动载荷下材料的屈服强度变化

描述了冲击加载和准等熵加载下获得材料动态屈服强度的方法,并以钨合金材料为研究对象 ,通过VISAR测试技术测量了钨合金材料在冲击加载下的屈服强度随压力的变化,并把实验结果与文献报道的准等熵加载下的材料强度变化的实测结果进行了比较.结果表明,准等熵加载下材料的屈服强度明显高于冲击加载下的材料屈服强度,并认为这主要是由于两种加载方式下材料的温升效应不同所造成的.     

磁驱动准等熵压缩下LY12铝的强度测量

高压高应变率加载下材料的强度研究一直是冲击动力学的一个难题,目前动态载荷下材料的高压强度测量主要是基于平板撞击技术,冲击温升和应变率效应对材料强度的影响难以分离. 基于小型磁驱动加载装置CQ-4,开展了磁驱动准等熵压缩下LY12 铝的声速和强度测量的实验研究,讨论了考虑加载-卸载过程时磁驱动压缩实验的负载电极设计、实验样品设计、数据处理与分析等内容,并获得了12 GPa 压力范围沿加载-卸载路径的声速变化和峰值压力点的强度数据.      

[100]LiF单晶在60 GPa以内冲击加载下的高压屈服强度特性

获取光学窗口自身的高压强度特性是开展材料高压高应变率冲击响应行为精密测量和数据反演的重要基础。利用平板撞击和双屈服面法,通过冲击-卸载、冲击-再加载原位粒子速度剖面精细测量和数据反演,获得了约60 GPa范围内[100]LiF屈服强度特性随冲击压力的变化规律。结果表明:在实验压力范围内,[100]LiF的屈服强度随加载压力的提高而显著提高,压力硬化效应显著;同时,LiF在冲击加载下的屈服强度高于磁驱准等熵加载结果,应变率硬化效应强于热软化效应。采用Huang-Asay模型确定了可描述冲击加载[100]LiF强度特性的本构模型参数,为LiF在强度、相变、层断裂等加窗测量实验中的深入应用和数据准确解读提供了重要支撑。     

冲击压缩LY12铝向不同充气介质卸载后的光反射率实验研究

用二级氢气炮作为冲击压缩加载工具和多通道瞬态辐射高温计作为主要测量系统,对装有初始压力为6 MPa和1.2 MPa的氦气、氘气和氢氘混合气体冲击压缩等离子体的光谱幅亮度历史进行了测量。根据实测记录信号波形的有关特征量,拟合得到了冲击压缩LY12铝基板表面光反射率R。结果发现：受冲击LY12铝基板表面对340~800 nm波长向不同充气介质氦气、氘气和氢氘混合气体等离子体卸载后的光反射率为约0.4,为静态下铝基板反射率(约0.8)的一半。并对动态加载下反射率降低的机理进行了探讨。     

钽和LY12铝的高压声速测量

应用两种不同的实验装置钽飞片/LY12铝缓冲层/LiF窗口和钽飞片/LiF窗口,采用逆向碰撞法测量了钽在110~131 GPa冲击压力下的纵波声速。实测的钽的声速结果与文献\[5\]报道的数据有较好的一致性。研究结果表明,作为缓冲层的LY12铝与LiF窗口的阻抗比较接近,使用缓冲层对钽的声速测量结果没有明显影响。实验测量同时获得了LY12铝在110 GPa和131 GPa冲击压力下的纵波声速。结合文献\[4\]的数据表明LY12铝在125～150 GPa冲击压力范围内,纵波声速随冲击压力的增加逐渐降低至体波声速。     

动高压加载下锆基金属玻璃强度测量

为了研究Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的高压强度特性,进行了平靶冲击实验。采用反向碰撞方式,运用DISAR技术测量金属玻璃样品/LiF窗口界面粒子速度剖面,分析粒子速度剖面获得了37~66GPa压力范围锆基金属玻璃的屈服强度和剪切模量。实验结果表明,在上述压力范围金属玻璃的屈服强度和剪切模量均显示出一定程度的压力硬化效应,分析表明金属玻璃冲击加载波阵面剪应力衰减并非由损伤/破坏或温度软化等因素导致。

