兩類新型納米結(jié)構(gòu)金屬的彈道性能和斷裂行為的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，先進結(jié)構(gòu)材料由于應(yīng)用廣泛而備受關(guān)注。一些結(jié)構(gòu)材料，例如陶瓷材料，凱夫拉/樹脂復(fù)合材料，碳納米管復(fù)合材料等在靶板應(yīng)用方面已被大量地研究和優(yōu)化。除了這些優(yōu)質(zhì)的結(jié)構(gòu)材料外，納米結(jié)構(gòu)材料由于具有超高力學性能也備受關(guān)注。本文的研究對象是兩類新型納米結(jié)構(gòu)金屬，即雙模態(tài)金屬和納米孿晶增強的粗晶金屬，目標是探究其彈道性能和斷裂行為。
　　雙模態(tài)金屬材料被證明具有高的拉伸強度以及好的延展性，此外，其彈道性能也十分優(yōu)異。本文的數(shù)值模擬基于Jo

2、hnson-Cook斷裂模型，主要探究微結(jié)構(gòu)特征（粗晶區(qū)域的分布方式和形狀）對雙模態(tài)金屬銅彈道性能的影響。本文還考慮了納米晶的本構(gòu)和失效參數(shù)以及邊界條件對其彈道性能的影響。數(shù)值模擬表明，要提高雙模態(tài)金屬銅的彈道性能，粗晶區(qū)域應(yīng)均勻分布于納米晶相中。一般地，對于相同的分布方式，在垂直于沖擊方向上，粗晶區(qū)域投影較長的微結(jié)構(gòu)具有更好的彈道性能。在本文的計算框架之中，不考慮靶板對彈體的磨蝕，結(jié)果顯示相對于材料強度，微結(jié)構(gòu)的彈道性能更依賴于材料的

3、韌性。關(guān)于邊界條件的研究顯示，有約束條件下的微結(jié)構(gòu)的彈道性能好于無約束條件下微結(jié)構(gòu)的彈道性能。
　　納米孿晶增強的粗晶銅具有高的強度和好的韌性。納米孿晶使其具有高強度，而它好的韌性歸功于粗晶相的存在。本文主要探究納米孿晶間距，孿晶區(qū)域分布和孿晶區(qū)域形狀對納米孿晶增強的粗晶銅的彈道性能的影響。結(jié)果顯示，較小的納米孿晶間距和均勻分布的納米孿晶區(qū)域有利于提高彈道性能。而納米孿晶區(qū)域形狀對彈道性能的作用是受孿晶間距影響的。此外，本文還將其

4、彈道性能和單一相粗晶結(jié)構(gòu)的彈道性能做了對比。結(jié)果表明，納米孿晶區(qū)域陣列規(guī)則排列的微結(jié)構(gòu)相對于單一相粗晶結(jié)構(gòu)，具有較大的極限速度和較小的相對變形。
　　本文之前對納米結(jié)構(gòu)材料的斷裂研究，采用的都是單元刪除法，這種方法沒有考慮兩相材料間的界面性質(zhì)。為了更好地研究雙模態(tài)金屬銅的斷裂行為，本文引入內(nèi)聚力有限單元法，探究在拉伸載荷的作用下，內(nèi)聚力單元強度和微結(jié)構(gòu)特征對其影響。數(shù)值結(jié)果表明。當粗晶相和納米晶相中內(nèi)聚力單元的強度均達到某個水平以