单晶铜在动态加载下空洞增长的分子动力学研究

冲击载荷下延性材料的损伤是材料中微空洞的产生和长大演化的结果.利用分子动力学模拟 方法对延性金属单晶铜中单个空洞在动态加载下的演化发展进行了研究，得到了空洞增长过 程中的应力分布及空洞增长演化随冲击强度变化的规律.模拟结果表明，动态加载下的前期 压缩过程对后期拉伸应力场作用下的空洞增长演化特征有不可忽视的影响，微空洞增长的阈 值则与单晶实验中层裂强度随拉伸应力作用时间减少而增加的趋势相一致. 关键词： 层裂 分子动力学 动态加载 空洞     

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.     

高加载率条件下LY12铝合金损伤断裂现象的研究

 本文以球形实体中含有一球形空穴为基本单元，通过分析单元的受力状态，推导出了一个韧性介质空穴增长模型。模型中考虑了介质的硬化，应变率效应，同时还考虑了惯性效应。在考虑空穴成核效应时，采用了热激活成核机制。对LY12铝合金进行了二维层裂实验，采用本文提出的动态损伤模型，借助于二维Lagrange弹塑性流动有限差分程序对二维层裂实验进行了数值模拟，计算结果与实验吻合较好。     

无氧铜平面冲击波实验的锰铜应力计测试

 利用纵向锰铜应力计,对无氧铜（OFHC）材料进行了层裂实验,得到了典型的层裂信号;同时测量试件中的纵向应力和横向应力,直接确定了其流动应力。对实验结果与理论计算结果进行了比较,讨论了高压、高应变率下的强度模型以及横向应力计测试问题。     

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。     

D6A、921和45钢的动态破坏与低压冲击特性

 通过对称碰撞研究了D6A、921和45钢的动态损伤与破坏行为。利用自由面速度的双波结构，结合材料在常压下的弹性纵波声速，确定了三种钢的低压Hugoniot关系，同时给出了三种钢的弹性Hugoniot屈服极限以及层裂强度。但是发现，屈服极限和层裂强度的材料分散性明显，在其影响下，层裂强度对加载幅度以及应变率的依赖性得不到体现，从而在其不确定度范围内，可将层裂强度看成一个常数。提出了一个唯象的损伤演化方程，在此基础上，对实验结果进行了部分数值模拟，数值模拟给出的层裂强度远大于近似解析模型的计算结果，两者之间的差异有待进一步研究。     

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     

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%。     

飞秒激光驱动超高应变率加载下铝材料的层裂特性

层裂损伤是材料动态损伤破坏研究中最重要的问题之一,其损伤特性和机制随加载应变率不同表现出明显的阶段性规律。超高应变率条件下材料层裂损伤特性、规律和机制研究已成为极端条件下材料动态响应研究的重要内容,在工程应用和基础研究领域均有重要意义。采用飞秒激光驱动冲击加载技术开展了超高应变率条件下铝材料的层裂损伤实验研究,利用啁啾频域干涉超快诊断方法对铝材料的层裂损伤过程进行了诊断,分析并获得了在109 s-1应变率条件下铝材料的层裂强度约为7 GPa,结合前人的研究数据,解读了铝材料层裂强度随应变率的变化规律。     

岩石Hopkinson层裂的流形元法模拟

 利用二阶流形元法，通过引入裂纹产生及扩展判据，对冲击载荷作用下岩石Hopkinson动态层裂过程进行了数值模拟，再现了拉伸波作用下Hopkinson层裂过程，计算得到的层裂片厚度和速度等与理论值符合较好，验证了流形元法在模拟冲击载荷作用下材料动态破坏过程方面的有效性和优越性。     

氦泡铝的层裂特性实验研究

含氦泡材料的动态断裂性能是多个研究领域关注的重点。采用平板冲击实验技术,对含有氦泡、硼等杂质的铝材料进行了层裂实验研究,由双光源混频系统分别测量了纯铝、掺硼铝以及两种氦浓度的含氦泡铝样品的自由面速度,对比分析了不同杂质影响下铝材料的层裂强度及其差异。实验显示:纯铝的层裂强度为1.28 GPa,引入硼杂质使铝的层裂强度显著降低,降低幅度接近50%;中子辐照掺硼铝引入氦泡后,对铝的层裂性能没有造成进一步影响,说明采用中子辐照掺硼铝方法制备含氦泡铝时,氦泡效应不显著,即氦泡对材料的动态断裂性能影响有限。此外,根据实验测量结果,简要讨论了硼和氦泡等对铝的Hugoniot弹性极限的影响。     

