王晖[1]2004年在《脆性材料的强间断分析》文中认为强间断法用于研究位移不连续问题因而受到了广泛的注意和研究。强间断法的重要特征是在连续的位移场中研究位移不连续的问题，通过在间断上引入附加应变来模拟间断。 本文对位移间断做了简要的介绍，并回顾了位移间断研究的发展过程，介绍了各个阶段的标志性研究成果，其中重点介绍了强(弱)间断法。阐述了强间断法的基本原理，并针对脆性材料和塑性材料，介绍了破坏模型和塑性模型在间断线上的本构方程。同时针对强间断法的几种不同算法，根据数值试验，对这些算法进行对比，介绍了各自的优势及适用条件。本文提出了在计算脆性材料时，用位移法和总势能变分原理离散单元，在弱形式下满足了在间断线上力的平衡要求，这样得到了对称的刚度阵。并通过一维和二维问题的数值算例说明了这一算法的可行性。通过算例可以看出，这一算法基本解决了在用对称单元刚度阵进行强间断计算中所遇到的应力自锁现象。与Oliver利用Petrov—Galerkin法离散单元相比，这一算法在脆性材料的破坏计算中显示出了在计算效率上的突出优势。文章最后将强间断法应用到具有构造柱的墙体的破坏计算中，用最大主应力准则来判断破坏，通过强间断法的引用，得到了嵌入间断的破坏单元，从而计算出在外载作用下墙体的开裂方向。 强间断法在计算材料的开裂和滑移中有较广泛的应用，可以针对多种材料的位移间断进行应用。强间断法将不连续问题转化成连续问题进行研究。因此，强间断法为位移不连续问题的研究开辟了一条崭新的道路，在间断研究和连续体研究之间建立起一座相互连通的桥梁。
刘智光[2]2012年在《混凝土破坏过程细观数值模拟与动态力学特性机理研究》文中研究表明混凝土在细观层次上由骨料、砂浆及其之间的界面过渡区组成,各细观组分对其宏观力学性能均有直接影响。采用宏观与细／微观相结合的研究方法,可以在物理机制上给予混凝土宏观力学行为合理的解释,细观数值技术已成为该领域重要的发展方向之一。有鉴于此,本文基于材料细观物理特征的考察,开展混凝土破坏过程的细观数值模拟研究以及混凝土动态力学特性的机理研究。1.采用一维统计细观损伤力学模型,考虑损伤耗能与应变能释放之间的平衡,对混凝土材料的静态轴拉破坏过程进行了稳定性分析,解析表达了材料由均匀损伤过渡到局部损伤的临界状态、失稳破坏导致的应力跌落现象和临界状态的尺寸效应律,为混凝土破坏过程细观数值模型研究提供了参考。2.从概率体元建模和界面过渡区模拟两方面对细观数值模型展开研究。在更低的尺度上,分属于骨料、砂浆和界面过渡区的细观单元本身也是由复合材料组成,应用复合材料力学中的Voigt近似和Reuss近似,讨论了细观单元弹性模量和抗拉强度的分布特征；与可靠度理论中抗力考虑成多个随机变量的乘积类似,以强度和弹性模量的乘积作为细观单元的一种综合性能参数,提出了基于综合性能参数的概率体元建模方法,且该方法可以反映前述弹性模量与抗拉强度的分布特征。对细观单元材质组成的单一化假定进行改进,视内嵌界面过渡区的细观单元为一种广义复合材料单元,将修正的Vogit-Reuss模型运用到复合材料单元并形成等效均质单元,单元的损伤通过各组成材料的损伤体现,建立了复合型界面损伤模型。3.应用上述细观数值模型,仅考虑细观介质的惯性效应,对混凝土材料的动态破坏过程进行了数值模拟研究,表明材料非均质性和应力波传播是与混凝土动态力学特性有关的两个基本要素。以一维非均质杆的动态破坏为原型对此进行了理论论证,进一步探讨了混凝土动态力学特性的物理机理：应力波传播的时空性使材料中的应力非均匀性异于静态加载时仅由材料非均匀性决定的应力非均匀性,故动态加载混凝土的破坏形态及其演化过程不同于静态加载；在动态加载情形下,大多数材料单元的应力水平比静态加载高,材料单元发生破坏的概率更大,以致混凝土的动态破坏形成更多的裂纹；应力波传播引起的应力非均匀性和材料性能的非均匀性,造成了动力强度与静力强度的不同,推导了动力增强系数关于应变率的表达式,该式给出的动力增强系数表现形式及其特征规律与试验资料和相关经验公式符合。
