為深入認(rèn)識高壓高應(yīng)變率加載條件下影響金屬界面Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性擾動增長的相關(guān)因素及物理規(guī)律,以高純銅為例開展金屬界面擾動增長行為的數(shù)值模擬研究。基于有限差分程序AUTODYN建立爆轟加載下金屬界面擾動增長的二維數(shù)值計算模型,重點(diǎn)分析界面初始擾動特征和材料強(qiáng)度特性對界面擾動增長行為的影響。相關(guān)數(shù)值模擬結(jié)果表明:高純銅界面Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性擾動增長與界面擾動的初始幅值和初始波長均密切相關(guān),并存在一個臨界幅值:在初始幅值小于臨界幅值情況下,界面擾動的增長隨初始波長增加而增大,最終趨于一個穩(wěn)定值;當(dāng)初始幅值大于臨界幅值時,界面擾動的增長情況則相反。樣品初始厚度對擾動幅值發(fā)展也起到重要作用,并存在一個臨界厚度:在擾動增長初期,擾動幅值增長和純流體模型的計算結(jié)果相似,幾乎與材料強(qiáng)度無關(guān);在擾動發(fā)展后期,材料屈服強(qiáng)度越大,相應(yīng)地擾動幅值增長就越小。相比較而言,剪切模量對擾動幅值增長過程的影響可以忽略。 

【文章來源】：兵工學(xué)報. 2020,41(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

RT不穩(wěn)定性數(shù)值模型

式中:p、E和pH、EH分別表示當(dāng)前狀態(tài)和Hugoniot狀態(tài)下的壓力和內(nèi)能;Γ為Gruneisen系數(shù)�？紤]到固體的RT不穩(wěn)定性具有高壓和高應(yīng)變率的特點(diǎn)，典型的壓力范圍從10～100 GPa、應(yīng)變率更是高達(dá)105～109s-1．因此，本文采用目前對高壓區(qū)描述最好的Steinberg-Cochran-Guinan(SCG)模型來描述金屬材料在高應(yīng)變率(≥105s-1)情況下的RT不穩(wěn)定性彈塑性變形特性[19-20]，其具體形式表示為式中:G為剪切模量;Y為屈服強(qiáng)度;G0和Y0為常溫常壓下的剪切模量和屈服強(qiáng)度;η為材料壓縮比;ε為等效塑性應(yīng)變;εi為初始塑性應(yīng)變(通常情況下為0);β、n為應(yīng)變硬化參數(shù);T為材料內(nèi)溫度;G"p、G"T和Y"p分別為在參考狀態(tài)下G和Y對壓力p或溫度T的1階偏導(dǎo)數(shù)。表1分別給出了無氧銅(OFHC)和工業(yè)純鋁(1100-Al)的SCG模型參數(shù)。

為了排除網(wǎng)格尺寸的影響并保證計算結(jié)果的收斂性，分別對不同網(wǎng)格尺寸下界面擾動幅值的增長行為進(jìn)行數(shù)值計算，并將數(shù)值模擬的結(jié)果與文獻(xiàn)[12]中的實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行了對比。根據(jù)Barnes等[12]給出的實(shí)驗設(shè)計，計算模型中的樣品材料選為1100-Al，樣品厚度為2.54 mm，界面擾動的初始波長為5.08 mm，初始幅值為0.203 mm，模型參數(shù)見表1．不同網(wǎng)格尺寸下界面擾動幅值增長的計算和實(shí)驗結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，對于本文所建立的金屬界面RT不穩(wěn)定性二維數(shù)值模型，隨著模型網(wǎng)格尺寸的減小，界面擾動幅值的計算結(jié)果逐漸趨于一致，體現(xiàn)了較好的收斂性，但是相對來講，網(wǎng)格越細(xì)、計算時間就越長，效率也越低。同時將本文計算結(jié)果與文獻(xiàn)[12]中的實(shí)驗結(jié)果進(jìn)行對比，結(jié)果表明本文計算結(jié)果與實(shí)驗數(shù)據(jù)基本吻合。此外還將本文計算結(jié)果與文獻(xiàn)[12]中MAGEE二維拉格朗日程序所計算的結(jié)果進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)擾動幅值隨時間增長的數(shù)據(jù)也相一致，進(jìn)一步表明本文數(shù)值模擬方法和結(jié)果是可靠的。因此，在后文的數(shù)值計算中，OFHC數(shù)值模型均采用127×127規(guī)格的網(wǎng)格劃分，最小的網(wǎng)格尺寸約為20μm.

【參考文獻(xiàn)】：
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