IMECH-IR  > 非线性力学国家重点实验室
冲击压缩下非均匀脆性介质中失效波的机理研究
Alternative TitleStudy on the mechanism of failure waves in heterogeneous brittle materials under shock compression
姜智捷
Thesis Advisor汪海英
2017
Degree Grantor中国科学院大学
Place of Conferral北京
Subtype博士
Degree Discipline固体力学
Abstract陶瓷、玻璃等脆性材料,具有高强度、高硬度、高弹性模量、低密度等许多优异性能,在军事和民用领域得到了高度关注和广泛应用,尤其是作为防护装甲在抗侵彻和抗冲击方面具有不可替代的优势。但冲击压缩载荷作用下脆性材料中出现的“失效波”现象,会显著降低脆性材料的抗弹能力。深入研究脆性材料在冲击载荷下的变形、损伤和破坏行为,既可以丰富和完善现有的固体力学理论,又可为攻防材料及防护系统的设计和性能评估提供科学依据,研究“失效波”现象具有重要的科学意义和应用价值。为此,本文针对非均匀脆性介质在冲击压缩载荷作用下的动态破坏行为展开研究。 本文设计完成了K9玻璃多靶板平板冲击压缩实验,利用PDV测速系统测量了不同撞击载荷下,不同厚度的K9玻璃靶板中的撞击面与自由面质点速度历程,得到了不同载荷下K9玻璃中失效波孕育时间与失效波传播速度,并直接观测了平板撞击实验下K9玻璃中失效波孕育期内撞击面质点速度变化。 对失效波孕育期撞击面质点速度历程与自由面质点速度变化历程进行了拉格朗日分析,得到了失效波孕育期内靶板材料的动态响应特性;对于K9玻璃靶板材料,受压脆性介质随着损伤演化,存在应力跌落现象。 基于驱动非线性阈值模型与局域能量平衡理论,分析了冲击动载荷下弹脆性材料本构的失稳对失效波形成与传播的影响,得到了控制失效波孕育过程的无量纲数;重点分析了表征材料非均匀性的Weibull模数m,表征冲击强度的破坏数S对失效波阈值与孕育时间的影响。基于激波间断面突跃条件,推导了失效波阵面上的动力相容关系,得到了控制失效波传播的关键因素;重点分析了Weibull模数m,破坏数S,及飞板靶板波阻抗比对失效波传播速度的影响。 结合数值分析,我们得到了不同撞击速度下的失效波孕育时间与传播速度,以及失效波传播过程中材料内部物理参量的演化历程,数值模拟可以很好的与实验数据相吻合,验证了我们对失效波形成、传播机理分析的合理性。 以两种典型的高熵合金为研究对象,研究了冲击载荷下高熵合金的Hugoniot弹性极限和冲击状态方程。发现两种典型高熵合金均具有较高的冲击弹性极限与相变阈值,分析了高熵合金化学无序结构对材料冲击性能的影响;高熵合金细观上的剧烈的晶格畸变效应可以增大位错运动阻力,显著提升材料的冲击弹性极限与相变阈值,因此,冲击载荷作用下,高熵合金较传统合金更稳定。
Call NumberPhd2017-009
Language中文
Document Type学位论文
Identifierhttp://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60396
Collection非线性力学国家重点实验室
Recommended Citation
GB/T 7714
姜智捷. 冲击压缩下非均匀脆性介质中失效波的机理研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.
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