姚国文[3]2003年在《冲击压缩下氧化铝陶瓷中的破坏波研究》文中认为陶瓷材料以其优良的物理力学性能而广泛应用在国防建设和军事科学领域，脆性陶瓷材料在强动载荷作用下的力学响应和破坏行为研究已成为冲击动力学界广泛关注的课题，尤其是20世纪90年代初发现的在低于Hugoniot弹性极限的冲击压缩下玻璃和陶瓷等脆性材料中的破坏波现象，涉及到力学、材料、物理等多学科领域，由于受高压加载实验条件和高解析波剖面测试技术等诸多因素的限制，目前对破坏波现象的研究主要集中在对其基本物理力学特征的实验认识积累上，迄今仍缺乏一个完整的理论模型能够圆满解释破坏波的产生、传播及其与材料相互作用的物理力学机制，并进一步数值模拟其在实验中表现出来的基本力学响应特性，这是破坏波研究的重点与难点，也是多年来国内外学者对破坏波产生浓厚兴趣的主要原因。本文在分析国内外有关强动载荷下玻璃中破坏波现象和陶瓷材料非弹性变形响应的研究现状基础上，设计实施了氧化铝陶瓷平板正碰撞实验和平板倾斜碰撞实验，结合玻璃中的破坏波现象，对玻璃和陶瓷材料中破坏波产生和传播的物理力学机制进行了分析，并从材料细观结构非均匀性及其导致的细观应力分布的高度奇异性出发，建立了描述破坏波现象的渐进破碎模型。论文主要工作和结论如下：（1）对玻璃材料在冲击压缩强度低于Hugoniot弹性极限时的破坏波现象和陶瓷材料在强动载荷下独特的非弹性变形响应的研究成果进行了回顾，特别考察了破坏波形成和传播的物理机制、力学参量演化特征与数学模型描述。（2）超声波实验测量了氧化铝陶瓷材料的基本物理力学材料参数，对材料组份进行了能谱分析，并对材料的细观结构进行了电镜扫描观察，结果显示氧化铝陶瓷具有强烈的细观非均匀性结构特征。（3）与中国工程物理研究院冲击波物理与爆轰物理国防科技重点实验室合作，设计实施了氧化铝陶瓷平板正碰撞实验和平板倾斜碰撞实验。利用Φ100轻气炮和VISAR测量了氧化铝陶瓷在一维应变冲击压缩下的自由面速度历程，并对冲击回收试件进行了电镜扫描观察，分析了氧化铝陶瓷的非弹性变形和破坏行为及损伤材料的细观结构特征，发现氧化铝陶瓷中存在破坏波的传播，并且冲击压缩应力强度提高时破坏波的传播速度随之增加。（4）利用Φ57压剪炮和电磁粒子速度计测量了压剪复合冲击加载下氧化铝陶瓷在不同加载强度和倾斜角度下与质点速度相关的电磁感应电动势变化规律，考察了铜飞片撞击陶瓷试件时对感应电动势的影响并加以消除，并对冲击回收试件
黄西成[4]2010年在《内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析》文中研究说明在武器工程结构设计中,最为常见的应用是轴对称结构的柱壳和球壳,这是两类最为典型的“高能效、低能耗”结构。对这两种结构在爆炸作用下的变形与破坏研究,一直以来在学术界和工程界就有浓厚的兴趣。在科学研究方面,由于壳体的动态破坏与材料在强动载荷下的变形和破坏机理密切相关,这些课题一直是固体力学中的一个重要研究领域,并且关联到材料力学、断裂力学、固体物理及爆炸力学等多种学科之间的相互交叉和渗透。因此,关于柱壳和球壳在爆炸作用下变形与破坏的研究,既具有重要的理论研究价值,又具有十分重要的工程意义。