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     

加载应力幅值对高纯铜动态损伤演化特性研究

研究了加载应力幅值对延性金属高纯无氧铜动态损伤演化特性的影响. 层裂实验在一级轻气炮上开展, 利用不同的飞片击靶速度实现不同加载应力幅值(2.5 GPa, 2.75 GPa和3.75 GPa), 采用DISAR位移干涉诊断技术测量样品自由面的速度剖面, 利用基于白光轴向色差的表面轮廓测试技术测试软回收的样品截面. 结果显示: 随着加载应力幅值的升高, 层裂强度几乎没有变化, 但自由面速度剖面上Pull back信号后的回跳速率和幅值显著增大, 损伤演化速率显著升高.进一步分析表明: 延性金属动态损伤演化过程中微孔洞成核对加载应力幅值单一因素不敏感, 但加载应力幅值是微孔洞长大和聚集的主导因素之一.     

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。     

高纯铝层裂的自由面速度剖面特征分析

 采用任意反射面激光干涉测速（VISAR）系统,对高纯铝（纯度为99.999%）材料开展了层裂实验研究,获得了未完全层裂和完全层裂样品的自由面速度剖面。基于实验测量中观察到的层裂回跳（Pullback）信号的脉冲宽度、速度幅值差异以及回跳信号上升过程中的两次速度斜率变化特征,详细讨论了高纯铝材料从出现损伤到完全断裂的过程中波剖面演化的行为特征。结合“软回收”样品的细观分析,指出这些自由面速度变化特征可能与材料中应力波的能量释放速率以及材料中晶粒的断裂行为密切相关。研究结果可以为延性金属损伤断裂的演化过程提供有意义的认识。     

基于单孔洞近似的高纯铝部分层裂实验的数值模拟研究

基于单孔洞近似,对不同撞击速度下高纯铝的部分层裂实验进行了数值模拟研究,讨论了微孔洞长大对波传播的影响及其在自由面速度波剖面上的表现. 通过分析微孔洞周围的应力场变化,认识到实测自由面速度波剖面出现"回跳"特征并不能说明材料发生完全层裂,其直接原因是样品内部微孔洞长大所引起的局部卸载效应. 将计算得到的自由面速度波剖面和微孔洞相对体积与实验结果进行了对比分析,发现两者均符合很好,表明采用单孔洞增长来近似描述部分层裂样品中随机损伤发展及其对波传播的影响是可行的. 关键词： 层裂 孔洞增长 自由面速度波剖面 微孔洞相对体积     

惯性及弹塑性效应对延性金属材料层裂损伤的影响

本文以空心球壳模型为基础,在飞片加载条件下,讨论了惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小对材料层裂损伤的影响.分析结果表明,在研究材料层裂损伤问题时,惯性、弹塑性效应以及初始孔洞大小的影响是不能忽略的,特别是初始孔洞大小的影响.同时,鉴于初始孔洞大小的重要影响,本文尝试给出了一个分析初始孔洞尺寸的方法. 关键词： 层裂损伤 惯性 弹塑性效应 初始孔洞     

强激光辐照下纯铝动力学响应和层裂的数值模拟

 采用改进的损伤度函数模型，该模型将材料损伤断裂看作为一种典型的逾渗过程，根据逾渗临界准则，采用应力松弛函数来描述损伤后期微损伤之间的连通效应，考虑了损伤对材料本构的影响，对纯铝在强激光辐照下的动态力学响应和层裂破实验进行了数值模拟。通过高斯分布激光脉冲压力加载，计算分析了激光与样品相互作用。计算结果表明：损伤演化明显地改变了材料力学响应以及样品中波传播特性，计算较精确地再现了实测自由面速度随时间的变化过程。根据计算结果分析了损伤演化过程，485 μm厚样品中损伤的分布主要集中在距离样品后界面100 μm 范围内，具有明显的损伤局部化特征，最大损伤值为11.2%。     

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。     

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.     

