K9玻璃動(dòng)態(tài)損傷過程中的電阻率測(cè)量實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、脆性介質(zhì)的動(dòng)態(tài)損傷與破壞是多學(xué)科相互交叉的基礎(chǔ)性問題，在工程應(yīng)用中也有著重要的應(yīng)用背景。對(duì)于沖擊波加載下脆性介質(zhì)的損傷與破壞，其影響因素很多，包括載荷大小、應(yīng)變率以及樣品自身的物理力學(xué)特性等等，這些因素使得問題的研究變得復(fù)雜與困難。與靜態(tài)加載相比，沖擊波作用下脆性介質(zhì)的損傷與破壞實(shí)驗(yàn)研究的手段相對(duì)單一，并且關(guān)注的主要是損傷破壞過程中介質(zhì)的力學(xué)參量的變化，例如應(yīng)力、應(yīng)變、聲阻抗等等。有鑒于此，本論文擬在傳統(tǒng)的損傷破壞實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合

2、動(dòng)高壓凝聚態(tài)介質(zhì)電阻率測(cè)量方法，嘗試研究脆性介質(zhì)損傷破壞過程中的電學(xué)參量的變化。
　　論文以K9玻璃作為典型的脆性絕緣介質(zhì)，在一級(jí)輕氣炮上開展了一維應(yīng)變沖擊波加載實(shí)驗(yàn)，試圖在以往力學(xué)測(cè)量的基礎(chǔ)上引入電學(xué)測(cè)量，從一個(gè)新的物理角度來探討材料的損傷破壞問題，探索絕緣脆性介質(zhì)中的損傷破壞與電阻率下降的對(duì)應(yīng)關(guān)系。論文的主要研究結(jié)果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)對(duì)Weir等人的對(duì)稱差分電路方法進(jìn)行了一系列改進(jìn)，包括(a)增加樣品和飛片的厚度

3、;(b)增加識(shí)別沖擊波傳播的時(shí)標(biāo)信號(hào);(c)提高測(cè)量電路的電壓至1500V;(d)增加零前檢查系統(tǒng)。改進(jìn)后的測(cè)量電路和測(cè)量方法，更有利于觀測(cè)脆性介質(zhì)在低沖擊波加載應(yīng)力下，電阻率隨時(shí)間演化的過程和對(duì)應(yīng)關(guān)系，為測(cè)量K9玻璃在Hugoniot彈性極限應(yīng)力范圍內(nèi)，電阻率的變化行為提供了實(shí)驗(yàn)手段。
　　(2)得到了K9玻璃Hugoniot彈性極限范圍內(nèi)電阻率的量化數(shù)據(jù)以及電阻率隨沖擊波加載應(yīng)力變化的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)沖擊波加載應(yīng)力低于1

4、.0GPa時(shí)，K9玻璃可視為絕緣體，在2.7GPa左右，K9玻璃電阻率開始有較明顯的降低，電阻率的數(shù)值在103Ωm量級(jí)，6.0GPa～7.7GPa的沖擊波加載應(yīng)力時(shí)電阻率在102Ωm量級(jí)。以往的文獻(xiàn)報(bào)道認(rèn)為，絕緣材料只有在很高的沖擊波加載應(yīng)力下（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于材料的Hugoniot彈性極限），由于沖擊波壓縮效應(yīng)，介質(zhì)的電阻率才會(huì)有較明顯的下降，本論文的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)材料沖擊波加載下電阻率下降的物理現(xiàn)象提供了新的認(rèn)識(shí)。
　　(3)通過設(shè)計(jì)一系

5、列實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行系統(tǒng)分析，確定了K9玻璃電阻率下降的物理因素。首先，采用電容器放電方法，確認(rèn)了在Hugoniot彈性極限應(yīng)力范圍內(nèi)，沖擊波壓縮效應(yīng)不會(huì)對(duì)K9玻璃的電阻率下降造成影響。其次，采用多點(diǎn)激光位移干涉DPS測(cè)量技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)K9玻璃的透明度變化，與電阻率測(cè)量一起共同表征了損傷破壞與電阻率下降之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立了裂紋均勻擴(kuò)展模型，估算出動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展的速度，與胡昌明報(bào)道的K9玻璃中的動(dòng)態(tài)裂紋擴(kuò)展，以及Xia（夏開文）等人提出的超剪切裂

6、紋的擴(kuò)展速度相當(dāng)，從而確認(rèn)了電極孔周圍裂紋擴(kuò)展對(duì)K9玻璃電阻率下降的影響。第三，對(duì)K9玻璃電阻率實(shí)時(shí)測(cè)量過程中的電壓信號(hào)波形進(jìn)行了細(xì)致解讀，指出當(dāng)K9玻璃樣品前界面?zhèn)魅氲钠茐牟ǖ竭_(dá)電極頂端時(shí)會(huì)使樣品的電阻率進(jìn)一步降低，在測(cè)試電壓信號(hào)中出現(xiàn)一個(gè)特征拐點(diǎn)。該拐點(diǎn)的確認(rèn)，不僅說明了破壞波對(duì)電阻率下降的影響，而且由此提出了一種觀測(cè)破壞波的新方法。
　　(4)結(jié)合脆性介質(zhì)斷裂過程中的帶電粒子釋放現(xiàn)象及壓縮原子模型、化學(xué)鍵斷裂模型和Posit