在这些研究中,最关注的是结构破坏,因为在大多数情况下,武器结构在作战过程或放能过程中,结构的损伤与破坏是最重要的过程之一,而且这种破坏过程直接关系到武器效应的发挥。关注这些过程的细节,是现代武器设计中最重要的环节之一。为了较全面认识爆炸作用下柱壳和球壳的破坏模式,加深理解结构动态破坏的具体细节,为物理设计和工程设计提供较为清晰的物理图像,应深入研究内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式。围绕上述目的,本论文开展了如下几方面的研究工作：固体中的冲击波传播、内爆加载下柱壳应力状态与破坏模式、外爆加载下柱壳应力状态与破坏模式、内爆加载下球壳应力状态与破坏模式、外爆加载下球壳应力状态与破坏模以及两个基本实验以及物态方程与本构关系的相关性。①固体冲击压缩研究中的若干问题。基于连续介质力学基本理论,讨论了冲击动力学中的若干问题,如流体动力学近似、状态方程与本构方程的关联与本质、一维应力实验与一维应变实验、综合性实验与基础性实验等。②内爆加载下柱壳应力状态与破坏模式。分析了平面应变加载问题,为简化分析起见,先采用静力分析,并忽略体力,寻找柱壳内的应力和应变的分布规律,为破坏模式的定性分析提供理论基础。之后分析滑移爆轰下柱壳内的应力状态以及层裂发生的位置。采用数值模拟,分析了滑移内爆作用下柱壳向心汇聚运动中的应力状态以及破坏模式。③外爆加载下柱壳应力状态与破坏模式。采用数值模拟方法,分析了外爆加载下柱壳早期应力波传播、应力状态以及破坏模式；采用解析法分析了柱壳膨胀过程的应力状态以及破坏模式；介绍了柱壳膨胀的Mott统计断裂理论；对Gurson模型进行了详细的推导,给出了屈服函数、本构关系以及塑性应变的计算方法,以及Gurson模型中材料参数的识别方法。基于这些理论,将Gurson模型编写子程序并嵌入到HKS/Abaqus软件中,分析了柱壳膨胀断裂过程中的剪切型破坏。分析了外爆加载下厚壁柱壳的破坏模式。④内爆加载下球壳应力状态与破坏模式。进行了外压作用下球壳的弹性应力状态的静力分析,并对柱壳和球壳的应力状态进行了比较,尽管是静力学分析,但对于壳体后期的运动分析是有帮助的；之后进行了外压作用下球壳和柱壳的动力学分析比较,给出了两种典型结构在冲击作用下的应力状态比较；对内爆加载下球壳塌陷过程进行了理论分析,比较了材料参数和压力参数等对塌陷过程的影响；对外表面弱冲击和强冲击加载下球壳应力状态进行了数值分析,并对内爆加载下的球壳与一维应变平板接触爆炸加载以及柱壳内聚爆炸进行了比较。最后开展了内爆加载下球壳层裂的数值模拟。⑤外爆加载下球壳应力状态与破坏模。从理论方面分析外爆加载下球壳中的弹塑性球面应力波传播,并与一维应变波传播进行了比较；采用解析法分析了球壳膨胀过程中的应力状态以及失效模式；给出了球壳的膨胀破坏半径的近似分析以及参数的影响；给出了内部爆炸作用下球壳破裂时间的理论分析。采用数值分析法模拟了外爆加载下2169钢厚壁球的层裂破坏。
唐录成[5]2009年在《平面冲击加载下A95陶瓷动态力学性能研究》文中指出陶瓷材料具备耐高温、耐磨、耐腐蚀、抗氧化、电绝缘性好、压缩强度大等优良性能,广泛应用于电子、计算机、激光、核反应堆、宇航、兵器等尖端技术领域,由于陶瓷材料中存在气孔、缺陷、晶界,使得对陶瓷性能及使用效能的研究较为复杂,引起了材料科学家、力学家的广泛关注。特别是对陶瓷材料动态力学响应研究,近几十年以来已成为国际冲击动力学领域十分活跃的研究课题。本文主要研究冲击压缩条件下氧化铝陶瓷的动态响应特性。