脉冲激光产生层裂的一维和二维数值计算

 通过简化的物理分析，将脉冲激光加载简化为一定的力学边界条件，考虑了材料内部的损伤演化，采用含损伤的热粘塑性本构模型模拟了铝合金材料的层裂。由于脉冲激光产生的压力脉冲较短，随后的卸载波将使得靶中传播的冲击波压力幅值下降。一维和二维计算得到的层裂片厚度与已有的实验数据符合很好。通过计算，得到了脉冲激光发生层裂时的应变率。     

铝锂合金材料损伤演化方程和层裂准则的研究

 通过平板撞击实验对铝锂合金层裂现象进行实验研究。以细观统计和唯象分析相结合的思想,提出了一种新的微孔洞型损伤演化方程,方程同时计及了孔洞长大、成核以及材料可压缩性的耦合效应对损伤演化的影响。在一维应变波模拟程序中嵌入考虑损伤演化影响的铝锂合金本构方程和状态方程,模拟平板撞击过程靶板自由面质点速度时程曲线,并与实验曲线相对比,得到了铝锂合金材料损伤演化方程及其层裂准则的相关参数。     

损伤度函数模型用于3种钢层裂的二维数值模拟

 把损伤度函数模型嵌入到二维有限元程序DEFEL中，并对3种钢（HR-2钢、2169钢及45钢）的平板撞击层裂实验进行了数值模拟，在模拟中计及材料的屈服硬化效应和Bauschinger效应的影响，较好地再现了实测自由面的速度历史，同时给出了样品中的损伤分布及其发展。在数值模拟中发现，断裂面附近所受最大拉应力介于由声学近似解析计算的层裂强度和从三项式固体状态方程出发得出的断裂理论值之间，并对三者之间的差异作了分析，表明数值模拟结果是合理的。     

偏应力对材料层裂强度影响的实验研究

 采用热装配方法对平面样品施加径向应力,获得不同程度的偏应力,通过轻气炮实验获得了不同预应力下LY12铝合金层裂信号,结果表明：即使在相同撞击速度下,材料的层裂强度差异也发生明显变化。偏应力越大,材料的层裂强度越小,由于不同的球面层裂具有不同的偏应力场,通过本实验方法有可能将球面层裂与一维平变下的层裂联系起来。     

钽靶板在冲击下层裂过程的数值模拟

对平面冲击加载下延性金属钽的层裂行为开展了数值模拟研究。利用AUTODYN软件中的Lagrange与SPH求解模块,考察了3种本构模型Johnson-Cook、Steinberg-Cochran-Guinan与Zerilli-Armstrong的模拟结果,结合实验数据对模拟结果进行了验证;在此基础上,通过改变撞击速度与飞片厚度,获得了不同应变率下的自由面速度曲线,分析了不同应变率下的层裂特性。结果表明:在2.31×10⁴~5.40×10⁴s^?1应变率范围内,SPH求解器结合Steinberg-Cochran-Guinan本构模型的结果与实验数据具有较好的一致性;金属钽的层裂强度随拉伸应变率的增加而增大,在对数坐标系下近似呈线性关系;不同层裂强度计算方法得到的结果差异可达8%;随着拉伸应变率的增加,自由面速度回跳速率随之增长。最后,对自由面速度曲线中的特征参量的物理意义进行了解读。     

损伤度函数模型用于3种钢层裂的2维数值模拟

材料的动态损伤及断裂破坏是一个复杂的非线性过程，一直是冲击波物理领域的研究热点。文中将损伤度函数模型嵌入到二维动力有限元程序DEFEL中，并对3种钢（HR-2钢、2169钢及45钢）的平板撞击层裂实验进行数值模拟，在模拟中计及材料的屈服硬化效应和Bauschinger效应的影响，较好地再现了实测自由面的速度历史，同时给出了样品中的损伤分布及其发展。数值模拟发现，断裂面附近所受最大拉应力介于由声学近似解析计算的层裂强度和从三项式固体状态方程出发得出的断裂理论值之间，并对三者之间的差异作了分析，     

高温、高压、高应变速率动态过程晶体塑性有限元理论模型及其应用

对于高温、高压、高应变速率加载条件下的材料冲击变形行为,动态晶体塑性模型能够直接反映晶体中塑性滑移的各向异性及其对温度、压力和微观组织结构的依赖性,因而广泛应用于材料的动态冲击力学响应、微观结构演化以及动态损伤破坏的模拟。本文综述了高压冲击下动态晶体塑性有限元的理论模型,主要包括变形运动学、包含状态方程的超弹性本构模型和晶体塑性本构模型,涉及位错滑移、相变、孪生等塑性变形机制,以及层裂、绝热剪切带等动态破坏方式。     

