FeMnNi合金高压相变波形测量和层裂机理分析

采用激光速度干涉仪（VISAR）测试技术,利用逆向加载装置FeMnNi飞片／LiF缓冲层／LiF窗口,对低相变阈值金属FeMnNi合金高压加卸栽历程进行实验研究,结果发现FeMnNi合金在高压加载下发生α→ε相变,在高压卸载下发生ε→γ和γ→α逆相变,并有相应的稀疏冲击波Rs1和Rs2形成。应用该结果分析FeMnNi合金等厚对称在高压加载下的“反常”层裂行为发现,逆相变γ→α引发的稀疏冲击波Rs2与中心稀疏波R的相互作用是导致该“反常”层裂的主要因素。     

FeMnNi合金冲击加卸载历程研究

采用激光速度干涉仪(VISAR),应用逆向加载实验装置FeMnNi飞片/蓝宝石窗口和FeMnNi飞片/LiF缓冲层/LiF窗口,分别对低相变阈值金属FeMnNi合金含相变的低压和高压冲击加卸载历程进行实验研究。参阅文献[3,4]分析了实验结果。在低压加载下,FeMnNi合金样品存在α→ε相变,卸载时存在逆相变ε→α及逆相变引发的卸载稀疏冲击波;在高压加载下,FeMnNi合金样品存在α→ε相变,卸载时可能存在逆相变ε→γ和γ→ε行为及逆相变引发的卸载稀疏冲击波。     

冲击相变对FeMnNi合金层裂行为影响研究

通过逆向加载和等厚对称碰撞实验相结合的方法,确定了FeMnNi合金完整的加卸载物理过程和相变层裂特征。采用修正的Boettger模型与非平衡两相相变理论模型,成功模拟再现了实验过程,解释了冲击相变、卸载逆相变及稀疏冲击波形成的物理机理。实验和数值模拟相结合,从应力波相互作用的角度定量分析了层裂发生的原因,指出层裂发生的机制正是由于受载样品发生了冲击相变和卸载逆相变。      

纯铁材料的冲击相变与"反常"层裂

采用VISAR、X射线衍射和金相处理联合测试分析技术,开展等厚对称碰撞实验,研究了纯铁材料的冲击相变与层裂行为特征。结果发现,冲击加载压力大于纯铁材料相变阈值(13 GPa)时,等厚对称碰撞样品发生反常2次层裂。结合相关文献的实验结果,从应力波相互作用的角度分析了反常层裂形成的原因,指出纯铁材料的冲击相变和卸载逆转变及引发的稀疏冲击波是导致反常2次层裂的物理机制。     

Influence of Phase Transition on Spalling Behavior in FeMnNi alloy

通过逆向加载和等厚对称碰撞实验相结合的方法,确定了FeMnNi合金完整的加卸载物理过程和相变层裂特征。采用修正的Boettger模型与非平衡两相相变理论模型,成功模拟再现了实验过程,解释了冲击相变、卸载逆相变及稀疏冲击波形成的物理机理。实验和数值模拟相结合,从应力波相互作用的角度定量分析了层裂发生的原因,指出层裂发生的机制正是由于受载样品发生了冲击相变和卸载逆相变。     

HR2钢及几种铁基材料的冲击相变行为

利用双灵敏度VISAR测量了抗氢钢HR2、工业纯铁DT2和铁锰镍合金FeMnNi在一维应变冲击载荷下的自由面速度历史,结合受载样品的回收分析对其动载行为和断裂表现进行了分析。研究表明,在实验加载压力范围内DT2和FeMnNi样品的自由面速度历史呈现包括相变波在内的典型三波结构,而对HR2钢,尽管金相分析显示其加载前后样品的相组织已发生变化,但速度剖面呈现的仅是典型的弹塑性双波结构。分析认为溶质材料成分和初始相组织是无相变波的主要原因。从冲击相变和卸载逆相变角度解释了在等厚靶碰撞时DT2和FeMnNi材料中出现的多重层裂、浅表层裂现象。     

FeMnNi合金的冲击相变和层裂特性的实验研究

对FeMnNi合金进行了轻气炮平板撞击实验研究,实验中材料发生了相变和层裂。得到的FeMnNi合金的相变阈值压力为6.3~6.9 GPa,远低于纯铁的相变阈值压力13 GPa,说明Mn、Ni合金元素的加入会极大的降低相变阈值。回收试样观测表明,当应力高于FeMnNi合金的相变阈值时,样品中可能产生二次层裂现象和浅表层裂新现象。实验结果还表明该合金相变后层裂强度没有明显的提高。     

斜波压缩下锡的相变和层裂行为

获取不同热力学路径下锡的动态响应实验数据,是深入研究其相变和损伤物理过程的基础.利用小型磁驱装置CQ-4完成了金属锡的斜波加载实验,获取了锡含有相变和层裂损伤物理信息的实验数据.实验结果显示,在加载段锡依次经历了弹塑性转变和β-γ相变两种物理过程,屈服强度约0.194 GPa,相变压力随着锡厚度的增加从7.54 GPa减小到7.14 GPa.在卸载段出现了明显的层裂损伤,层裂强度约1.1 GPa,与相同加载压力下冲击实验结果有巨大差异,层裂片厚度约0.38 mm.结合由锡的多相Helmholtz自由能计算的多相状态方程、Hayes相变动力学方程和损伤度理论,对斜波压缩实验过程进行一维流体动力学数值模拟,计算结果可以很好描述锡的弹塑性转变、相变和层裂三个物理过程.     