在充分调研陶瓷材料在高压、高率条件下动力学响应特性等诸多关键问题研究现状的基础上,开展了一级轻气炮加载、VISAR测试的氧化铝陶瓷平板正撞实验。获得了A95陶瓷的Hugoniot弹性极限,分析了厚度对σHEL的影响;观察到无氧铜飞片层裂现象,并对其产生的机理进行了分析;修正了Drucker-Prager屈服准则,使之适用于分析陶瓷类脆性材料。本文的主要研究内容和结论如下:①对陶瓷材料的失效准则、本构模型、应变率效应、平面载荷作用下陶瓷材料的破坏机制等问题进行了调研,明确了陶瓷材料动态性能研究的进展和存在的问题。从陶瓷材料的物质结构及显微组织等方面对陶瓷材料的结构进行了分析,得出影响陶瓷材料性能的因素。②针对陶瓷材料的物理力学性能及其影响因素开展了分析,从陶瓷材料的变形、断裂特征及弹塑性性质、晶粒尺寸对陶瓷性能的影响关系,高应变率下陶瓷材料的力学性能和破坏行为等方面进行了重点论述。并对冲击波物理实验原理及方法、现有的加载手段和测试方法进行了讨论。③采用超声波测试获得了氧化铝陶瓷样品的基本物理力学参量,通过电镜扫描观察了氧化铝陶瓷的细观结构,电镜扫描结果显示氧化铝陶瓷具有强烈的细观非均匀性结构特征。④开展了氧化铝陶瓷一级轻气炮加载实验,采用VISAR测试了不同厚度的氧化铝陶瓷样品在一维应变冲击压缩条件下自由面质点速度历程,得到了氧化铝陶瓷样品Hugoniot弹性极限。实验结果表明:随着样品厚度的增加,氧化铝陶瓷的σHEL呈下降趋势;当冲击压力在6GPa-8GPa范围内,陶瓷样品自由面质点速度历程存在二次再压缩现象,判断是由于陶瓷内产生的破坏阵面(Failure front)所造成的,与玻璃中的破坏波现象具有可比性。⑤根据A95陶瓷的平板冲击实验结果,修正了Drucker-Prager屈服准则,提出适用于陶瓷材料Hugoniot弹性极限表征的修正公式,并计算了A95陶瓷的σHEL值,分析理论值与实验结果存在差异的原因。⑥实验观察到异质材料撞击时,在飞片中会产生层裂现象,且无氧铜飞片中晶粒长大,分析了延性金属与陶瓷材料撞击时的层裂机理。⑦开展了氧化铝陶瓷动态特性数值模拟,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了氧化铝陶瓷平板冲击压缩实验结果,对比实验结果与数值模拟结果,分析其中的异同。对弹丸侵彻钢靶和陶瓷/钢复合装甲过程进行了数值模拟,对比了不靶板的抗侵彻能力。
张华[6]2009年在《冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究》文中研究指明冲击载荷作用下岩石动态损伤力学特征问题一直是岩石动力学研究的热点问题。近几十年来,研究者在岩石动态冲击特性、本构模型、数值模拟计算等方面取得了丰硕的研究成果,但还有很多问题未能完善解决。本文简要回顾了岩石材料动态力学性能在实验和理论研究方面取得的成果和不足,主要就岩石材料动态力学特性的两个方面展开研究：一方面研究了一维应力条件下,岩石材料的动态响应特性；另一个方面研究一维应变条件下,岩石材料的动态响应特性。研究采用试验结果与理论分析相结合的方法,并对冲击荷载作用下岩石动态损伤模型进行了详细研究。具体工作内容和研究成果如下：(1)采用SHPB实验装置对岩石材料一维应力条件动态冲击实验进行了研究。结果表明：动态冲击加载条件下,岩石材料抗压强度和杨氏模量具有明显应变率敏感性,而初始切线模量是率无关的,它们又在一定程度上受实验装置和加载波形的影响；岩石材料抗压强度和杨氏模量与应变率表现出率敏感性更为明显,随着冲击速度增大,岩石材料杨氏模量明显增大,整体上表现为尺寸硬化效应,而其应变率变化效应更为敏感,只要很小的应变率变化就能引起抗压强度的显着增大,岩石损伤破坏形式主要是由侧向的拉伸应变引起的。