绝热剪切变形中温升现象的研究进展

材料温度升高是绝热剪切现象的重要特征,研究绝热剪切中的温升对于深入了解绝热剪切失效的形成机制和演化历程具有重要意义,同时对预测材料和结构的动态失效具有重要的实用价值。一般而言,绝热剪切过程中的温升可以分为3个阶段:均匀变形阶段的温升、剪切局部化引起的温升、剪切带形成后热传导引起绝热剪切带附近的温升。本文从理论计算、数值模拟、实验测量和微观组织演化4个方面对绝热剪切中的温升相关研究进行了综述。通过对已有文献的系统整理和总结,以期为开展后续绝热剪切失效相关研究工作给出一定的启发和参考。     

金属冲击温度的辐射法测量问题

 金属的冲击温度及熔化温度测量对构建其完全状态方程具有重要意义。简要综述了用于金属冲击温度及熔化温度辐射法测量的一维热传导理想界面模型和非理想界面模型，并着重对模型中明示或隐含的关键假定的合理性、影响金属冲击温度与熔化温度结果的主要因素进行了分析、讨论，以期对实验数据有一个合理的评估。还讨论了求解理想和非理想界面模型一维热传导方程界面温度时所隐含的冲击压缩下热导率不随温度而变、冲击压缩下金属样品/窗口界面辐射的灰体假定，以及窗口材料的透明性、非理想界面模型中表观界面温度的修正、动载条件下金属高压熔化温度的测量、界面的非Flourier热传导等问题。分析结果表明，目前采用辐射法测量大致可以得到冲击温度，在发生熔化的情况下可获得熔化温度，但离精密测量的要求还有较大差距。     

非晶合金条带的爆炸焊接

 报道了利用爆炸焊接技术对铁基、铁镍基非晶合金条带（厚度约25 μm）进行单层和多层爆炸焊接的结果。金相分析结果表明，条带间相互结合良好；X光衍射结果说明，焊接后的条带仍保持非晶态，即使采用表面已有部分晶化德条带进行焊接，焊接后仍转化为非晶态。这说明在焊接过程中条带表面已发生熔化，且冷却速度也可达10⁶ K/s量级。     

地下强爆炸辐射流体动力学过程的二维数值模拟

为评估强爆炸的毁伤效应,利用流固耦合界面处理方法,考虑辐射输运引起的能量沉积过程,建立同时求解辐射流体力学方程和流体弹塑性方程的二维耦合计算方法,给出地下强爆炸时,爆室内辐射波传播、辐射能量沉积到岩土表层、岩土表层膨胀、冲击波在岩土介质中传播、爆室内高压压缩爆室壁、爆室壁振荡增大的完整物理过程.     

平面冲击波高速撞击下Zr41Ti14Cu12.5Ni10Be22.5大块非晶合金的损伤与断裂

 利用二级轻气炮研究了在平面冲击波高速撞击下，Zr₄₁Ti₁₄Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5大块非晶合金的损伤与断裂行为。实验结果表明：在高速冲击压缩下，大块非晶合金断裂面的角度小于通常压缩情况的角度，这是由高速撞击下材料极高的应变速率决定的；极高的应变速率变形和局域绝热剪切加热造成局部熔化；在温度和压力的共同作用下，非晶合金发生晶化现象。     

水中丝爆炸信号的小波包去噪法研究

利用小波包分析法对水中丝爆炸电流波形进行去噪处理，结果表明，小波包分析法不仅能有效地去除严重的干扰信号，而且能有效地保持爆炸丝完全熔化时电流的突变信号，当电容器的初始电压低时，回路电流在爆炸丝完全熔化时出现明显的突变，当初始电压较高时，该突变现象明显减弱。     

基于理想流体对称碰撞模型的爆炸焊接流场角变形计算

 采用理想流体对称碰撞模型,分析了爆炸焊接流场中沿流线的物理变形,推导出了角变形的理论计算公式,并采用Visual C++语言对其进行了编程计算,获得了驻点近区角变形的大小及变化规律。结果表明,在驻点近区,沿来流至出流方向角变形逐步增大,其变化率在驻点附近最大;沿出流方向,给定碰撞角,角变形随来流速度的增加而增大;给定来流速度,角变形随碰撞角的增大而减小。从理论和实验方面,间接地将计算结果与前人的结论进行了对比验证,结果是一致的,以此为基础配合驻点近区的应变率场,讨论了其对爆炸焊接波状界面形成的影响。     

爆轰驱动Cu界面的Richtmyer-Meshkov扰动增长稳定性

研究了爆轰驱动Cu界面的扰动增长过程,分析了不同初始条件下的扰动增长规律和主要失稳机制.研究结果表明:温度相关的熔化失稳和塑性变形相关的拉伸断裂失稳是界面扰动增长过程的主要失稳机制;高能炸药爆轰驱动Cu材料界面时,冲击波加载引起的温升和扰动增长阶段塑性功转换引起的温升不足以熔化Cu材料,拉伸断裂是导致扰动增长不稳定的主要机制;扰动增长非线性阶段尖钉的最大累积有效塑性应变与尖钉振幅之间存在定标关系,结合熔化条件和断裂应变判据建立的尖钉振幅失稳条件可用于分析界面扰动增长的稳定性.     

