伸应变率的增加而增加,对比发现层裂强度不仅受加载条件的影响,同时受到材料本身微细观结构影响;同时随着拉伸应变率的增加,自由面速度的回跳斜率呈现出先缓慢增加后迅速增加的临界特性;最后,通过层裂样品中波系相互作用,给出了自由面速度回跳过程中的振荡特征随着拉伸应变率增加而逐渐消失的物理过程.     

Real-time monitoring of laser welding of galvanized high strength steel in lap joint configuration

Two different cases regarding the zinc coating at the lap joint faying surface are selected for studying the influence of zinc vapor on the keyhole dynamics of the weld pool and the final welding quality. One case has the zinc coating fully removed at the faying surface; while the other case retains the zinc coating on the faying surface. It is found that removal of the zinc coating at the faying surface produces a significantly better weld quality as exemplified by a lack of spatters whereas intense spatters are present when the zinc coating is present at the faying surface. Spectroscopy is used to detect the optical spectra emitted from a laser generated plasma plume during the laser welding of galvanized high strength DP980 steel in a lap-joint configuration. A correlation between the electron temperature and defects within the weld bead is identified by using the Boltzmann plot method. The laser weld pool keyhole dynamic behavior affected by a high-pressure zinc vapor generated at the faying surface of galvanized steel lap-joint is monitored in real-time by a high speed charge-coupled device (CCD) camera assisted with a green laser as an illumination source.     

滑移爆轰作用下内爆柱形钢壳层裂的数值模拟

 Иванов等发表了滑移爆轰作用下内爆柱形钢壳层裂实验的回收试件测量结果，也给出了相应的数值模拟结果，但两者的差别较大。本文利用损伤度函数方法，对上述实验做了数值研究，所得到的回收试件尺寸数值结果与Иванов实验结果十分相符。这说明，损伤度函数方法对研究动态断裂问题有一定的普适性。本文还对Иванов实验的柱形钢壳内爆运动过程进行了数值模拟，讨论了临界损伤度α_c取值对断裂面位置、钢层运动轨迹及钢壳运动速度历史的影响，指出了在分析界面不稳定性问题时要注意α_c取值的影响。     

关于自由面速度剖面解读层裂问题的几点商榷

 基于对层裂问题的理解和相关文献,就自由面速度剖面解读层裂问题的局限性提出了一些看法。指出：自由面速度剖面测量给出的层裂破坏过程是间接信息,而不是直接信息,用它确定的理论模型和数值模拟参数,也许并没有真实地反映层裂过程的物理本质;层裂强度常被人们用来表征材料在高应变率下的抗拉伸能力,但是在目前的层裂强度计算公式中没有考虑损伤介质对波剖面传播的影响,使得计算结果明显偏低;传统的单点测量得到的结果有很大的局限性,对于层裂问题,采用概率评估或者置信度评估,也许更符合真实情况。建议：为了全面真实地评价层裂问题中的物理、力学过程,应该加快发展更多的实验探测和诊断技术,尤其是对内部损伤状态的观测。     

AF1410钢的层裂断裂特性研究

 利用一级轻气炮作为加载手段,对AF1410钢的层裂特性进行了研究,获得了AF1410钢的Hugoniot关系、塑性应变率、层裂强度以及层裂片厚度等动态力学参数。对回收的AF1410钢样品进行了断口分析和金相分析,从宏、微观角度分析了AF1410钢在不同应变率下的断裂特性。     

Strength and failure of LK7 borosilicate glass under shock compression

The Hugoniot elastic limit (HEL), the spall strength, the failure threshold, and the failure wave velocity in LK7 glass during shock compression are measured. The HEL estimated from the profiles of compression waves of various intensities is 7.1 ± 0.1 GPa. The spall strength exceeds 7 GPa during shock compression in the elastic range and remains high when passing through the HEL. Failure waves form in the stress range from 5.7 to 10.3 ± 0.5 GPa.     

CW/PW dual-beam YAG laser welding of steel/aluminum alloy sheets

The lap welding of JSC270CC steel and A6111-T4 aluminum alloys were carried out by a dual-beam YAG laser with the continuous wave (CW) and pulse wave (PW) modes. The microstructure of the welded joints were examined with SEM, EPMA while the properties were checked with microhardness tester and tensile testing machine. It was shown that the dual-beam laser welding can effectively reduce or avoid the formation of the blowholes in the welded joints. The PW laser beam penetrated the welding pool, leading to the root-shape structures with enhanced bonding strength at the weld interface. A 10 μm intermetallic compound (IMC) layer was generated at the interface. The shearing strength of lap joint was measured to be 128 MPa.     