(2)采用一级轻气炮实验装置对一维应变条件下的动态试验进行了研究。研究采用了符合实际工程背景的岩石材料,采用主动围压的方式来模拟地应力条件下的岩石受力情况。对岩石试件分别进行了无围压作用和有围压作用下冲击速度在200-400m/s范围内的平板撞击实验。利用锰铜压阻传感器测得靶板内不同位置处的应力时间曲线,采用拉氏分析方法中的路径线法对应力时间曲线进行分析,得到了其它力学参量如应变、应变率、比容、密度、质点速度等随时间的变化过程。结果表明：岩石和围压作用岩石在某些方面具有相似的力学性质,比如材料的率敏感性、应力波的弥散性和衰减性,以及应力应变关系的滞徊、流变性等,但围压的存在使得岩石材料的非线性变得不明显；强冲击载荷作用下,围压载荷的加入提高了岩石材料的刚度和延展性,使得材料的抗冲击能力得以提高。(3)基于岩石材料损伤机理和破坏形态的分析,构造了描述岩石材料在不同加载形式下动态损伤的本构模型。模型主要建立在以下的假设：1)假设岩石材料宏观上是一个均匀连续体,而细观上其内部包含了大量随机分布的微损伤缺陷；2)材料的损伤演化是由其内部拉应力作用下微裂纹的扩展引起的,导致材料强度和刚度的弱化；3)随着微孔洞的塌陷,材料内部产生了不可恢复的塑性变形,体积模量也相应增加,将这一过程视为微孔洞缺陷的演化发展；4)当微裂纹被激活、成核并扩展,且累积裂纹密度到某一阈值时,材料发生破坏。通过对模型预测曲线与实验曲线的比较,发现该模型能很好地描述岩石材料的本构特性。(4)基于复合材料力学的观点,将围压作用岩石视为一种增强型岩石复合材料,通过简化分析,提出了一个适于工程实践分析的动态本构方程。方程包括两个方面：1)围压对岩石本构特性的影响通过损伤演化方程表征；2)岩石在动态冲击过程中的力学参量突变通过应力松弛时间描述。(5)利用VISC2D及VISC3D计算程序,对飞片撞击多层岩石靶板的碰撞过程进行模拟,很好地分析了岩石试件的动态破坏作用机理。
张宇航[7]2014年在《耦合仿生抗冲蚀的试验研究及其应力波传导机制与规律的模拟分析》文中指出在工业生产当中，磨损会对于工程/机械表面造成严重的损耗，材料的磨损失效已经成为叁大失效方式（腐蚀，疲劳，磨损）之一。据不完全估计，约50%以上的机器零件失效是由于磨损引起的，其中冲蚀磨损在工程应用中导致的器件失效，损坏大约占磨损总数的8%。冲蚀磨损是指大量固体粒子以一定的速度和攻角对材料表面进行冲击，导致材料损耗失效的过程。其广泛存在于机械，冶金，能源，化工，航天等诸多工程领域。如何有效地减少冲蚀的研究由来已久，迄今仍然是广大科学工作者重要的研究方向。随着冲蚀磨损理论的不断发展，人们从改进被冲蚀表面和改进冲蚀环境入手，不断引入新方法，耐磨抗冲蚀磨损的研究在不断地进步。本文从仿生学的新视角出发，研究生物体表形态并将之付诸于仿生学的应用：设计了耦合仿生样件与模型，并采取试验研究和理论与数值模拟相结合的方式，研究其耐磨抗冲蚀机理，以求在前人研究的基础上，进一步发展和完善仿生工程学的理论基础。本文主要由耦合仿生样件在冲蚀试验机下的冲蚀磨损试验和应力波在固体中传播理论主导的数值模拟分析组成。首先以沙漠中生活的新疆岩蜥和变色沙蜥为生物模型，通过对其体表鳞片形态和皮肤组织结构的观察和研究，发现沙漠蜥蜴体表抗冲蚀的优良性能是其体表形态和皮肤结构与材质共同耦合作用的结果。通过合理归纳和简化，提取背部和头部鳞片形貌特征与其体表皮肤的“软”“硬”分层结构特征建立耦合仿生抗冲蚀模型。