陶瓷材料的靜動態(tài)力學性能和損傷特性研究.pdf

1、陶瓷材料因其優(yōu)異的物理、力學性能，廣泛應用在軍用防護裝甲以及民用發(fā)動機部件等方面，在國防及高科技領域起到了極其重要的作用。對陶瓷材料的力學性能、抗沖擊特性以及損傷破壞規(guī)律的研究，成為國內(nèi)外防護工程新的發(fā)展趨勢?？傮w上來講，目前對陶瓷材料的研究工作大多是初步且比較分散的，同時國內(nèi)的研究工作與國外相比還有較大的差距。本文對陶瓷材料的基本靜動態(tài)力學性能以及損傷破壞特性等方面，通過實驗、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、材料的抗侵徹機理。
　　 論文利用系列靜動態(tài)力學性能實驗裝置(MTS、SHPB、LGG及侵徹)，開展了AD95與AD86/10兩種陶瓷材料的靜動態(tài)力學性能實驗。利用MTS實驗裝置獲得了材料在較低應變率下的強度、泊松比、楊氏模量等參數(shù)，以及低應變率下的應力應變曲線。利用SHPB實驗裝置獲得了兩種陶瓷材料在中高應變率下的屈服強度，并發(fā)現(xiàn)材料的應變率硬化效應。利用極高應變率下的LGG實驗裝置，獲得了材料的自由面速度時程曲線以及層裂強度

3、。開展了兩種陶瓷材料抗桿彈侵徹實驗，得到了材料的厚度防護系數(shù)及質(zhì)量防護系數(shù)，為工程應用提供了依據(jù)。
　　 以實驗研究所獲得的基本材料參數(shù)及實驗數(shù)據(jù)為基礎，得到了陶瓷材料的JH-2本構模型參數(shù)。經(jīng)過理論分析建立了既包含材料應變率效應也包含材料壓力相關屈服效應和損傷軟化效應的陶瓷材料的含損傷動態(tài)屈服準則。分析對比了本構計算的半徑回歸法與嚴格增量算法的計算流程及優(yōu)缺點，以所建立的屈服準則為算例，推導了嚴格增量算法的計算公式。
　

4、　 工程分析方法研究方面，通過同時考慮彈體和靶體材料的應變率效應，嚴格地以各分區(qū)的質(zhì)量、動量守恒定律為基礎，進一步改進了基于流體動力比擬的工程分析方法。應用改進的工程分析方法數(shù)值模擬了陶瓷材料的抗侵徹過程，模擬結(jié)果與實驗結(jié)果符合良好。應用量綱分析方法得到了無量綱形式的侵徹相似律模型，并建立了考慮應變率效應時相似律模型的修正公式。
　　 數(shù)值模擬了SHPB實驗中高強度碳化鎢墊塊所引起的試件軸向應力不均勻現(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力不均勻現(xiàn)象被基本清除;同時應用一維應力波理論得到了修正實驗數(shù)據(jù)的處理方法。這些工作為陶瓷及其它高硬度、高強度材料的動態(tài)性能實驗數(shù)據(jù)的準確獲取奠定了基礎。
　　 以細觀分析和物理統(tǒng)計思想為基礎，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。應用所得到的JH-2本構模型及參數(shù)、拉伸型損傷演化方程、半徑回歸算法，對LGG