冲击加载下LY12铝合金的动态屈服强度和层裂强度与温度的相关性

采用可测量任意反射表面的速度干涉仪对LY12铝合金在不同初始温度条件下的动态屈服与层裂行为进行了实验研究，温度范围从室温到接近熔化温度.实验结果显示：LY12铝合金的动态屈服强度随着温度升高而快速下降，当初始温度为847K (比熔化温度低86K) 时，其屈服强度仅为室温下的15％，层裂强度也随着温度升高而减小，在296—847K的实验温度范围内，层裂强度损失80%.通过实验结果与模型估算值的比较，发现Zerilli-Armstrong (ZA) 模型可以对LY12铝合金的动态屈服强度与温度的相关性进行较好 关键词： 温度相关性 LY12铝合金 动态屈服强度 层裂强度     

强激光辐照下纳米晶体铜薄膜层裂破坏的实验研究

采用强激光辐照加载技术和激光速度干涉(VISAR)测试技术，对纳米晶体铜薄膜的层裂特性进行实验测量和分析.基于VISAR实测的自由面速度波形，计算得到纳米晶体铜薄膜在超高拉伸应变率下的层裂强度高达3 GPa，明显高于多晶铜的层裂强度, 其原因归咎于纳米晶体材料中存在大量晶界阻碍了位错运动.     

强激光辐照下纳米晶体铜薄膜层裂破坏的实验研究

采用强激光辐照加载技术和激光速度干涉(VISAR)测试技术,对纳米晶体铜薄膜的层裂特性进行实验测量和分析.基于VISAR实测的自由面速度波形,计算得到纳米晶体铜薄膜在超高拉伸应变率下的层裂强度高达3 GPa,明显高于多晶铜的层裂强度, 其原因归咎于纳米晶体材料中存在大量晶界阻碍了位错运动. 关键词： 纳米晶体铜薄膜 层裂 激光辐照     

内部短药柱爆炸作用下钢筒破裂特征的数值分析

采用光滑粒子(SPH)法研究了短药柱在钢筒内爆炸形成破片的特征,采用Grady层裂准则描述钢筒的层裂破坏,破坏模式为随机破坏,服从Mott分布。分析了破片的质量分布和速度,计算结果表明:钢筒经过一定膨胀后,首先在装药端部位置破裂,然后爆心附近的钢筒解体成破片,如果是封闭钢筒,钢筒端部也是形成破片的重要部位。爆心附近的破片质量小、速度高;端部的破片质量较大、速度低;爆心附近的破片相对集中。     

冲击加载下FeMnNi合金相变和层裂特性实验研究(英文)

采用激光速度干涉仪(VISAR)、X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)联合测试技术,利用等厚对称加载和逆向加载实验,研究了Fe MnNi合金的冲击相变和层裂行为。结果发现:加载压力大于6.5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生α→ε相变;中心稀疏波的卸载作用使内压力降至4~5 GPa时,Fe MnNi合金样品发生ε→α逆相变,并伴有卸载稀疏冲击波形成。分析Fe MnNi合金样品中塑性波、相变波、稀疏波和稀疏冲击波的传播作用过程,发现加载压力大于其相变应力时,等厚对称加载下Fe MnNi合金存在产生层裂行为的物理机制。     

材料预加热冲击压缩实验技术及高温下不锈钢的动态响应

 建立了用于轻气炮上冲击压缩实验的材料预加热系统及相关实验技术。介绍这一系统的原理、构造及操作。利用这一系统，在加载幅度8 GPa的恒定载荷下，得到了初始温度300～980 K范围内HR-2抗氢不锈钢的动态响应特性，包括层裂强度、Hugoniot弹性极限、卸载声速及它们随温度的变化规律。     