在冲蚀试验部分，制备了叁种表面形态的“硬”质层并进一步加工成表面形态与分层结构的耦合仿生样件。使用试验优化方法编制试验方案，选用L9(34)正交表进行试验设计。考察了磨粒目数，冲蚀角度和菱形、圆形、方形凸包叁种表面形态叁个因素对冲蚀磨损的影响，每个因素取叁个水平，采用正交多项式回归设计得到回归方程，并用极差分析法确定了主次因素和优水平。为研究沙漠蜥蜴体表鳞片宏观上构成的沟槽形态对耐磨抗冲蚀性能的影响，加工并且制备了沟槽形表面的仿生样件。考察沟槽与喷嘴夹角、沟槽间距和样件材质叁个因素的叁个水平，采用L9(34)正交表进行试验设计。数值模拟试验部分主要研究冲蚀磨粒撞击在仿生模型表面后对亚表层及深层的影响。运用有限元软件Abaqus的显式动力学分析对棱形凸包、方形凸包和圆形凸包叁种表面形态的模型、叁种表面形态与“软”“硬”双层结构耦合的仿生模型及“切割”出的叁种耦合仿生模型单元进行数值模拟研究。引入应力波在固体中的传播理论，构建可以修改的单个粒子冲击耦合仿生单元的模型进行数值模拟计算，采用将应力波理论与数值模拟分析结合的手段研究耦合仿生模型抗冲蚀的原理。在此基础上进行试验优化设计对数值模拟结果进行分析，采用L49(3)正交表，编制“硬”层厚度、“软”层材料组成和界面粘结叁个因素对仿生模型内部轴向正应力幅值影响的试验方案并做极差分析。论文共七个章：第一章,绪论。第二章,对沙漠蜥蜴背部鳞片和皮肤结构的生物学特征进行观察和提取，研究其抗冲蚀特性、建立耦合仿生模型。第叁章,分别制备了叁种表面凸包（圆形、方形和棱形）与表面沟槽形貌的仿生样件，采用试验优化设计方法设计试验方案，在冲蚀试验机下进行冲蚀磨损试验，对试验结果用极差法分析主次因素和优水平，并且得到了冲蚀失重与各个试验因素（表面形态、材质、冲蚀角度等）的回归方程。第四章,建立相应的被粒子冲击的耦合仿生模型及其单元体并进行数值计算和分析，用等效应力衡量模型的抗冲蚀能力。第五章,引入应力波在固体中传播理论，阐述应力波的碰撞原理及在“软”“硬”双层结构中的传播机制，介绍应力波传播导致的叁种材料破坏方式。第六章,建立了可修正的数值模型，并结合应力波理论分析了“软”“硬”层材料、模型厚度、界面粘结、表面塑性化、凸包形态等因素对应力波传导的影响，其结果直接关系到模型的抗冲蚀能力；在数值模拟的基础上进行试验优化设计，得出回归方程。第七章,结论和展望。
李建鹏[8]2008年在《平面冲击压缩下氧化铝陶瓷的动态力学行为》文中进行了进一步梳理陶瓷材料以其优良的物理力学性能而广泛应用在国防建设和军事科学领域,脆性陶瓷材料在强动载荷作用下具有完全不同于延性材料的动态力学行为,因此陶瓷的动态力学行为已经成为冲击动力学界广泛关注的课题。在陶瓷材料的破坏机制、本构关系、实验测试技术等方面开展了深入研究,并取得了一定的研究成果。论文在充分调研陶瓷材料在强动载荷作用下动态力学行为等诸多关键问题研究现状基础上,设计完成了氧化铝陶瓷平板正撞实验,通过平板正撞实验结果对氧化铝陶瓷在冲击加载作用下的物理力学行为进行了分析讨论。论文的主要研究工作和相关结论如下:①回顾了陶瓷类脆性材料破坏机制及其在强动载荷作用下物理力学特性研究现状,重点考察了破坏波形成和传播的物理机制、力学参量等演化特征;②采用超声波测试获得了氧化铝陶瓷样品的基本物理力学参量,通过电镜扫描观察了氧化铝陶瓷的细观结构,电镜扫描结果显示氧化铝陶瓷具有强烈的细观非均匀性结构特征;③设计完成了氧化铝陶瓷双点样品平板正撞实验,采用VISAR测试了不同厚度的氧化铝陶瓷样品在一维应变冲击压缩条件下自由面质点速度历程,得到了不同厚度的氧化铝陶瓷样品Hugoniot弹性极限。