高应变率加载下金属环与柱壳膨胀变形失稳与断裂研究
发布时间：2021-10-30 05:44
本文利用爆炸膨胀环实验平台以及电磁膨胀环实验平台,采用激光干涉测速技术（Doppler pins system,DPS）、高速摄影（High speed camera）、样品微观表征（Scanning Electron Microscope）等技术,开展了7075A1环、无氧铜（TU1）环及柱壳膨胀断裂实验研究。为了准确描述金属环、金属柱壳膨胀断裂过程所经历的均匀膨胀阶段,失稳阶段以及断裂阶段的动态力学行为,依次研究了初始加载过程对材料塑形变形行为的影响,应变率相关的失稳现象以及后期的断裂模式转变及破碎特征。主要工作及结论如下:1.高应变率加载下金属环与柱壳的塑性变形行为研究a)发展了一种考虑冲击阶段变形不均匀性的新方法,可以更准确的获得材料的应力应变关系;b)提出了一种获得恒定应变率本构关系的方法,获得了20#钢材料在应变率3.0 ×103 S-1-5.5 × 103 s-1之间的恒定应变率本构,为动态拉伸本构关系的推广应用探索了一种新思路。2.膨胀环高应变率塑性失稳特征研究a)研究了材料应变率相关本构以及加载历史对膨胀环临界失稳应变的影响规律;b)发展了一种获得不同加载应变率下临界...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２：?—维环中Ｍｏｔｔ卸载波传播示意图，卸载区恢复至自然状态，保留动力学过程带来的塑性变形，??未被卸载区处于持续拉伸状态，在一定条件下会出现次一级的颈缩及断裂现象Ｗ??＿１２
通过大量的实验与理论研宄我们可以看出，金属壳体在内装炸药爆轰加载下的膨胀??断裂，在特定的应变率加载下，会存在层裂、拉伸断裂、剪切断裂等断裂模式的耦合与竞??争，如图１．３所示。随着应变率的增加，样品的断裂模式将呈现由拉伸断裂—拉剪混合断??裂４剪切断裂的过渡Ｗ，同时层裂现象是否出现与炸药几何尺寸，结构内是否存在内衬??等因素密切相关在较宽应变率范围内，壳体不同断裂模式之间的耦合与竞争不可避??免，因此精密诊断壳体膨胀断裂过程，确定合适的描述物理量，对理解壳体的膨胀断裂??至关重要。??７??
１．３存在的问题??环、柱壳在外载作用下的膨胀断裂过程先后将经历加载阶段、均匀膨胀阶段、局域??失稳阶段、Ｍｏｔｔ波传播阶段、断裂破碎等阶段，如图１．４所示。??为了理解上述几个阶段演化过程中材料与结构的动态力学响应，需要研究材料的动??态本构、材料与结构的失稳特性以及不同应变率加载下的断裂、碎裂特性。理论与实??验的发展，为理解此类对称结构的断裂现象提供了有效的手段。然而目前仍然有一些??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高应变率加载下金属柱壳断裂的实验研究[J]. 任国武,郭昭亮,汤铁钢,苏红梅,温上捷,金山. 兵工学报. 2016(01)
[2]一种基于SHPB的冲击膨胀环实验技术[J]. 郑宇轩,周风华,胡时胜. 爆炸与冲击. 2014(04)
[3]应力波与缺陷相互作用的宏观微观数值模拟[J]. 郭昭亮,任国武,汤铁钢,刘仓理. 爆炸与冲击. 2014(01)
[4]韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟[J]. 陈磊,周风华,汤铁钢. 力学学报. 2011(05)
[5]缺陷对圆管膨胀断裂影响的实验研究[J]. 金山,张世文,龙建华. 高压物理学报. 2011(02)
[6]爆炸膨胀环一维应力假定的分析与讨论[J]. 汤铁钢,李庆忠,陈永涛,童慧峰,刘仓理. 爆炸与冲击. 2010(06)
[7]预置圆孔膨胀环动态断裂行为研究[J]. 郭昭亮,刘仓理,汤铁钢. 实验力学. 2010(05)
[8]爆炸膨胀环实验数据处理方法讨论[J]. 汤铁钢,桂毓林,李庆忠,陈永涛,童慧峰,刘仓理. 爆炸与冲击. 2010(05)
[9]脆性固体碎裂过程中的最快卸载特性[J]. 周风华,郭丽娜,王礼立. 固体力学学报. 2010(03)