一种新的概念性层裂模型

 在重建Cochran-Banner模型的基础上提出了一种新的概念性层裂模型。这种新模型仅保留Cochran-Banner模型中的强度函数,重新定义损伤,并抛弃了基本假设：一旦微损伤形成,使微损伤演化远远易于使固体进一步体积应变,进而修正了差分微元中固体比容的计算。在新的模型中,一旦拉伸应力达到层裂强度,重新定义的损伤将由强度函数确定的应力松弛方程、计及损伤的能量守恒方程、状态方程以及本构方程等一系列封闭方程组确定。新模型中也仅包含两个参数：层裂强度及临界损伤度,它们的确定能使在一定初、边值条件下的层裂试验的数值计算结果与实验测得的靶自由面速度历史或靶-低阻抗界面应力历史以及回收观测的层裂面上的损伤一致。强调指出,选定强度函数或应力松弛方程提供了确定损伤的可能,同时排除了任何外加的损伤演化方程。     

Dynamic strength of tin and lead melts

The dynamic tensile strength (spall strength) of tin and lead melts has been measured by a found method. Comparison with similar measurements of the spall strength of these metals at room temperature shows that melting reduces the spall strength by at least an order of magnitude. The spall strength of liquid metals is a smaller fraction of the extremely possible (“ideal”) strength than that for water and organic liquids.     

Measurement and Analysis of Spall Characteristics of High-Pure Aluminium at One-Dimensional Strain Loading

With an impact velocity varying from 196.9m/s to 317.9m/s and ratios of flyer/sample thickness of 2：4 and 3：6, the free-surface velocity profiles of the shock compressed high purity aluminium （HPA 99.999%） samples are measured with a velocity interferometer system for any reflector. Based on the vibrating features of the velocity profiles, the damage behaviour of HPA is analysed. The results indicate that the vibrating amplitude increases with increasing shock stress, and the subsequent reverberations describing the spall become more obvious. When the shock stress in the material is below a critical or smaller than the threshold level, the free-surface velocity profile replicates virtually the form of the compression pulse inside the sample. When the impact stress exceeds a critical value （1.4 GPa）, the micro damage would appear, and the free-surface velocity profile changes significantly, showing a series of short-duration reverberations in the profile. When the impact stress exceeds the threshold of damage, a compressive disturbance called the ＂spall pulse＂ appears in the free-surface velocity profile, and the subsequent reverberation becomes regular again. The measured spall strength of HPA is much higher than those of commercially pure aluminium reported in many references. In addition, the strength of HPA is similar to that of single-crystal aluminium.     

强激光辐照下纯铝的力学响应和层裂的实验测量与分析

 采用速度干涉（VISAR）测试技术,对强激光辐照下纯铝的动态力学响应和层裂特性进行了实验测量和分析。样品厚度分别为200 μm 和485 μm,激光脉冲的半高宽约为10 ns,功率密度变化范围为10¹⁰~10¹¹ W·cm^-2。实测了样品自由面速度波形,反映了强激光加载作用下材料损伤演化过程以及损伤对材料动态响应的影响。计算得到了冲击波强度(2.0~13.4 GPa) 和不同拉伸应变率下铝的层裂强度(1.6~2.3 GPa)。在所采用的实验条件和1维近似下,激光辐照产生的冲击波强度与激光功率密度之间成线性关系。最后讨论了层裂强度与拉伸应变率之间的关系,显示层裂强度随着拉伸应变率的增加而增大。     

爆炸载荷作用下焊缝区附近埋地X70钢管的动力响应分析

爆破地震效应对埋地管线的影响已成为工程爆破领域研究的热点。基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,以两种含Y型焊缝(坡口有2 mm余高焊缝和坡口无余高焊缝)的埋地X70钢管为例,数值模拟研究了TNT炸药量相同(4.473 kg)而炸高(60.0、85.0和110.0 cm)不同时,焊缝区附近埋地X70钢管的动力响应规律。研究表明:当炸高为60.0 cm时,焊缝有余高的管道受应力集中的影响较大,且先于焊缝无余高的管道进入屈服阶段;当炸高为60.0和85.0 cm时,焊缝有余高的管道整体抵抗变形的能力明显弱于焊缝无余高的管道。管土间的相互作用对X70管道背爆面有支撑作用,可有效地减小管道背爆面的位移。在相同条件下,焊缝有余高的X70管道抵抗振动的性能弱于焊缝无余高的管道,且与焊缝形式相比,炸高对含焊缝区的X70管道的最大振速起主要影响作用。