实验发现,随着样品厚度的增加,氧化铝陶瓷的Hugoniot弹性极限呈下降趋势。当冲击压力在6GPa-8GPa范围内,陶瓷样品自由面质点速度历程存在二次再压缩现象,判断是由于陶瓷内产生的破坏阵面(Failure front)所造成的,与玻璃中的破坏波现象具有可比性;④采用Drucker-Prager屈服准则,并计及应变率的影响,提出了对陶瓷材料Hugoniot弹性极限表征的修正。得到了A95陶瓷基于Drucker-Prager准则修正公式计算的Hugoniot弹性极限值,并与实验得到的Hugoniot弹性极限值进行了比较;
常敬臻[9]2006年在《冲击加载下氧化铝陶瓷动态力学响应分析》文中进行了进一步梳理陶瓷材料因其良好的物理力学性能而广泛应用于军事和民用领域,陶瓷类脆性材料在强动载荷作用下具有完全不同于延性材料的响应特性,因此陶瓷材料动态力学响应研究已成为冲击动力学领域十分活跃的研究课题。在陶瓷材料的破坏机制、本构关系、实验测试技术等方面开展了深入研究,并取得了一定的研究成果。论文在充分调研陶瓷材料在强动载荷作用下动力学响应分析等诸多关键问题研究现状基础上,设计完成了氧化铝陶瓷平板正撞实验,通过平板正撞实验结果对氧化铝陶瓷在冲击加载作用下的物理力学响应进行了分析讨论。论文的主要研究工作和相关结论如下:(1)回顾了陶瓷类脆性材料破坏机制及其在强动载荷作用下物理力学特性研究现状,重点考察了破坏波形成和传播的物理机制、力学参量等演化特征,列举了描述陶瓷材料力学行为的失效准则和本构模型;(2)采用超声波测试获得了氧化铝陶瓷样品的基本物理力学参量,通过电镜扫描观察了氧化铝陶瓷的细观结构,电镜扫描结果显示氧化铝陶瓷具有强烈的细观非均匀性结构特征;(3)设计完成了氧化铝陶瓷双点样品平板正撞实验,采用VISAR测试了不同厚度的氧化铝陶瓷样品在一维应变冲击压缩条件下自由面质点速度历程,得到了不同厚度的氧化铝陶瓷样品Hugoniot弹性极限。实验发现,随着样品厚度的增加,氧化铝陶瓷的σHEL呈下降趋势。当冲击压力在7GPa-8GPa范围内,陶瓷样品自由面质点速度历程存在二次再压缩现象,判断是由于陶瓷内产生的破坏阵面(Failure front)所造成的,与玻璃中的破坏波现象具有可比性;(4)采用Drucker-Prager屈服准则,提出了对陶瓷材料Hugoniot弹性极限表征的修正。得到了A95陶瓷采用Drucker-Prager准则修正公式计算的σHEL值,并与实验得到的σHEL值进行了比较;(5)采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对冲击压缩下氧化铝陶瓷动态力学性能进行了模拟分析,数值模拟结果与实验结果吻合较好,数值模拟结果表明JH-2材料模型能够较好地模拟陶瓷的物理力学性能。
冯晓伟[10]2012年在《平板冲击加载下陶瓷材料的破坏力学行为研究》文中研究说明与延性材料相比，陶瓷材料因其高强度、高硬度、抗高温以及低密度等优良的物理力学性能已成为一种常用的轻质装甲防护材料，广泛地应用于国防建设和军事科学领域。脆性陶瓷材料在强动载下的力学响应和破坏行为与其抗冲击性能密切相关，一直是冲击动力学界的一个重要研究领域。目前，对陶瓷材料冲击压缩破坏行为的研究多集中在实验工作和唯象认识，尚缺乏统一的理论模型对其破坏机理和演化过程的物理本质进行描述。因此，深入研究陶瓷材料的冲击压缩破坏行为可为陶瓷防护装甲设计和优化提供理论基础，具有重要的学术意义和应用价值。