晶粒尺度对延性金属材料层裂损伤的影响

微细观结构对材料动态损伤、破坏的影响是目前国内外力学领域的研究热点之一. 基于相关文献的实验结果, 通过理论分析, 给出了一个新的反映晶粒尺度效应的孔洞成核模型, 并将其耦合到延性金属材料层裂损伤模型中. 采用数值方法分析了晶粒尺度对高纯铜材料层裂损伤演化过程的影响. 计算结果显示: 随着材料平均晶粒尺度的增加, 自由面速度回跳点降低, 回跳后速度曲线的斜率增加; 损伤材料内部的孔洞数减少、平均孔洞尺寸增大.计算结果与相关文献所报道的实验 分析结果定性上符合较好. 该结果对于层裂损伤的深入研究具有一定的启发性. 关键词： 层裂 晶粒尺度 延性金属材料 冲击     

相变引起金属靶板异常层裂的应力波分析

 采用唐志平等提出的一种简单混合相相变本构模型,运用特征线分析方法,通过对靶板中弹塑性波和宏观相边界传播情况的分析,对一些异常层裂现象产生的机理给出了理论解释。分析表明,（逆）相变过程的发生会强烈地改变靶板中的冲击波波形,形成所谓的三波结构和稀疏冲击波,板中某些位置还可能出现驻定相边界,各波系间的相互作用更加复杂,从而可能导致一些特殊层裂现象的发生。     

烧结钕铁硼的层裂强度及断裂机理

利用一级气体炮对烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁材料进行平板撞击实验,实现一维应变下的层裂;采用激光干涉测速技术,测量样品自由面粒子速度历史,确定了冲击压缩后层裂强度与加载应力的关系。结果表明:加载应力在0.375～2.512 GPa范围内时,层裂强度随着加载应力的增加先增加后减小,存在一个阈值,当加载应力超过该阈值时,材料发生压缩损伤,层裂强度随之减小。通过扫描电子显微镜观察样品断口形貌,发现在冲击载荷下烧结钕铁硼出现明显的穿晶断裂。     

锥头弹丸穿透薄钢板的实验研究

 为了研究延性薄靶的穿透性能,进行了90°锥头弹丸穿透薄钢板的准静态和动态实验。通过准静态实验,得到了4种不同厚度钢板的载荷-压入位移曲线及破坏模式;结合膜力理论模型及纯弯静塑性破坏模型,对实验结果进行了分析,得出：对于薄靶,大变形膜力起主导作用,随着靶厚增加,弯距在板整体变形过程中的影响逐渐增大。通过动态穿透实验,得到了弹丸穿透4种不同厚度钢板的入射速度、残余速度及靶板破坏模式,计算得到穿透耗能。最后,将准静态实验与动态实验结果进行了对比讨论。     

Soda lime玻璃材料中失效波形成和传播研究

 为了研究冲击载荷作用下Soda lime玻璃材料中失效波的形成和传播,通过轻气炮加载平板撞击实验,采用双螺旋锰铜压阻传感器,在一发实验中同时测量4种不同厚度试件背面与有机玻璃背板间界面处的纵向应力时程曲线,根据测量结果得到试件中失效波的传播轨迹。通过改变碰撞速度,对不同加载条件下的失效波形成和传播规律进行了研究,结果表明,Soda lime玻璃材料在冲击作用下产生失效波所需的延迟时间随冲击载荷的增加而减小,失效波传播速度随冲击载荷的增加而增加。最后采用弹性微裂纹统计模型描述冲击载荷作用下Soda lime玻璃的破坏机制,并将模型嵌入LS-DYNA有限元程序中,模拟试件在不同加载条件下的平板碰撞,所得横向应力和自由面粒子速度曲线均可用于表征失效波破坏现象。根据数值模拟结果分析失效波的传播轨迹,与实验测量结果符合较好。     

钽在冲击载荷下的动态力学特性

 在对称碰撞实验中,用VISAR测试系统记录了自由面粒子速度剖面。结合材料常压弹性纵波声速的测量,利用冲击加载的双波结构,测量了钽在30 GPa以内的冲击波速度,给出了线性相关性非常好的D-u_p 关系,并与高压下的测量结果作了比较。同时对由自由面粒子速度剖面来计算层裂强度的模型进行了讨论,发现模型差异对钽的层裂强度的影响超过30%。     

