平面沖擊加載下A95陶瓷動態(tài)力學(xué)性能研究.pdf

1、陶瓷材料具備耐高溫、耐磨、耐腐蝕、抗氧化、電絕緣性好、壓縮強度大等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于電子、計算機、激光、核反應(yīng)堆、宇航、兵器等尖端技術(shù)領(lǐng)域，由于陶瓷材料中存在氣孔、缺陷、晶界，使得對陶瓷性能及使用效能的研究較為復(fù)雜，引起了材料科學(xué)家、力學(xué)家的廣泛關(guān)注。特別是對陶瓷材料動態(tài)力學(xué)響應(yīng)研究，近幾十年以來已成為國際沖擊動力學(xué)領(lǐng)域十分活躍的研究課題。
　　 本文主要研究沖擊壓縮條件下氧化鋁陶瓷的動態(tài)響應(yīng)特性。在充分調(diào)研陶瓷材料在高壓、高

2、率條件下動力學(xué)響應(yīng)特性等諸多關(guān)鍵問題研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，開展了一級輕氣炮加載、VISAR測試的氧化鋁陶瓷平板正撞實驗。獲得了A95陶瓷的Hugoniot彈性極限，分析了厚度對σHEL的影響；觀察到無氧銅飛片層裂現(xiàn)象，并對其產(chǎn)生的機理進行了分析；修正了Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，使之適用于分析陶瓷類脆性材料。本文的主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 ①對陶瓷材料的失效準(zhǔn)則、本構(gòu)模型、應(yīng)變率效應(yīng)、平面載荷作用下陶瓷材料的破壞機制

3、等問題進行了調(diào)研，明確了陶瓷材料動態(tài)性能研究的進展和存在的問題。從陶瓷材料的物質(zhì)結(jié)構(gòu)及顯微組織等方面對陶瓷材料的結(jié)構(gòu)進行了分析，得出影響陶瓷材料性能的因素。
　　 ②針對陶瓷材料的物理力學(xué)性能及其影響因素開展了分析，從陶瓷材料的變形、斷裂特征及彈塑性性質(zhì)、晶粒尺寸對陶瓷性能的影響關(guān)系，高應(yīng)變率下陶瓷材料的力學(xué)性能和破壞行為等方面進行了重點論述。并對沖擊波物理實驗原理及方法、現(xiàn)有的加載手段和測試方法進行了討論。
　　 ③采

4、用超聲波測試獲得了氧化鋁陶瓷樣品的基本物理力學(xué)參量，通過電鏡掃描觀察了氧化鋁陶瓷的細觀結(jié)構(gòu)，電鏡掃描結(jié)果顯示氧化鋁陶瓷具有強烈的細觀非均勻性結(jié)構(gòu)特征。
　　 ④開展了氧化鋁陶瓷一級輕氣炮加載實驗，采用VISAR測試了不同厚度的氧化鋁陶瓷樣品在一維應(yīng)變沖擊壓縮條件下自由面質(zhì)點速度歷程，得到了氧化鋁陶瓷樣品Hugoniot彈性極限。實驗結(jié)果表明：隨著樣品厚度的增加，氧化鋁陶瓷的σHEL呈下降趨勢；當(dāng)沖擊壓力在6GPa-8GPa范圍內(nèi)

5、，陶瓷樣品自由面質(zhì)點速度歷程存在二次再壓縮現(xiàn)象，判斷是由于陶瓷內(nèi)產(chǎn)生的破壞陣面(Failure front)所造成的，與玻璃中的破壞波現(xiàn)象具有可比性。
　　 ⑤根據(jù)A95陶瓷的平板沖擊實驗結(jié)果，修正了Drucker-Prager屈服準(zhǔn)則，提出適用于陶瓷材料Hugoniot彈性極限表征的修正公式，并計算了A95陶瓷的σHEL值，分析理論值與實驗結(jié)果存在差異的原因。
　　 ⑥實驗觀察到異質(zhì)材料撞擊時，在飛片中會產(chǎn)生層裂現(xiàn)象，