本文關(guān)鍵詞：沖擊加載下脆性材料中失效波的形成機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：玻璃、陶瓷等脆性材料具有高強(qiáng)度、高聲速、低密度等諸多優(yōu)良特性,在國(guó)防和民用工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用,特別是在裝甲防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用更是充分發(fā)揮了其優(yōu)越的性能,有效的提高了坦克、艦船等軍事目標(biāo)的防護(hù)能力。因此,研究這類材料的損傷破壞機(jī)理具有重要的科學(xué)意義和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。失效波現(xiàn)象是在玻璃材料中發(fā)現(xiàn)的一種獨(dú)特的動(dòng)態(tài)破壞模式,但在陶瓷中是否也存在這種破壞模式尚存爭(zhēng)議。為此,本文從實(shí)驗(yàn)研究、理論分析和數(shù)值模擬三個(gè)方面對(duì)玻璃中失效波現(xiàn)象的形成機(jī)理及陶瓷材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和研究,主要工作包括以下三個(gè)方面:(1)通過(guò)不同條件下的平板撞擊實(shí)驗(yàn),采用VISAR(任意自由面激光速度干涉儀)和DISAR(全光纖激光干涉測(cè)速儀)測(cè)試系統(tǒng),實(shí)驗(yàn)測(cè)得氧化鋁陶瓷試件背面粒子速度時(shí)程曲線。結(jié)果表明,陶瓷材料背面粒子速度時(shí)程曲線上沒(méi)有出現(xiàn)類似玻璃材料中表征失效波現(xiàn)象的再壓縮信號(hào),而是表現(xiàn)出了明顯的類塑性特征。(2)建立了彈性微裂紋損傷模型,并將其嵌入LS DYNA有限元程序中,對(duì)玻璃和陶瓷這兩種材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。進(jìn)而表明,該模型可以較好的用于表征玻璃和陶瓷兩種材料在沖擊載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征;并且兩種材料的動(dòng)態(tài)損傷機(jī)制也是類似的,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表現(xiàn)出的差異只是在不同的細(xì)觀結(jié)構(gòu)、載荷條件等作用下產(chǎn)生的不同結(jié)果。此外,在模型中,定義了一個(gè)由裂紋尺寸和裂紋數(shù)密度兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量所表達(dá)的損傷度變量,該損傷度的演化規(guī)律可用以判斷能否產(chǎn)生失效波現(xiàn)象。(3)結(jié)合脆性材料動(dòng)態(tài)載荷作用下微裂紋生長(zhǎng)規(guī)律,針對(duì)脆性材料的動(dòng)態(tài)破壞過(guò)程,在原生微裂紋就位擴(kuò)展機(jī)制的基礎(chǔ)上,提出了原生微裂紋生長(zhǎng)速率不均衡的形成機(jī)理,并通過(guò)數(shù)值模擬方法加以驗(yàn)證。這一機(jī)理主要包括兩點(diǎn)內(nèi)容:第一,原生微裂紋是指材料內(nèi)部現(xiàn)有的微裂紋和微缺陷,即忽略微裂紋的成核效應(yīng);第二,微裂紋的生長(zhǎng)演化在其所處位置附近發(fā)生,且沿載荷傳播方向各處微裂紋生長(zhǎng)速率不一致,即裂紋生長(zhǎng)的不均衡特性。
【關(guān)鍵詞】：脆性材料 失效波 微裂紋生長(zhǎng) 彈性微裂紋損傷模型
【學(xué)位授予單位】：北京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TQ171.1;TQ174.1
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-12
• 第1章 緒論12-32
• 引言12-13
• 1.1 失效波研究進(jìn)展13-30
• 1.1.1 實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展14-20
• 1.1.2 理論研究進(jìn)展20-28
• 1.1.3 小結(jié)28-30
• 1.2 本文的主要工作30-32
• 第2章 陶瓷中失效波現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究32-54
• 引言32-34
• 2.1 實(shí)驗(yàn)方法34-36
• 2.2 實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)36-42
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)原理36-38
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)38-42
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析42-53
• 2.3.1 不同碰撞速度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果42-46
• 2.3.2 不同試件厚度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果46-50
• 2.3.3 高速碰撞實(shí)驗(yàn)結(jié)果50-53
• 2.4 本章小結(jié)53-54
• 第3章 玻璃與陶瓷材料動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)值模擬54-80
• 引言54
• 3.1 模型介紹54-65
• 3.1.1 材料模型54-61
• 3.1.2 幾何模型及參數(shù)的選取61-65
• 3.2 數(shù)值模擬結(jié)果與分析65-77
• 3.2.1 玻璃中的失效波現(xiàn)象及其規(guī)律65-69
• 3.2.2 陶瓷材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性69-77
• 3.3 本章小結(jié)77-80
• 第4章 失效波的形成機(jī)理80-94
• 引言80
• 4.1 材料中微裂紋的生長(zhǎng)規(guī)律80-82
• 4.2 失效波形成機(jī)理分析82-85
• 4.3 失效波形成機(jī)理的驗(yàn)證85-91
• 4.3.1 初始平均裂紋尺寸對(duì)陶瓷響應(yīng)特性的影響86-89
• 4.3.2 微裂紋生長(zhǎng)速率對(duì)失效波傳播規(guī)律及陶瓷響應(yīng)特性的影響89
• 4.3.3 材料損傷度的變化規(guī)律89-91
• 4.4 本章小結(jié)91-94
• 第5章 結(jié)論與展望94-98
• 5.1 本文工作總結(jié)94-95
• 5.2 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)95
• 5.3 下一步的工作展望95-98
• 參考文獻(xiàn)98-106
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表論文與研究成果清單106-108
• 致謝108

  本文關(guān)鍵詞：沖擊加載下脆性材料中失效波的形成機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：277593