[10]爆炸膨胀环的截面尺寸效应[J]. 汤铁钢,李庆忠,刘仓理,桂毓林. 爆炸与冲击. 2010(01)
博士论文
[1]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
[2]电磁加载下金属膨胀环的动态断裂与碎裂研究[D]. 桂毓林.中国工程物理研究院 2007
[3]金属塑性与超塑性拉伸失稳及其力学解析[D]. 索忠林.吉林大学 2006
本文编号：3466169
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：130 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２：?—维环中Ｍｏｔｔ卸载波传播示意图，卸载区恢复至自然状态，保留动力学过程带来的塑性变形，??未被卸载区处于持续拉伸状态，在一定条件下会出现次一级的颈缩及断裂现象Ｗ??＿１２
通过大量的实验与理论研宄我们可以看出，金属壳体在内装炸药爆轰加载下的膨胀??断裂，在特定的应变率加载下，会存在层裂、拉伸断裂、剪切断裂等断裂模式的耦合与竞??争，如图１．３所示。随着应变率的增加，样品的断裂模式将呈现由拉伸断裂—拉剪混合断??裂４剪切断裂的过渡Ｗ，同时层裂现象是否出现与炸药几何尺寸，结构内是否存在内衬??等因素密切相关在较宽应变率范围内，壳体不同断裂模式之间的耦合与竞争不可避??免，因此精密诊断壳体膨胀断裂过程，确定合适的描述物理量，对理解壳体的膨胀断裂??至关重要。??７??
１．３存在的问题??环、柱壳在外载作用下的膨胀断裂过程先后将经历加载阶段、均匀膨胀阶段、局域??失稳阶段、Ｍｏｔｔ波传播阶段、断裂破碎等阶段，如图１．４所示。??为了理解上述几个阶段演化过程中材料与结构的动态力学响应，需要研究材料的动??态本构、材料与结构的失稳特性以及不同应变率加载下的断裂、碎裂特性。理论与实??验的发展，为理解此类对称结构的断裂现象提供了有效的手段。然而目前仍然有一些??９??
【参考文献】：
期刊论文
[1]高应变率加载下金属柱壳断裂的实验研究[J]. 任国武,郭昭亮,汤铁钢,苏红梅,温上捷,金山. 兵工学报. 2016(01)
[2]一种基于SHPB的冲击膨胀环实验技术[J]. 郑宇轩,周风华,胡时胜. 爆炸与冲击. 2014(04)
[3]应力波与缺陷相互作用的宏观微观数值模拟[J]. 郭昭亮,任国武,汤铁钢,刘仓理. 爆炸与冲击. 2014(01)
[4]韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟[J]. 陈磊,周风华,汤铁钢. 力学学报. 2011(05)
[5]缺陷对圆管膨胀断裂影响的实验研究[J]. 金山,张世文,龙建华. 高压物理学报. 2011(02)
[6]爆炸膨胀环一维应力假定的分析与讨论[J]. 汤铁钢,李庆忠,陈永涛,童慧峰,刘仓理. 爆炸与冲击. 2010(06)
[7]预置圆孔膨胀环动态断裂行为研究[J]. 郭昭亮,刘仓理,汤铁钢. 实验力学. 2010(05)
[8]爆炸膨胀环实验数据处理方法讨论[J]. 汤铁钢,桂毓林,李庆忠,陈永涛,童慧峰,刘仓理. 爆炸与冲击. 2010(05)
[9]脆性固体碎裂过程中的最快卸载特性[J]. 周风华,郭丽娜,王礼立. 固体力学学报. 2010(03)
[10]爆炸膨胀环的截面尺寸效应[J]. 汤铁钢,李庆忠,刘仓理,桂毓林. 爆炸与冲击. 2010(01)
博士论文
[1]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
[2]电磁加载下金属膨胀环的动态断裂与碎裂研究[D]. 桂毓林.中国工程物理研究院 2007
[3]金属塑性与超塑性拉伸失稳及其力学解析[D]. 索忠林.吉林大学 2006
本文编号：3466169
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