爆轰加载下金属锡层裂破碎数值模拟

对爆轰加载下低熔点金属锡的层裂破碎问题开展了数值模拟。在利用实验数据对所采用数值方法和材料模型开展对比验证的基础上，通过对样品内部物理量时间及空间分布演化对比分析，剖析了冲击加-卸载中样品内部应力波与材料相互作用过程。此外，通过对比分析不同厚度锡样品在爆轰加载下的动态行为特征，进一步认识了自由面反射稀疏波、边侧稀疏波和入射稀疏波共同作用下层裂破碎演化机制。结果表明，当样品较薄时，层裂破碎行为由反射稀疏波主导；随着样品厚度的增大，反射稀疏波主导区缩小，入射稀疏波和边侧稀疏波主导区逐渐增大。     

加载路径和温度对NiTi合金相变特性的影响

利用MTS装置,对NiTi形状记忆合金在不同加载路径(拉、压、扭以及拉/压-扭比例加载)和不同温度(28~150℃)下的准静态相变行为进行了较系统的实验研究。结果表明,材料呈现明显的伪弹性效应和拉压不对称性。随着温度的升高,相变起始应力逐渐增大,伪弹性效应和拉压不对称性逐渐减弱。当温度达到一定阈值时,拉压不对称性消失,材料基本呈现弹塑性状态。通过实验曲线确定了NiTi合金的相变临界参数,在σ-τ应力空间中对三种常用宏观相变临界准则进行了讨论,比较了它们各自的适用性。     

平板撞击下C30混凝土中冲击波的传播特性

采用1级气炮加载技术和锰铜应力计多点测试技术,开展了C30混凝土在平板撞击条件下的冲击压缩实验研究。基于锰铜应力计实测的应力波形,研究了混凝土中冲击波的传播特性,结果显示冲击波的应力峰值随传播距离呈现明显的衰减特性,衰减过程可分为2个阶段。在早期阶段,卸载波没有赶上前面传播的冲击波,冲击波应力峰值衰减较慢,主要是混凝土材料的本构粘性效应所引起的;而后期阶段应力峰值的快速衰减则归因于混凝土材料的本构粘性效应、后续的来自飞片自由面的反射波追赶卸载、边侧稀疏波卸载及波传播的几何弥散效应的共同作用;另外,冲击波在混凝土中传播的升时也随着传播距离逐渐增大,即由强间断波逐渐转化为弱间断波。     

双驱动激波管稀疏波破膜技术研究

本文介绍了在双驱动激波管中运用稀疏波破膜的技术。在以压缩空气和氮气作实验气体的情形下,实验研究了中间段长度、稀疏波强度及中间段B膜的破膜压力（压差）对第二激波追韩第一激波的影响。实验结果表明：中间段的长短,显著地制约着前后两道激波的间隔;稀疏波强度及中间段B膜的破膜压力对稀疏波破膜时间及第二激小对反射稀疏波的追赶有重要影响。     

Phase transition and dynamics of iron under ramp wave compression

The ramp wave compression experiments of iron with different thicknesses were performed on the magnetically driven ramp loading device CQ-4. Numerical simulations of this process were done with Hayes multi-phase equation of state (H-MEOS) and dynamic equations of phase transition. The calculated results of H-MEOS are in good agreement with those of shock phase transition, but are different from those under ramp wave compression. The reason for this is that the bulk modulus of the material in the Hayes model and the wave velocity are considered constant. Shock compression is a jump from the initial state to the final state, and the sound speed is related to the slope of the Rayleigh line. However, ramp compression is a continuous process, and the bulk modulus is no longer a constant but a function of pressure and temperature. Based on Murnaghan equation of state, the first-order correction of the bulk modulus on pressure in the Hayes model was carried out. The numerical results of the corrected H-MEOS agree well with those of pure iron in both ramp and shock compression phase transition experiments. The calculated results show that the relaxation time of iron is about 30 ns and the phase transition pressure is about 13 GPa. There are obvious differences between the isentropic and adiabatic process in terms of pressure–specific volume and temperature–pressure. The fluctuation of the sound speed after 13 GPa is caused by the phase transition.     

Shock wave induced phase transition in \alpha-FePO_4

Shock wave induced response of the berlinite form of FePO has been investigated up to 8.5 GPa. The X-ray diffraction measurements on the shock recovered samples reveal transition to the mixture of an amorphous phase and an orthorhombic phase around 5 GPa. The proportion of the amorphous material in the recovered sample is found to decrease at higher pressure. The results are interpreted in terms of a three-level free energy diagram for the crystal to amorphous transitions. Received 26 May 1997 / Accepted 1 September 1997