有分散热源时矩形区域内熔化问题的数值解

为了探索在电子设备冷却中应用固液相变冷却的可能性，本文用数值方法求解了一侧垂直壁上有三个分散热源、其余三个面均绝热时矩形区域内的二维熔化传热问题，对固液界面形状以及加热壁面温度沿高度方向的变化规律进行了讨论。     

爆炸粉末烧结微孔隙塌缩沉能分析

 对爆炸粉末烧结过程中颗粒间的结合和沉能机制进行了分析,用反映微孔隙闭合的一维球对称塌缩模型对爆炸粉末烧结后期由微孔隙闭合引起的沉能现象进行了研究。在球对称塌缩一维流动的控制方程中引入传热项的影响,采用刚塑性假设并引入热粘塑性本构关系,利用有限差分法对球壳收缩过程中的温度分布进行了计算。结果表明：热传导的影响随孔隙尺度的变小而变大;球壳收缩过程中其内壁经历了从弹塑性体到流体的转变,其温升远高于其它部位的温升,其它部位较低的温度将对熔化的球心起到低温淬火作用。     

装药方式对铜/钢爆炸焊接界面波的影响及波形成机理

为了改善爆炸焊接质量,解决高噪低效的问题,选取Cu为复板、Q235钢为基板,采用LS-DYNA软件和光滑粒子流体动力学方法分别设计了均匀布药和梯形布药方案,研究了硝铵炸药对爆炸焊接界面波的影响。均匀布药结果显示:沿着爆轰方向碰撞压力逐渐增大;炸药量越多,碰撞压力越大,界面波波形越大。梯形布药方案中,通过改变炸药起爆端和末端的高度,设计了4种方案,结果显示:梯形布药可以消除爆炸焊接界面波不均匀现象,使界面波形尺寸基本保持一致,而且节省了炸药用量;当起爆端和末端的高度分别为67.2 mm和42.0 mm时,波形效果最好。通过研究界面波的形成过程可知,SPH法模拟的界面波形成过程与复板流侵彻机理的一致性较好,证明了复板流侵彻机理解释界面波形成过程的有效性。     

爆炸焊接斜碰撞过程的数值模拟

 借助动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA 11.0,建立了考虑材料强度的流体弹塑性力学模型,运用光滑粒子流体动力学（SPH）方法,对爆炸焊接斜碰撞过程进行了数值模拟。界面波和射流的模拟结果与爆炸焊接生产实际中的现象较为吻合,说明采用SPH方法对爆炸焊接斜碰撞过程进行模拟研究是有科学价值的。     

爆炸粉末烧结颗粒间摩擦引起的界面温升研究

 针对爆炸粉末烧结过程中颗粒间的摩擦效应提出了一种无夹角斜碰撞模型,分析了烧结过程中颗粒间摩擦力随温度的变化规律,借助于LS-DYNA有限元程序研究了冲击压力、颗粒大小、材料强度等因素对孔隙闭合时间的影响,给出了颗粒界面温升的表达式。研究结果表明,由摩擦引起的颗粒界面的温升与材料特性、颗粒度、冲击角度、冲击压力等因素有关,随材料的蓄热能力、传热能力和材料强度的增加而减小,并随着材料疏松程度、颗粒直径、冲击压力的增加而增加;在粉末颗粒直径和冲击压力不是太小的情况下,颗粒表面温度将达到材料的熔点。     

多层非晶薄带爆炸焊接温度场模型

 从非晶合金形成的特点出发，结合爆炸焊接传热的特殊性，提出用一种方波形温度场模型来解释非晶薄带爆炸焊接后能保证非晶态的原因。结果表明此模型符合非晶薄带爆炸焊接的实际情况。     

不锈钢/碳钢爆炸复合板消除应力热处理

 为了消除爆炸焊接不锈钢/碳钢复合板界面的残余应力，对实验样品进行了消除应力热处理，并做了力学性能测试、显微硬度测量、扫描电镜分析和金相分析。结果表明，不论是否经过热处理，界面两侧的成分都有互扩散发生；热处理温度小于550 ℃时，力学性能、金相组织和显微硬度变化不大；热处理温度高于650 ℃时，硬度曲线下降到接近原材的硬度，但同时界面近区碳钢表层发生脱碳现象；热处理温度在750 ℃时，碳钢内部还发生相变。因此不锈钢/碳钢复合板的最佳热处理温度可能在600 ℃左右。     