     

适用于自洽强度方法的冲击加载-再加载实验技术

针对自洽强度方法存在的冲击加载-再加载的难题,提出了一种采用较高硬度材料为支撑制作组合飞片的简便方法。利用该方法获得了铝、锡和锆基金属玻璃较理想的冲击加载-再加载粒子速度剖面,验证了该方法的有效性。由本文获得的冲击加载-再加载粒子速度剖面,并根据自洽方法,计算得到了铝、锡和锆基金属玻璃再加载过程剪应力变化数据。进一步分析表明,在本文涉及的压力范围内,仅由冲击加载-卸载实验得到的铝、锡和锆基金属玻璃屈服强度将比实际结果降低20%~50%。因此,在采用自洽方法计算高压强度时,冲击加载-再加载数据不可或缺。     

含铝纤维复合炸药的能量输出和力学强度

通过空中爆炸实验,研究了铝纤维对爆炸能量输出的影响,结果表明:wAl=0.20的TNT/Al,冲击 波压力峰值为TNT 的1.19倍,TNT 当量为TNT 的1.29倍;wAl=0.20的RDX/Al,冲击波压力峰值为 RDX的1.20倍,爆热为TNT的1.64倍,是RDX的1.31倍。通过抗压实验,研究了铝纤维对炸药力学强度 的影响,结果表明,铝纤维能增强TNT炸药的力学强度,破坏应力为6.8MPa,应变为0.043。铝纤维对炸药 能量和力学强度的双重增强特性,可以为现代高性能炸药设计提供参考。     

超高速碰撞LY12铝靶产生等离子体的电子温度诊断

为了诊断超高速碰撞过程中产生等离子体的电子温度,进而研究不同碰撞速度、相同入射角度（弹道与靶板平面的夹角）下超高速碰撞产生瞬态等离子体在整个物理过程的电子温度随时间的演化规律,设计了适用于瞬态等离子体诊断的扫描Langmuir探针诊断系统。通过二级轻气炮加载LY12球形铝弹丸,运用设计的扫描Langmuir探针诊断系统分别进行了入射角度为30、不同碰撞速度下碰撞LY12铝靶产生等离子体的实验诊断。获得了整个物理过程在给定探针位置处等离子体的电子温度与碰撞速度的关系。     

混凝土层裂强度测量的新方法

提出了利用Hopkionson压杆测量混凝土层裂强度的新实验方法:用高聚物材料取代传统的金属材料透射杆,混凝土试件为细长杆,由于高聚物波阻抗比混凝土小,试件中压缩波在试件/吸收杆界面反射后形成拉伸波使试件产生层裂破坏,通过吸收杆上透射波形可以确定混凝土层裂强度。由于波在粘弹性材料中的弥散效应,吸收杆中透射波形会发生变化,但三维有限元分析表明,在利用吸收杆上透射波确定混凝土层裂强度时弥散产生的影响可以忽略。按照一维特征线理论,可以由吸收杆上的应变波形确定出混凝土材料的层裂强度。     

岩石巴西圆盘动态劈裂的流形元法模拟

利用二阶流形元法,通过引入裂纹产生与扩展判据,对冲击载荷作用下岩石平台巴西圆盘的动态拉伸劈裂过程进行了数值模拟,再现拉伸波作用下圆盘被劈裂的过程。模拟现象与实验结果相符,动态平衡时的应力分布与有限元结果基本一致。从而验证了流形元在模拟冲击载荷作用下材料动态破坏过程的有效性和可行性。     

A generalized self-consistent polycrystal model for the yield strength of nanocrystalline materials

