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多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力

喻寅 贺红亮 王文强 卢铁城

多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力

喻寅, 贺红亮, 王文强, 卢铁城
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  • 作用在脆性结构材料表面的高能量密度脉冲会以冲击波的形式传播进入材料内部, 导致压缩破坏和功能失效. 通过设计并引入微孔洞, 显著增强了脆性材料冲击下的塑性变形能力, 从而使脆性结构材料可以有效地吸收耗散冲击波能量, 并抑制冲击诱导裂纹的扩展贯通. 建立格点-弹簧模型并用于模拟研究致密和多孔脆性材料在高能量密度脉冲加载下的冲击塑性机理、能量吸收耗散过程和裂纹扩展过程. 冲击波压缩下孔洞塌缩, 导致体积收缩变形和滑移以及转动变形, 使得多孔脆性材料表现出显著的冲击塑性. 对致密样品、气孔率5%和10%的多孔样品吸能能力的计算表明, 多孔脆性材料吸收耗散高能量密度脉冲的能力远优于致密脆性材料. 在短脉冲加载下, 相较于遭受整体破坏的致密脆性材料, 多孔脆性材料以增加局部区域的损伤程度为代价, 阻止了严重的冲击破坏扩展贯通整个样品, 避免了材料的整体功能失效.
    • 基金项目: 中国工程物理研究院重点实验室专项科研计划(批准号:2012-专-03)、冲击波物理与爆轰物理重点实验室基金(批准号:9140C670301120C67248,9140C670302140C67284)和国家自然科学基金(批准号:11272164)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-30
  • 修回日期:  2014-12-16
  • 刊出日期:  2015-06-05

多孔脆性材料对高能量密度脉冲的吸收和抵抗能力

  • 1. 四川大学物理学院, 教育部辐射物理技术重点实验室, 成都 610064;
  • 2. 中国工程物理研究院流体物理研究所, 冲击波物理与爆轰物理重点实验室, 绵阳 621900
    基金项目: 

    中国工程物理研究院重点实验室专项科研计划(批准号:2012-专-03)、冲击波物理与爆轰物理重点实验室基金(批准号:9140C670301120C67248,9140C670302140C67284)和国家自然科学基金(批准号:11272164)资助的课题.

摘要: 作用在脆性结构材料表面的高能量密度脉冲会以冲击波的形式传播进入材料内部, 导致压缩破坏和功能失效. 通过设计并引入微孔洞, 显著增强了脆性材料冲击下的塑性变形能力, 从而使脆性结构材料可以有效地吸收耗散冲击波能量, 并抑制冲击诱导裂纹的扩展贯通. 建立格点-弹簧模型并用于模拟研究致密和多孔脆性材料在高能量密度脉冲加载下的冲击塑性机理、能量吸收耗散过程和裂纹扩展过程. 冲击波压缩下孔洞塌缩, 导致体积收缩变形和滑移以及转动变形, 使得多孔脆性材料表现出显著的冲击塑性. 对致密样品、气孔率5%和10%的多孔样品吸能能力的计算表明, 多孔脆性材料吸收耗散高能量密度脉冲的能力远优于致密脆性材料. 在短脉冲加载下, 相较于遭受整体破坏的致密脆性材料, 多孔脆性材料以增加局部区域的损伤程度为代价, 阻止了严重的冲击破坏扩展贯通整个样品, 避免了材料的整体功能失效.

English Abstract

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