Deformation and Spallation of Explosive Welded Steels under Gas Gun Shock Loading

We investigate deformation and spallation of explosive welded bi-steel plates under gas gun shock loading. Free surface histories are measured to obtain the Hugoniot elastic limit and spall strengths at different impact velocities.Pre-and post-shock microstructures are characterized with optical metallography, scanning electron microscopy,and electron backscatter diffraction. In addition, the Vickers hardness test is conducted. Explosive welding can result in a wavy steel/steel interface, an ultrafine grain region centered at the interface, and a neighboring high deformation region, accompanied by a hardness with the highest value at the interface. Additional shock compression induces a further increase in hardness, and shock-induced deformation occurs in the form of twinning and dislocation slip and depends on the local substructure. Spall damage nucleates and propagates along the ultrafine grain region, due to the initial cracks or weak interface bonding. Spall strengths of bimetal plates can be higher than its constituents. Plate impact offers a promising method for improving explosive welding.     

Study on the effect of temperature rise on grain refining during fabrication of nanocrystalline copper under explosive loading

Nanocrystalline (NC) copper was fabricated by severe plastic deformation of coarse-grained copper at a high strain rate under explosive loading. The feasibility of grain refinement under different explosive loading and the influence of overall temperature rise on grain refinement under impact compression were studied in this paper. The calculation model for the macroscopic temperature rise was established according to the adiabatic shock compression theory. The calculation model for coarse-grained copper was established by the Voronoi method and the microscopic temperature rise resulted from severe plastic deformation of grains was calculated by ANSYS/ls-dyna finite element software. The results show that it is feasible to fabricate NC copper by explosively dynamic deformation of coarse-grained copper and the average grain size of the NC copper can be controlled between 200～400 nm. The whole temperature rise would increase with the increasing explosive thickness. Ammonium nitrate fuel oil explosive was adopted and five different thicknesses of the explosive, which are 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 45 mm, respectively, with the same diameter using 20 mm to the fly plate were adopted. The maximum macro and micro temperature rise is up to 532.4 K, 143.4 K, respectively, which has no great effect on grain refinement due to the whole temperature rise that is lower than grain growth temperature according to the high pressure melting theory.     

复板静载弯曲挠度对爆炸焊接参数的影响

 爆炸焊接是利用炸药爆轰压力工作的固态焊接技术，广泛应用于制造层状金属复合材料。但对薄复板施焊安装过程中，薄板在自重及炸药重量作用下将发生弯曲。基于弹性力学薄板理论，得出了复板受均布载荷作用下产生的挠度及转角表达式；又通过分析爆炸焊接过程中的基、复板的运动参数，结合再入射流形成的声速限条件、流动限条件，推导出爆炸焊接时射流形成的预置角范围；最后将两者结合推导出在给定复板材料及长、宽的条件下，成功施焊所要求的复板最小厚度。     

爆炸焊接参数的计算机辅助设计

 根据爆炸焊接理论，综合分析了相关爆炸焊接参数的计算方法，利用Visual C++语言编制了爆炸焊接参数计算机辅助设计程序，该程序采用菜单和视图形式对输入、输出命令结果进行操作，方便直观。与有关实验结果的对比表明，计算所给出的焊接窗口及最佳焊接参数具有很高的准确度。爆炸焊接CAD方法对于减少实验次数，摆脱经验设计方法，选择最佳焊接参数将是非常有用的工具。     

Interface microstructure and mechanical properties of laser welding copper–steel dissimilar joint

Relatively the high reflectivity of copper to CO₂ laser led to the difficulty in joining copper to steel using laser welding. In this paper, a new method was proposed to complete the copper–steel laser butt welding. The scarf joint geometry was used, i.e., the sides of the copper and steel were in obtuse and acute angles, respectively. During the welding process, the laser beam was fixed on the steel side and the dilution ratio of copper to steel was controlled by properly selecting the deviation of the laser beam. The offset of laser beam depended on the scarf angle between the copper and steel, the thickness of plate and the processing parameters used in the laser welding. The microstructure near the interface between Cu plate and the intermixing zone was investigated. Experimental results showed that for the welded joint with high dilution ratio of copper, there was a transition zone with numerous filler particles near the interface. However, if the dilution ratio of copper is low, the transition zone is only generated near the upper side of the interface. At the lower side of the interface, the turbulent bursting behavior in the welding pool led to the penetration of liquid metal into Cu. The welded joint with lower dilution ratio of copper in the fusion zone exhibited higher tensile strength. On the bases of the microstructural evaluation at the interface of the welded joint, a physical model was proposed to describe the formation mechanism of the dissimilar joint with low dilution ratio of copper.