陶瓷材料的靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能和損傷特性研究.pdf

1、陶瓷材料因其優(yōu)異的物理、力學(xué)性能，廣泛應(yīng)用在軍用防護(hù)裝甲以及民用發(fā)動(dòng)機(jī)部件等方面，在國(guó)防及高科技領(lǐng)域起到了極其重要的作用。對(duì)陶瓷材料的力學(xué)性能、抗沖擊特性以及損傷破壞規(guī)律的研究，成為國(guó)內(nèi)外防護(hù)工程新的發(fā)展趨勢(shì)?？傮w上來(lái)講，目前對(duì)陶瓷材料的研究工作大多是初步且比較分散的，同時(shí)國(guó)內(nèi)的研究工作與國(guó)外相比還有較大的差距。本文對(duì)陶瓷材料的基本靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能以及損傷破壞特性等方面，通過(guò)實(shí)驗(yàn)、理論及數(shù)值模擬相結(jié)合的較為全面的研究工作，較深刻地揭示陶瓷

2、材料的抗侵徹機(jī)理。
　　 論文利用系列靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)裝置(MTS、SHPB、LGG及侵徹)，開(kāi)展了AD95與AD86/10兩種陶瓷材料的靜動(dòng)態(tài)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)。利用MTS實(shí)驗(yàn)裝置獲得了材料在較低應(yīng)變率下的強(qiáng)度、泊松比、楊氏模量等參數(shù)，以及低應(yīng)變率下的應(yīng)力應(yīng)變曲線(xiàn)。利用SHPB實(shí)驗(yàn)裝置獲得了兩種陶瓷材料在中高應(yīng)變率下的屈服強(qiáng)度，并發(fā)現(xiàn)材料的應(yīng)變率硬化效應(yīng)。利用極高應(yīng)變率下的LGG實(shí)驗(yàn)裝置，獲得了材料的自由面速度時(shí)程曲線(xiàn)以及層裂強(qiáng)度

3、。開(kāi)展了兩種陶瓷材料抗桿彈侵徹實(shí)驗(yàn)，得到了材料的厚度防護(hù)系數(shù)及質(zhì)量防護(hù)系數(shù)，為工程應(yīng)用提供了依據(jù)。
　　 以實(shí)驗(yàn)研究所獲得的基本材料參數(shù)及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，得到了陶瓷材料的JH-2本構(gòu)模型參數(shù)。經(jīng)過(guò)理論分析建立了既包含材料應(yīng)變率效應(yīng)也包含材料壓力相關(guān)屈服效應(yīng)和損傷軟化效應(yīng)的陶瓷材料的含損傷動(dòng)態(tài)屈服準(zhǔn)則。分析對(duì)比了本構(gòu)計(jì)算的半徑回歸法與嚴(yán)格增量算法的計(jì)算流程及優(yōu)缺點(diǎn)，以所建立的屈服準(zhǔn)則為算例，推導(dǎo)了嚴(yán)格增量算法的計(jì)算公式。
　

4、　 工程分析方法研究方面，通過(guò)同時(shí)考慮彈體和靶體材料的應(yīng)變率效應(yīng)，嚴(yán)格地以各分區(qū)的質(zhì)量、動(dòng)量守恒定律為基礎(chǔ)，進(jìn)一步改進(jìn)了基于流體動(dòng)力比擬的工程分析方法。應(yīng)用改進(jìn)的工程分析方法數(shù)值模擬了陶瓷材料的抗侵徹過(guò)程，模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合良好。應(yīng)用量綱分析方法得到了無(wú)量綱形式的侵徹相似律模型，并建立了考慮應(yīng)變率效應(yīng)時(shí)相似律模型的修正公式。
　　 數(shù)值模擬了SHPB實(shí)驗(yàn)中高強(qiáng)度碳化鎢墊塊所引起的試件軸向應(yīng)力不均勻現(xiàn)象，并提出了一種合理的添

5、加墊塊形式，數(shù)值模擬結(jié)果顯示，新型組合墊塊下試件中軸向應(yīng)力不均勻現(xiàn)象被基本清除;同時(shí)應(yīng)用一維應(yīng)力波理論得到了修正實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。這些工作為陶瓷及其它高硬度、高強(qiáng)度材料的動(dòng)態(tài)性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確獲取奠定了基礎(chǔ)。
　　 以細(xì)觀分析和物理統(tǒng)計(jì)思想為基礎(chǔ)，建立了陶瓷材料的拉伸型損傷演化方程以及壓剪耦合型損傷演化方程，所建立的演化方程物理概念清晰，待定參數(shù)少。應(yīng)用所得到的JH-2本構(gòu)模型及參數(shù)、拉伸型損傷演化方程、半徑回歸算法，對(duì)LGG