Inspired by recent molecular dynamic simulations of nanocrystalline solids, a generalized self-consistent polycrystal model is proposed to study the transition of yield strength of polycrystalline metals as the grain size decreases from the traditional coarse grain to the nanometer scale. These atomic simulations revealed that a significant portion of atoms resides in the grain boundaries and the plastic flow of the grain-boundary region is responsible for the unique characteristics displayed by such materials. The proposed model takes each oriented grain and its immediate grain boundary to form a pair, which in turn is embedded in the infinite effective medium with a property representing the orientational average of all these pairs. We make use of the linear comparison composite to determine the nonlinear behavior of the nanocrystalline polycrystal through the concept of secant moduli. To this end an auxiliary problem of Christensen and Lo (J. Mech. Phys. Solids 27 (1979) 315) superimposed on the eigenstrain field of Luo and Weng (Mech. Mater. 6 (1987) 347) is first considered, and then the nonlinear elastoplastic polycrystal problem is addressed. The plastic flow of each grain is calculated from its crystallographic slips, but the plastic behavior of the grain-boundary phase is modeled as that of an amorphous material. The calculated yield stress for Cu is found to follow the classic Hall-Petch relation initially, but as the gain size decreases it begins to depart from it. The yield strength eventually attains a maximum at a critical grain size and then the Hall-Petch slope turns negative in the nano-range. It is also found that, when the Hall-Petch relation is observed, the plastic behavior of the polycrystal is governed by crystallographic slips in the grains, but when the slope is negative it is governed by the grain boundaries. During the transition both grains and grain boundaries contribute competitively.     

岩石双孔爆破过程的流形元法模拟

在流形元基本理论基础上,引入断裂力学的裂纹产生及扩展判据,应用二阶流形元对岩石双孔爆破过程进行了研究,模拟了双孔同时起爆和毫秒延时起爆两种条件下裂纹的产生和扩展、块体的形成以及漏斗形成过程,分析了爆炸载荷作用下岩石的破坏规律以及起爆条件对该过程的影响,验证了流形元法在研究冲击载荷作用下岩石从连续体到不连续体破坏过程的准确性和有效性,为研究类似问题提供一个新的思路和方法。     

圆柱形弹体Taylor撞击方法研究

研究了圆柱形弹体垂直撞击刚性靶体的Taylor撞击问题,提出了弹体撞击过程中未发生变形部分的速度变化规律,即二次非线性变减速运动,并通过弹体的运动方程对Taylor撞击进行了理论分析;同时利用再生核质点法(Reproducing kernel particle method,RKPM)对Taylor撞击过程进行了数值分析。利用该理论对五种具体材料进行分析,结果表明,解析结果与试验结果及数值分析结果吻合较好。     

炸药水中爆炸冲击因子的新型计算方法

针对水中爆炸冲击因子在近场范围内的一些不足,利用水中爆炸冲击波的最大峰值压力与正相冲量的乘积推导了冲击因子的表达式。通过水中爆炸实验,得到了几种典型炸药的冲击波参数及其相似方程。利用该公式计算了水中爆炸冲击因子及其装药指数,并与基于平面波的水下爆炸冲击因子进行了对比。结果表明：冲击因子中的装药指数n＝0.5不仅适合所有以TNT为基本组分的炸药,也适合于RDX、HMX基的炸药。在修正冲击波形状的基础上,由峰值压力与冲量的乘积推导的冲击因子计算公式,从冲击波的毁伤作用的角度表述了水中爆炸冲击因子的物理意义,在计算近场冲击因子时具有更高的准确性。

     

光通量法在SHPSB剪切应变测量中的应用

利用光通量方法对分离式霍普金森压剪杆实验技术中的剪切应变测量进行了实验研究。实验装 置主要包括:准直激光器、光电接收器、光学挡板。由装置性能验证实验结果以及不确定度分析结果表明:利 用基于光通量法的剪切应变测量技术能够可靠地测量SHPSB(splitHopkinsonpressurebar)试样的剪切应 变。并对比了基于光通量法测量的剪切应变值与理论近似结果,结果显示前者小于后者,分析并讨论了原因。