冲击压缩下准脆性材料含微裂纹损伤的本构模型

基于准脆性材料中翼型拉伸裂纹的成核准则,运用细观损伤理论推导了翼型裂纹损伤对材料弹性模量的弱化作用.考虑裂纹扩展对材料动态断裂的滞后效应,建立了动态裂纹扩展准则,并给出损伤演化方程,在此基础上建立了准脆性材料单轴冲击压缩下的动态损伤本构模型.结合氧化铝陶瓷材料独特的力学响应和破坏特性,讨论了模型中微裂纹成核参数、微裂纹尺寸对动态断裂强度的影响,并用该模型计算了单轴压缩下氧化铝陶瓷的应力应变曲线,数值结果与实验结果吻合良好.     

基于小波变换降噪的声发射源定位方法

选取最优小波基对声发射信号进行小波变换降噪处理,采用阈值法确定不同传感器接收声发射信号时间以提高各向异性材料中声发射源定位精度。在钢板和木板上进行断铅模拟声发射源实验,利用Geiger算法分别计算出降噪前后的声发射源定位结果以验证该定位方法的有效性。结果表明该定位方法能有效减小噪声信号的影响,提高各向异性材料中声发射源定位精度。采用该定位方法对氧化铝陶瓷试件压缩破坏过程中的声发射源进行定位,定位结果有效地反映了材料内微裂纹产生和扩展而导致试件破坏的动态过程。     

Zr-W多功能含能结构材料的制备及动态压缩特性

利用材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）系统对加压烧结制备的Zr-W多功能含能结构材料在不同应变率下的压缩行为进行测试。通过在试样上直接贴应变片与波形整形技术相结合,实现了恒应变率动态加载。试验结果表明:该材料在准静态和动态加载下均呈现良好的线弹性,弹性模量对应变率效应不敏感,约为186 GPa。烧结生成的W₂Zr相显著提高了Zr-W材料的强度和脆性,试样在强冲击载荷作用下发生破碎反应并释放大量的热量,表现出很高的含能特性,动态破坏应变和破坏强度表现出一定的正应变率效应。      

陶瓷材料破坏的声发射特性

采用先进的多通道声发射系统监测了AD95氧化铝陶瓷在三点弯曲加载下的破坏过程.对有缺口和无缺口两种试件的声发射能量数,事件数,振铃数随时间变化特征的对比分析,讨论了预制缺口对材料损伤破坏过程和断裂的影响.声发射幅值随时间的变化曲线直接反映了材料内微裂纹成核前期,成核,扩展至宏观裂纹形成和断裂过程.实验结果表明,声发射参数可以表征材料的内部损伤演化过程.     

ZrO_2增韧Al_2O_3陶瓷的力学性能和增韧机制

对通过热压烧结法制备的3种陶瓷99.5vol%Al2O3(AD995)、ZrO2(15vol%)/Al2O3和ZrO2(25vol%)/Al2O3的力学性能和增韧机制进行了实验和理论研究。基于复合材料细观力学理论并考虑ZrO2的相变特性,建立了描述ZrO2/Al2O3陶瓷力学性能的本构模型。结果表明:ZrO2的加入细化了基体Al2O3晶粒,ZrO2/Al2O3陶瓷的致密性得到提高;3种陶瓷试件的破坏呈现小变形到脆性破坏的特点,压缩加载下试件应力-应变曲线近似为线性关系;AD995陶瓷的断裂韧性为5.65 MPa·m1/2,ZrO2(25vol%)/Al2O3陶瓷的断裂韧性为8.42 MPa·m1/2,提高了近50%;随ZrO2增韧相含量的增加,ZrO2/Al2O3陶瓷的弹性模量降低而断裂韧性增加,这一变化趋势与实验结果有良好的一致性。     

Dynamical Mechanical Properties for AD90 Alumina

The dynamic response of polycrystalline alumina was investigated in the pressure range of 0-13 GPa by planar impact experiments. Velocity interferometer system for any reflector(VISAR) was used to obtain free surface velocity profile and determine the Hugoniot elastic limit, and manganin gauges were employed to obtain the stress-time histories and determine Hugoniot curve. Both the free surface particle velocity profiles and Hugoniot curves indicate the dispersion of the "plastic" wave for alumina. With the measured stress histories, the complete histories of strain, particle velocity, specific volume and specific internal energy are gained by using path line principle of Lagrange analysis. The dynamic mechanical behaviors for alumina under impact loading are analyzed, such as nonlinear characteristic, strain rate dependence, dispersion and declination of shock wave in the material.     

钨颗粒增强铝/聚四氟乙烯材料的冲击反应特性

针对模压烧结法制备的4种不同配比的铝/钨/聚四氟乙烯(Al/W/PTFE)反应材料,采用分离式霍普金森压杆加载方法和高速摄影技术研究其冲击反应特性。实验结果表明：随着W含量的增加,反应材料的屈服强度和破坏强度提高;反应材料的应力-应变曲线分为弹性阶段、硬化阶段和破坏阶段,动态压缩特性具有明显的应变率效应;Al/W/PTFE反应材料的冲击反应过程可分为变形、破坏和燃烧反应;Al/W/PTFE反应材料中增加W含量,提高了材料的反应应变率阈值和比能量阈值。     

不同孔隙率规则多孔钛的变形失效特征

设计和制备了孔隙率不同的3组规则多孔钛试样,采用分离式霍普金森压杆实验装置,开展了应变率范围在600~2100 s^-1的单轴压缩实验,研究了加载过程中整个试样和局部孔洞的变形失效特征。结果表明,试样展示出2种典型的变形模式：压缩变形模式和连通断裂模式。压缩变形模式主要发生在低孔隙率的试样,试样的外表面胞壁出现局部塌陷,而连通断裂模式易发生在高孔隙率的试样中,常在试样的一个或多个孔层出现连通的断裂。另外,2种变形模式下的局部孔洞也呈现出不同的形状变化特征,且在孔洞最小曲率的位置都形成明显的应力集中,相应的应力集中因子随试样孔隙率的增大而增大。微结构分析显示：剪切带是试样失效的主要机制,试样的断口容易产生韧窝和韧性条纹。     

准脆性材料中椭圆形微裂纹的生长与演化

微裂纹的生长与演化是导致准脆性材料损伤及破坏的本质,本工作对承载过程中准脆性材料内部的椭圆形微裂纹的生长与演化规律进行研究。采用复势函数求解受远场载荷作用下代表性单元中椭圆形微裂纹的变形,讨论了椭圆形微裂纹初始取向的变化对微裂纹尺寸增长的影响,并结合微裂纹扩展准则推导出损伤开始时的临界应力条件。基于翼型裂纹扩展过程的能量守恒关系,建立了损伤阶段的本构关系。     

不同配比W/Zr活性材料冲击反应实验研究

以W,Zr和ZrH_2为原料,采用热压烧结工艺制备不同配比的W/Zr活性材料。通过分离式霍普金森压杆装置(SHPB)对W/Zr材料进行动态压缩测试并记录其冲击引发反应过程,同时采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)等对试件反应前后的物相、成分、微观形貌进行测试表征。结果表明:热压烧结制备的W/Zr活性材料结构较为致密,其相对密度≥87.5%;W/Zr活性材料准静态压缩强度≥1022MPa,破坏应变≤1%,为典型高强脆性材料;3组配比材料动态压缩强度均随应变率增加而提高,当冲击加载达到一定强度时,W/Zr材料破碎并与空气发生剧烈燃烧反应并生成ZrO_2。