預制缺陷的H-K9L玻璃的動態(tài)斷裂研究.pdf

1、DynamicFractureBehaviorofHK9LGlasswithPrefabricatedDefectsADissertationSubmittedtoChinaAcademyofEngineeringPhysicsforDoctor’SDegreeinEngineeringAuthor：HuChangmingSupervisor：ProfessorLiuCangliProfessorCaiLingcangInstitute

2、ofFluidPhysicsChinaAcademyofEngineeringPhysicsMianyang，Sichuan2010827摘要在軍事和民用需求背景的驅(qū)動下，材料動態(tài)斷裂現(xiàn)象至今仍是材料學家、力學家、地質(zhì)學家等關(guān)注的重點基礎(chǔ)課題之一，其核心問題是如何用數(shù)學語言來描述動載下材料內(nèi)部損傷成核及動態(tài)演化過程。無論是基于宏觀物理實驗結(jié)果而建立的唯像或半經(jīng)驗的斷裂模型，還是基于微細觀結(jié)構(gòu)的動態(tài)演化過程而建立的損傷演化規(guī)律，在一定程度

3、上均缺乏普適性。在復雜應力環(huán)境下，這些模型均難以準確預測材料斷裂問題。其主要原因是材料動態(tài)斷裂涉及到多學科、多因素相互交叉與耦合，需要結(jié)合高時空分辨的多尺度的實驗觀察結(jié)果及與微細觀損傷演化過程密切相關(guān)的物理建模。本論文利用激光內(nèi)刻在HK9L玻璃內(nèi)部預制一定初始損傷，結(jié)合高時空分辨的DPS測試技術(shù)，探討了動載下HK9L玻璃內(nèi)部初始損傷的演化及其對材料動態(tài)斷裂特性的影響。主要的工作和結(jié)果如下：(1)對國內(nèi)外材料動態(tài)斷裂的研究成果進行了全面的

4、分析，包括動態(tài)斷裂準則、損傷成核及演化過程的描述方法、影響動態(tài)斷裂的內(nèi)外因素及相應的實驗研究方法。大量的文獻表明：材料內(nèi)部的微細觀損傷成核及實時演化過程成為該領(lǐng)域研究的焦點和難點，與之相關(guān)的微細觀尺度的實驗觀測和理論建模成為該領(lǐng)域的近20年來的熱門話題。為此，本論文利用預制損傷的透明HK9L玻璃，結(jié)合多普勒探針測試技術(shù)，探討沖擊加載下預制損傷的動態(tài)演化過程及預制損傷對材料斷裂特性的影響規(guī)律，為建立與材料微細觀結(jié)構(gòu)的實時演化過程相關(guān)的斷裂

5、模型提供一些參考數(shù)據(jù)。(2)在單點DPS、狽fJ試技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了具有高時空分辨能力的具有16通道的陣列DPS測試技術(shù)，其時間和空間分辨率分別為50ps、127prn。將該技術(shù)應用于平板撞擊實驗中，開展了內(nèi)部預制初始微細觀缺陷HK9L玻璃的沖擊壓縮破壞的實驗研究，獲得了因材料內(nèi)部細觀預制損傷影響的粒子速度剖面。速度剖面上的細微差異主要表現(xiàn)在：當速度到達最大值后的100rls時間段內(nèi)，速度趨于穩(wěn)定的時間和缺陷引起的lm／s的速度跳躍，

6、初步分析認為這是缺陷沖擊壓縮波的傳播造成的細微影響。同時，在沖擊壓縮情況下，基于實驗測量結(jié)果，推斷預制損傷區(qū)存在一個壓縮破壞閾值應力，該應力低于完整材料的沖擊壓縮彈性極限(8GPa)。通過這些實驗探索，指出了高時空分辨的陣列DPS鋇IJ試技術(shù)存在的局限性和不成熟性，由于考慮高時一空分辨率，犧牲了系統(tǒng)的有效記錄時間，該技術(shù)還需要更進一步的發(fā)展和推動。(3)利用激光內(nèi)刻技術(shù)，在HK9L玻璃樣品內(nèi)部設(shè)計位置預制m10mrn0204mm的初始缺