TiB2-B4C復(fù)合材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及抗侵徹機(jī)理研究.pdf

1、B4C陶瓷具有優(yōu)越的物理力學(xué)性能，如密度低、強(qiáng)度高、透X光等，被廣泛地應(yīng)用于各種裝甲結(jié)構(gòu)。TiB2-B4C復(fù)合材料作為一種新型陶瓷，提升了單質(zhì)B4C陶瓷的斷裂韌性、彈性模量、顯微硬度等，已經(jīng)成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn)話題。盡管TiB2-B4C復(fù)合材料的燒結(jié)工藝、微觀結(jié)構(gòu)等已經(jīng)取得了許多成果，但衡量材料工程應(yīng)用的系統(tǒng)、全面的力學(xué)性能仍需要開展深入的研究。本文通過實(shí)驗(yàn)、理論和數(shù)值仿真相結(jié)合的方式對(duì)TiB2-B4C復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，以及含粘結(jié)層

2、的陶瓷/金屬復(fù)合裝甲抗侵徹性能進(jìn)行了研究。
　　首先，獲得了TiB2-B4C復(fù)合材料的物相成分和微觀結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)小顆粒的TiB2均勻分布于長(zhǎng)大的B4C相內(nèi)，晶粒規(guī)則且分布均勻，微孔洞均勻分布于TiB2相和B4C相的邊界。沿晶斷裂發(fā)生于沿TiB2相的晶粒邊界，而穿晶斷裂發(fā)生在B4C相晶粒的內(nèi)部。
　　TiB2-B4C復(fù)合材料拉伸力學(xué)性能研究引入了平臺(tái)巴西圓盤實(shí)驗(yàn)，以解決試件應(yīng)力集中問題，并獲得了圓盤試樣裂紋擴(kuò)展特性，2D-DIC

3、計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)的有效性?；诟倪M(jìn)的SHPB實(shí)驗(yàn)裝置，獲得了TiB2-B4C復(fù)合材料的強(qiáng)度、失效應(yīng)變、彈性模量和應(yīng)變率效應(yīng)。受裂紋擴(kuò)展延時(shí)效應(yīng)的影響，TiB2-B4C復(fù)合材料拉伸/壓縮強(qiáng)度均隨應(yīng)變率的增加而增加。同時(shí)，材料內(nèi)TiB2的加入改善了晶粒和微孔洞的尺寸和分布，導(dǎo)致了TiB2-B4C復(fù)合材料的強(qiáng)度大于單質(zhì)B4C和單質(zhì)TiB2陶瓷。
　　其次，開展了一維應(yīng)變加載下TiB2-B4C復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能，探討了基于微裂紋擴(kuò)展

4、機(jī)制的破壞波傳播特性?；赗ankine-Hugoniot關(guān)系，獲得了D-u型和p-μ型的Hugoniot曲線。分析了TiB2-B4C復(fù)合材料極高應(yīng)變率條件下的Hugoniot彈性極限的應(yīng)變率效應(yīng)。在平面沖擊波作用下，發(fā)現(xiàn)TiB2-B4C復(fù)合材料的Hugoniot彈性極限與基體B4C接近，而添加劑的影響較小。在低于Hugoniot彈性極限的條件下，發(fā)現(xiàn)TiB2-B4C復(fù)合材料內(nèi)存在破壞波現(xiàn)象?；诓▌?dòng)方程的特征線法獲得了破壞波的傳播速度

5、，并討論了延遲效應(yīng)對(duì)破壞波波速的影響。
　　改進(jìn)傳統(tǒng)的三軸圍壓測(cè)試系統(tǒng)，獲得了完全損傷條件下TiB2-B4C復(fù)合材料的強(qiáng)度模型；結(jié)合靜動(dòng)態(tài)拉伸/壓縮實(shí)驗(yàn)和平板撞擊實(shí)驗(yàn)和損傷常數(shù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)反演，建立了TiB2-B4C復(fù)合材料完整的本構(gòu)模型，并采用侵深實(shí)驗(yàn)和數(shù)值仿真驗(yàn)證了模型的有效性。
　　最后，對(duì)含有不同厚度粘結(jié)層、不同形式陶瓷面板的陶瓷/金屬復(fù)合裝甲的抗侵徹性能開展了研究，并獲得了靶板內(nèi)部應(yīng)力波傳播特性。結(jié)果表明，分層陶