钢纤维混凝土板在冲击与爆炸荷载下的K&C模型

钢纤维混凝土(Steel fiber reinforced concrete,SFRC)具有优异的延性、韧性及能量吸收能力,被广泛应用于各类防护结构。K&C模型已成为研究普通混凝土构件动力响应的常用材料模型,但仍无法准确表征SFRC的动力特性。为了提高K&C模型在冲击及爆炸荷载作用下预测SFRC板动力响应的能力,对K&C模型进行了改进:基于大量三轴压缩实验数据,建立了新的失效强度面参数模型;采用反复试验法,建立了新的损伤演化模型,并校准了拉、压损伤参数;基于大量高应变率下SFRC的单轴压缩实验数据,建立了新的受压动力增强因子模型。通过LS-DYNA显式有限元动力分析软件模拟了SFRC板的动力响应,模拟结果验证了上述改进的有效性与可靠性。     

Emission von Spallationsprodukten aus metallischen Targets

Emission of spoliation products with mass numbers A = 147 ? 173 from tantalum targets irradiated by 660 MeV protons has been investigated. Cascade-evaporation model calculations are compared to experimental results and data for smaller energies and various targets. Calculations are in agreement with experiments. Relations allowing to estimate the “practical range” of neutron deficient nuclides in thick targets have been obtained.     

Optoheterodyne Doppler measurements of the ballistic expansion of the products of the shock wave-induced surface destruction: Experiment and theory

The results of optoheterodyne Doppler measurements of the ballistic expansion of the products of surface destruction under shock-wave loading are presented. The possibility of determining the physical characteristics of a rapidly flying dust cloud, including the microparticle velocities, the microparticle sizes, and the areal density of the dust cloud, is shown. A compact stand for performing experiments on shock-wave loading of metallic samples is described. Shock-wave loading is performed by a 100-µm-thick tantalum flyer plate accelerated to a velocity of 2.8 km/s. As the samples, lead plates having various thicknesses and the same surface roughness are used. At a shock-wave pressure of 31.5 GPa, the destruction products are solid microparticles about 50 µm in size. At a pressure of 42 and 88 GPa, a liquid-drop dust cloud with a particle size of 10–15 µm is formed. To interpret the spectral data on the optoheterodyne Doppler measurements of the expansion of the surface destruction products (spalled fragments, dust microparticles), a transport equation for the function of mutual coherence of a multiply scattered field is used. The Doppler spectra of a backscattered signal are calculated with the model developed for the dust cloud that appears when a shock wave reaches the sample surface at the parameters that are typical of an experimental situation. Qualitative changes are found in the spectra, depending on the optical thickness of the dust cloud. The obtained theoretical results are in agreement with the experimental data.     

超高速发射中缓冲层材料对钽飞片速度影响的数值分析

 在超高速发射技术研究中,缓冲层材料起着十分重要的作用。通过数值计算,分析了TPX缓冲层材料的厚度对高阻抗钽飞片超高速发射速度的影响,给出了最优的缓冲层材料厚度,对于0.3和0.5 mm厚的钽飞片,选取不同厚度的TPX缓冲层材料,钽飞片中心速度的相对误差达到5%～6%;为了比较不同缓冲层材料对钽飞片速度的影响,还给出了相同厚度的TPX和Lexan材料作缓冲层时,钽飞片的中心速度和压力历史的二维计算结果。     

用高速显微摄影技术测量神龙一号上回喷靶材速度

用高速显微摄影技术对强流脉冲电子束轰击钽金属靶的过程进行了研究,获得了“神龙一号”加速器上靶材回喷过程的实验图像.实验表明,钽金属靶在强流脉冲电子束的作用下,有强烈的热释光现象产生,靶材的回喷粒子的轴向速度可达4.7 mm/μs.     

An improved mixed numerical-experimental method for stress field calculation

In this work a numerical-experimental method is used to study the dynamic behavior of an aluminum plate subjected to a small mass impact. The out-of-plane displacements, due to transient bending wave propagation, were assessed for successive time instants, using double pulse TV-holography, also known as pulsed ESPI. The experimental setup and the image processing methods were improved to allow the calculation of the plate transient stress field. Integral transforms are used to obtain the strain fields from spatial derivatives of displacements noisy data. A numerical simulation of the plate transient response was carried out with FEM Ansys^®. For this purpose a PZT transducer was used to record the impact force history, which was inputted in the numerical model. Finally, the comparisons between numerical and experimental results are presented in order to validate the present methodology.     

双屈服法测定93W合金的屈服强度

 用组合飞片技术以实现对待测材料93W合金进行加载-再加载和加载-卸载，并用VISAR（Velocity Interferometer System for Any Reflector）测试方法和高速数值示波器记录样品-窗口界面的粒子速度，通过上下屈服面法对实验数据进行处理，从而推出93W在冲击压力分别为16、32和96 GPa三个压力点下的屈服强度为：1.8、2.6和4.9 GPa。得到了93W合金在高压下材料屈服强度随冲击压力的增大而增大，但其与冲击压力的比值则随冲击压力的增加而减小的变化规律。