预加温条件下高强铝合金动态屈服及层裂行为的研究

采用一级轻气炮加载和电阻丝环向热传导加热方式,对两种典型的高强铝合金(2024-T4和7075-T6)进行了不同预加温度(范围为298~750K)下的层裂实验研究。基于自由面速度剖面的实测结果,获得了不同温度下两种铝合金材料的雨贡纽弹性极限和层裂强度,结果显示,两种铝合金的雨贡纽弹性极限和层裂强度均随温度的升高呈线性衰减。同时,采用内聚力模型对两种铝合金的预加温层裂实验进行了数值模拟研究,讨论了模型参数的物理含义及确定方法,计算得到的自由面速度剖面与实验结果的吻合性很好,表明内聚力模型适用于描述层裂过程中由损伤演化引起的能量耗散行为。     

Elastic-plastic deformation and fracture of shock-compressed single-crystal and polycrystalline copper near melting

The Hugoniot elastic limit, the yield strength, and the spall strength of polycrystalline M1 copper and single-crystal (110) and (111) copper are determined during shock compression up to 8 GPa in the temperature range 20–1080°C from an analysis of the free-surface velocity profiles recorded with VISAR laser velocimeter. The measurements show that all copper samples exhibit strong athermal hardening (increase in the Hugoniot elastic limit) near the melting temperature. Copper single crystals have a very low elastic limit in the temperature range up to 600°C, this limit increases sharply as the temperature increases to 1000°C, and it depends on the crystallographic orientation of a single crystal. The temperature dependence of the spall strength has a threshold character for all copper samples. Copper single crystals demonstrate higher resistance to spall fracture; however, near the melting temperature, the difference between the spall strengths of the copper single crystals and M1 copper becomes insignificant, 50% of the initial level.     

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     

Spall Strength of Resistance Spot Weld for QP Steel

The spall tests under the plane tensile pulses for resistance spot weld(RSW) of QP980 steel are performed by using a gun system.The velocity histories of free surfaces of the RSW are measured with the laser velocity interferometer system for any reflector.The recovered specimens are investigated with an Olympus GX71 metallographic microscope and a scanning electron microscope(SEM).The measured velocity histories are explained and used to evaluate the tension stresses in the RSW applying the characteristic theory and the assumption of Gathers.The spall strength(1977-2784 MPa) of the RSW for QP980 steel is determined based on the measured and simulated velocity histories.The spall mechanism of the RSW is brittle fracture in view of the SEM investigation of the recovered specimen.The micrographs of the as-received QP980 steel,the initial and recovered RSW of this steel for the spall test are compared to reveal the microstructure evolution during the welding and spall process.It is indicated that during the welding thermal cycle,the local martensitic phase transformation is dependent on the location within the fusion zone and the heat affected zone.It is presented that the transformation at high strain rate may be cancelled by other phenomenon while the evolution of weld defects is obvious during the spall process.It may be the stress triaxiality and strain rate effect of the RSW strength or the dynamic load-carrying capacity of the RSW structure that the spall strength of the RSW for QP980 steel is much higher than the uniaxial compression yield strength(1200 MPa) of the martensite phase in QP980 steel.Due to the weld defects in the center of the RSW,the spall strength of the RSW should be less than the conventional spall strength or the dynamic load-carrying capacity of condensed structure.     

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     

On some principal features of data processing of spall fracture tests

A method for processing the results of dynamic spall fracture tests, based on the exact solution of the wave equation, and its commonly used simplified version based on the assumed unique relation between the free surface velocity drop and the ultimate medium fracture stress, are analyzed. Using the considered exact solutions of the wave technique, tensile stress pulses during spalling are determined. The obtained stress levels at the fracture point are compared with the spall strength calculated by the velocity drop technique. The cases of agreement and disagreement of the results obtained using both techniques are shown. By the example of differently shaped loading pulses, possible scenarios of sample fracture are presented, in particular, the probability of the fracture delay effect is shown, which can be lost in the simplified processing method.     

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。     

Response of high-purity titanium to high-pressure impulsive loading

Abstract

Measurements of free surface velocity profiles of high-purity titanium samples under shock-wave loading were performed to study the dynamic strength and phase transition parameters. The peak pressure of the initial compression waves was within the range of 4 to 40 GPa, and the load duration was vaned between 10^?8 and 10^?6 s. An anomalous structure of shock waves was observed at pressures of ～ 2.0 to 5.0 GPa due to the α-ω phase transition. The dynamic strength of pure titanium is lower than that of titanium alloys but exceeds the spall strength of commercial grade titanium.