论文在充分调研陶瓷材料在强动载作用下力学响应和破坏行为分析等诸多关键问题研究现状基础上，以A95氧化铝陶瓷为主要研究对象，采用实验研究、理论分析和数值模拟相结合的手段系统地研究了陶瓷等脆性材料在冲击压缩下的波动过程以及破坏力学行为，对陶瓷材料的冲击压缩破坏机理以及演化形式进行了详细的论述和分析。本论文的主要的研究内容与结论如下：1.对陶瓷类脆性材料在冲击加载下的破坏形式、动态损伤模型以及实验技术和测试手段等研究成果进行了回顾。着重考察了玻璃、陶瓷中以破坏波形式为代表的冲击压缩破坏现象的研究现状，对破坏波的物理力学特性以及形成和传播的物理机制等进行了综述。2.设计完成了氧化铝陶瓷双点样品平板冲击压缩实验，利用VISAR测试系统测量了不同厚度的氧化铝陶瓷试件的自由面速度历程，并对冲击回收试件进行了金相分析。结合实验结果对氧化铝陶瓷的非弹性响应及破坏特性进行了分析，得出在本实验冲击压力下试件发生了强烈的破碎现象，其破坏模式主要由微裂纹的成核、扩展过程主导，并未发生明显的塑性变形。3.在回顾Hugoniot弹性极限初始定义的基础上，联系陶瓷材料的破坏特性，采用Mohr-Coulomb破坏准则建立了陶瓷材料的Hugoniot弹性极限与剪切强度的关系表达式；结合已有的实验结果探讨了冲击强度、应变率以及材料细观结构对Hugoniot弹性极限演化规律的影响。4.研究了无限弹性介质中含偏斜波动模式的应力波理论，对体积波、偏斜波和旋转波的波动方程性质、运动学行为特性以及对应的应力状态进行了分析。将该应力波理论应用到平板冲击压缩状态，得到该状态下材料内存在体积波和偏斜波两种波动模式，利用间断面理论研究了体积波和偏斜波的传播过程及界面效应。5.基于修正的应力波理论，并联系陶瓷材料细观非均匀性结构特征，给出破坏波形成的物理机制：1）材料内部要具有一定的细观非均匀性，即包含原生的微裂纹、微孔隙等缺陷；2）冲击压缩加载下，材料内须产生足够的偏斜变形能或剪切变形能，即偏斜波的强度要超过材料的破坏阈值。结合破坏阵面传播的细观物理机制，探讨了破坏波传播过程中的能量转化机理，指出破坏波过后材料中的偏斜变形能逐渐转化为体积变形能。6.根据跨越破坏阵面控制材料力学行为的偏微分方程类型转变分析以及联系破坏波的传播特征，认为破坏波的传播过程应为一个扩散过程，而非传统的波动过程。建立了以表征材料损伤及破坏的微裂纹浓度为传播特征的扩散控制方程及相应的动态本构模型，进一步数值模拟了冲击压缩下玻璃和陶瓷中破坏波的传播过程。
参考文献：
[1]. 脆性材料的强间断分析[D]. 王晖. 大连理工大学. 2004
[2]. 混凝土破坏过程细观数值模拟与动态力学特性机理研究[D]. 刘智光. 大连理工大学. 2012
[3]. 冲击压缩下氧化铝陶瓷中的破坏波研究[D]. 姚国文. 重庆大学. 2003
[4]. 内爆与外爆加载下壳体的力学状态及破坏模式分析[D]. 黄西成. 中国工程物理研究院. 2010
[5]. 平面冲击加载下A95陶瓷动态力学性能研究[D]. 唐录成. 重庆大学. 2009
[6]. 冲击荷载作用下岩石动态损伤特性研究[D]. 张华. 昆明理工大学. 2009
[7]. 耦合仿生抗冲蚀的试验研究及其应力波传导机制与规律的模拟分析[D]. 张宇航. 吉林大学. 2014
[8]. 平面冲击压缩下氧化铝陶瓷的动态力学行为[D]. 李建鹏. 重庆大学. 2008
[9]. 冲击加载下氧化铝陶瓷动态力学响应分析[D]. 常敬臻. 重庆大学. 2006
[10]. 平板冲击加载下陶瓷材料的破坏力学行为研究[D]. 冯晓伟. 重庆大学. 2012