采用分離式霍普金森壓桿裝置,測(cè)試了高應(yīng)變率下Zr B2-20%Si C陶瓷復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能,應(yīng)變率范圍為900s-1～3000s-1。結(jié)果表明:Zr B2-20%SiC陶瓷復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度與臨界應(yīng)變均隨應(yīng)變率的增大而增加,2950s-1時(shí)壓縮強(qiáng)度與臨界應(yīng)變比981s-1時(shí)分別增大了88.72%和148.85%;應(yīng)變率對(duì)Zr B2-20%Si C陶瓷復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線與破壞機(jī)理影響顯著,應(yīng)變率為1134s-1時(shí),Zr B2-20%SiC陶瓷復(fù)合材料破壞模式以裂紋擴(kuò)展為主,應(yīng)變率為2861s-1時(shí),多裂紋擴(kuò)展為該材料的主要破壞機(jī)理;應(yīng)變率越高,試件的損傷程度越大,壓縮試件碎片尺寸越小,壓縮應(yīng)力-應(yīng)變曲線的非線性越明顯。 

【文章來源】：應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào). 2020,37(02)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

圖1分離式霍普金森壓桿實(shí)驗(yàn)裝置示意圖Fig.1SchematicdiagramofsplitHopkinsonpressurebarexperimentaldevice

慍鱟?溆Ρ瀆試嘉?950s-1，說明當(dāng)應(yīng)變率高于950s-1時(shí)，ZrB2-20%SiC復(fù)合材料壓縮力學(xué)性能會(huì)表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率效應(yīng)。因此本文采用實(shí)驗(yàn)方法研究高應(yīng)變率下該材料動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)行為，實(shí)驗(yàn)測(cè)試應(yīng)變率取值范圍為900s-1~3000s-1。本文定義達(dá)到峰值應(yīng)力時(shí)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變?yōu)榕R界應(yīng)變，主要討論應(yīng)變率對(duì)ZrB2-20%SiC復(fù)合材料壓縮強(qiáng)度、臨界應(yīng)變、應(yīng)力-應(yīng)變曲線及破壞機(jī)理的影響規(guī)律。3.1應(yīng)變率對(duì)壓縮強(qiáng)度與臨界應(yīng)變的影響ZrB2-20%SiC復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度隨應(yīng)變率的變化規(guī)律如圖2所示。由圖可知，該材料的壓縮強(qiáng)度表現(xiàn)出了明顯的應(yīng)變率效應(yīng)，隨著應(yīng)變率的增大，壓縮強(qiáng)度近似呈線性增加趨勢(shì)。與981s-1應(yīng)變率的壓縮強(qiáng)度對(duì)比可知，2950s-1應(yīng)變率時(shí)壓縮強(qiáng)度增加了88.72%，可見應(yīng)變率對(duì)ZrB2-20%SiC復(fù)合材料的壓縮性能影響顯著。另外，文獻(xiàn)[20-21]提出可以用基于翼型裂紋的細(xì)觀力學(xué)模型來預(yù)測(cè)ZrB2基超高溫陶瓷材料的動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度。對(duì)于ZrB2-SiC材料，靜態(tài)壓縮強(qiáng)度取1400MPa，翼型裂紋初始長(zhǎng)度為20m，細(xì)觀力學(xué)模型預(yù)測(cè)結(jié)果(如圖2所示)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。對(duì)比結(jié)果說明，該材料的動(dòng)態(tài)壓縮破壞機(jī)理以內(nèi)部翼型裂紋擴(kuò)展、聚合為主。圖2動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度隨應(yīng)變率的變化規(guī)律Fig.2Variationindynamiccompressivestrengthwithstrainrate圖3為應(yīng)變率對(duì)ZrB2-20%SiC復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮破壞時(shí)臨界應(yīng)變的影響規(guī)律。隨著應(yīng)變率的增大，臨界應(yīng)變不斷增加，應(yīng)變率為2950s-1時(shí)臨界應(yīng)變比981s-1時(shí)增加了148.85%。由于ZrB2-20%SiC復(fù)合材料為脆性材料，內(nèi)部缺陷分布具有隨機(jī)性，該材料的動(dòng)態(tài)壓縮破壞機(jī)理為內(nèi)部缺?

了88.72%，可見應(yīng)變率對(duì)ZrB2-20%SiC復(fù)合材料的壓縮性能影響顯著。另外，文獻(xiàn)[20-21]提出可以用基于翼型裂紋的細(xì)觀力學(xué)模型來預(yù)測(cè)ZrB2基超高溫陶瓷材料的動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度。對(duì)于ZrB2-SiC材料，靜態(tài)壓縮強(qiáng)度取1400MPa，翼型裂紋初始長(zhǎng)度為20m，細(xì)觀力學(xué)模型預(yù)測(cè)結(jié)果(如圖2所示)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。對(duì)比結(jié)果說明，該材料的動(dòng)態(tài)壓縮破壞機(jī)理以內(nèi)部翼型裂紋擴(kuò)展、聚合為主。圖2動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度隨應(yīng)變率的變化規(guī)律Fig.2Variationindynamiccompressivestrengthwithstrainrate圖3為應(yīng)變率對(duì)ZrB2-20%SiC復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮破壞時(shí)臨界應(yīng)變的影響規(guī)律。隨著應(yīng)變率的增大，臨界應(yīng)變不斷增加，應(yīng)變率為2950s-1時(shí)臨界應(yīng)變比981s-1時(shí)增加了148.85%。由于ZrB2-20%SiC復(fù)合材料為脆性材料，內(nèi)部缺陷分布具有隨機(jī)性，該材料的動(dòng)態(tài)壓縮破壞機(jī)理為內(nèi)部缺陷的擴(kuò)展與聚合，因此破壞時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界應(yīng)變表現(xiàn)出一定的離散性，但能反映出臨界應(yīng)變隨著應(yīng)變率增加而增大的整體趨勢(shì)。圖4給出了相同應(yīng)變率時(shí)，ZrB2-20%SiC復(fù)合材料動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度與臨界應(yīng)變的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由圖可知，動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度隨著臨界應(yīng)變的增大而增大，而且應(yīng)變率越高，材料的動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度與其對(duì)應(yīng)的臨界應(yīng)變值越大。文獻(xiàn)[23]給出的預(yù)測(cè)結(jié)果表明，脆性材料動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度與臨界應(yīng)變隨應(yīng)變率增大而增加，與本文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。上述結(jié)果與ZrB2-20%SiC復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮破壞機(jī)理相關(guān)，高應(yīng)變下內(nèi)部裂紋擴(kuò)展長(zhǎng)度減小，但裂紋數(shù)量增多，導(dǎo)致試件失效時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界應(yīng)變?cè)龃�。圖3臨界應(yīng)變隨應(yīng)變率的變化規(guī)律Fig.3Variationofcriticalstrainwithstrainrate圖4動(dòng)態(tài)壓縮強(qiáng)度與臨界應(yīng)變對(duì)應(yīng)關(guān)系

【參考文獻(xiàn)】：
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