激光加载锡的动态破碎颗粒尺寸分布

基于Grady能量破坏准则,结合固体动态断裂碎块尺寸分布规律研究结果,提出了材料微层裂破碎颗粒质量分布改进模型,并对强激光加载下锡的熔化破碎实验进行了理论计算。研究显示,理论计算的锡的微层裂破碎颗粒分布数随直径变化规律与实验结果一致,模型进一步改进需考虑应变率变化等更多综合因素影响。     

异构金属材料的冲击动力学行为研究进展

高强度金属材料往往塑性/韧性较差,而异构金属的微结构设计能够使得金属在获得高强度的同时具有良好的塑性/韧性。因此,异构金属在准静态、动态载荷下的力学行为成为材料力学/冲击动力学的研究热点。综述了梯度结构、双相结构、多尺度晶粒结构等异构金属的动态力学性能及微结构机理方面的研究进展。相比于均匀材料,异构金属表现出更优越的动态剪切韧性和冲击韧性。由于异构材料微观结构的非均匀性,绝热剪切带的萌生与扩展往往不同于均匀材料。异构金属中的界面或软区能够有效抑制绝热剪切带的萌生及扩展,延缓材料失效。异构材料中,非均匀变形产生的额外加工硬化使得异构金属表现出优异的动态力学性能。     

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.     

用LBS—16B型高速相机记录高温动态云纹干涉条纹

以３０ｍＷＨｅ－Ｎｅ激光作为相干光源，用ＬＢＳ—１６Ｂ型高速相机连续记录ＬＹ１２铝板试件在大电流快速加热条件下的动态云纹干涉条纹图像，获得了１０００幅／ｓ的有效拍摄频率，为将云纹干涉应用于高温动态变形测试提供了一种有效的方法。     

孔洞增长与汇合的数值模拟

在研究延性材料的层裂过程中，微孔洞的成核、增长与汇合是主要问题。在二维平面条件下，应用二维拉氏有限元弹塑性流体力学程序(LTZ-2D)，在动态拉伸作用下，对多种形状的孔洞增长、相互作用和汇合进行了数值模拟。结果表明，初始非圆形孔洞在动态拉伸作用下，经过了一定时间后，孔洞的增长均趋近于圆形。如果在孔洞周围允许材料损伤断裂的话，当孔洞继续长大到一定程度时，将产生破裂并且汇合。以铜材料为例，     

动态断裂过程的数值分析及LY-12铝的层裂

 本文从文献[1]中用于分析柱壳动态膨胀断裂过程的损伤度函数出发，将它推广到对一维应变下层裂过程的数值模拟研究。试件材料为LY-12铝，其特性方程取为含粘性的本构方程形式。数值计算结果很好地再现了实测自由面速度u_fs随时间t的变化过程，并表现出层裂强度σ_c及层裂面上的临界损伤度α_c都分别是应变率ε_c'的单调递增函数关系。σ_c~ε_c'的这种变化规律在许多文献中已屡见报道，例如可见文献[2-3]。在10⁵ s^-1~10⁶ s^-1应变率范围内，σ_c~ε_c'关系可以表示为ε_c'exp(-11.4α_c)=2 100 s^-1，这个式子可以作为一种层裂判据使用。数值计算还给出了层裂片的损伤度剖面，其形状特征与Barbee等对回收试件的细观测量结果在定性上一致。     

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。     

缺陷形状及角度对于铝材料微喷射的影响

目前，一般认为引起微喷射的主要物理机制有：(1)试件的表面缺陷(如凹坑、划痕等)形成的微射流机制，很可能是微喷射的主要来源。(2)在冲击波作用下，晶界处产生局部能量沉积，而形成“热点”，致使物质局部熔化甚至汽化。(3)材料表面的杂质可能产生微层裂或剥落而形成微喷射。在材料发生微喷射的过程中，这些机理经常同时存在，对于不同的材料，在不同的条件下，可能是不同的机制起主导作用。在实验中发现，铝试件在冲击压为40GPa时，其表面温度大约为500K，这大大低于931K的熔化温度。因此，可以认为铝材料在冲击压力低于40GPa时，没有熔化现象发生。故而对于纯铝试件，当冲击压力达到约30GPa时，铝材料表面缺陷形成的微射流是其微喷射的主要机制。     

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