FeMnNi合金冲击相变与卸载逆相变历程研究

采用VISAR测试技术,将正向加载和逆向加载实验相结合,研究了不同加载压力下FeMnNi合金的冲击相变和卸载逆相变历程.结果表明:冲击加载压力与冲击相变阈值之差小于逆相变阈值时,即0＜σp-σt＜σn,FeMnNi合金发生α→ε相变,加载段呈现弹性波、塑性波和相变波三波结构,塑性波在自由面反射稀疏波使FeMnNi合金完...     

Influence of shockwave profile on ejecta from shocked Pb surface:Atomistic calculations

We conduct molecular dynamics simulations of the ejection process from a grooved Pb surface subjected to supported and unsupported shock waves with various shock-breakout pressures(PSB) inducing a solid–liquid phase transition upon shock or release. It is found that the total ejecta mass changing with PSBunder a supported shock reveals a similar trend with that under an unsupported shock and the former is always less than the latter at the same PSB. The origin of such a discrepancy could be unraveled that for an unsupported shock, a larger velocity difference between the jet tip and its bottom at an early stage of jet formation results in more serious damage, and therefore a greater amount of ejected particles are produced. The cumulative areal density distributions also display the discrepancy. In addition, we discuss the difference of these simulated results compared to the experimental findings.     

膨胀柱壳恒定应变率的本构关系

考虑到金属柱壳膨胀过程中随机裂纹萌生对测试结果的可能干扰,设计了预置有中心穿透圆孔的柱壳样品,采用多普勒光纤探针测量系统获得了柱壳外壁更优的径向速度历史。基于膨胀柱壳实验中固有的非恒定应变率现象,研究了获得恒定应变率下本构方程的方法,并采用改进后的本构方程确定方法,获得了20钢恒定应变率下的应力应变关系。     

韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟

用数值方法模拟了韧性金属圆环的自由膨胀碎裂过程. 采用Johnson-Cook热黏塑性本构模型描述材料的动态变形和热软化特性, 采用包含内聚力失稳断裂准则的Johnson-Cook型损伤断裂模型描述材料的破坏和分离过程, 采用结合单元消去技术的ABAQUS/Explicit程序进行分析. 在特定膨胀速度下对多个圆环进行碎裂数值实验, 获得碎片样本集合. 研究证实, Grady-Kipp基于塑性卸载波传播机制的韧性碎片尺寸公式可以较好地预测碎片的平均长度. 模拟再现了圆环碎裂过程中塑性卸载波的传播,揭示了Grady-Kipp公式合理性的物理基础.      

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。      

爆炸加载下装配垫片对金属柱壳膨胀断裂影响研究

采用多普勒光纤探针测速技术（Doppler pins system,DPS,又称全光纤位移干涉测速技术）和高速摄影技术,研究装配垫片对金属柱壳膨胀断裂的影响,获得了有无垫片对应柱壳外表面位置的速度曲线和垫片对柱壳膨胀断裂影响明显的高速摄影图像。实验结果表明：与无垫片区域相比,垫片区域的柱壳外表面经历了先凸起后内凹的过程,导致垫片对应柱壳的径向运动位移发生反复错位,最终低于无垫片区域约0.34 mm,该位移差可能导致柱壳发生径向剪切断裂;实验结果还表明,在垫片与间隙交界处两侧（沿垫片方向约7.5°、沿间隙方向约9°）处各增加了一条裂纹,该断裂模式既不同于环向拉伸断裂,也不同于45°的剪切断裂,而是由垫片/间隙边界产生的两束稀疏应力波传到柱壳外表面引起的扰动影响所致,这个新的断裂模式与柱壳材料的动态力学性能密切相关。数值模拟结果表明,装配垫片对柱壳断裂机制影响不仅包含该处附加的质量效应,还应考虑炸药通过垫片后作用在柱壳上的冲击加载幅值变化、冲击加载时序与其他部位不同步的差异,以及垫片/间隙交界处引起的表面波传播对柱壳断裂模式的后续发展行为的影响。

     

高速分幅照相实验中的前照明技术改进

对高速分幅照相中的传统照明技术进行了改进，发展了白色背景的前照明分幅照相技术。用激发炸药加氩气袋作为前照明光源，在被照相物体的背后悬挂白布作为背景，利用前照明光源在背景上的漫反射光作为后照明，可以获取边界清晰的前照明分幅照相照片。将此技术应用于爆轰加载下金属圆管膨胀过程的拍摄，获取了圆管前表面与边界均很清晰的动态实验照片。     

爆炸膨胀环实验技术初步研究

为避免对碰爆轰波加载时的应力不均匀性,初步建立了爆炸丝线起爆方式的爆炸膨胀环实验技术。长度为200mm、直径为0．175mm的铜丝爆炸同步性小于0．2μs,基本实现了同步起爆粉末泰安炸药,通过膨胀环实验初步获得无氧铜试样环的膨胀速度历史,为进一步利用爆炸膨胀环实验研究材料的高应变率拉伸加载时的本构关系奠定了基础。     

高应变率拉伸加载下无氧铜的本构模型

为了研究材料在高应变率拉伸加载下的动态响应,利用新型爆炸膨胀环实验技术开展了无氧铜试样环的拉伸加载实验,采用激光干涉测试技术获得了试样环拉伸变形过程的径向速度历史。数值计算发现经典JC模型不能较好地描述无氧铜试样环的膨胀过程,于是对JC模型进行了修改:增加了应变的指数硬化项来描述拉伸变形的累积效应;增加了应变率的线性项描述拉伸加载时的应变率效应;利用实验数据拟合了修改后的RJC模型参数,最终较好描述了无氧铜试样环的膨胀变形过程。     

实现材料高应变率拉伸加载的爆炸膨胀环技术

一维的高应变率拉伸加载主要有3项实验技术——Hopkinson拉杆、电磁膨胀环和爆炸膨胀环。本课题组对传统的爆炸膨胀环实验技术进行改进,建立爆炸丝线起爆方式的新型爆炸膨胀环实验加载技术,并利用该技术开展了材料的高应变率拉伸实验,获得了较好的实验结果。