預(yù)制缺陷的H-K9L玻璃的動(dòng)態(tài)斷裂研究.pdf

1、DynamicFractureBehaviorofHK9LGlasswithPrefabricatedDefectsADissertationSubmittedtoChinaAcademyofEngineeringPhysicsforDoctor’SDegreeinEngineeringAuthor：HuChangmingSupervisor：ProfessorLiuCangliProfessorCaiLingcangInstitute

2、ofFluidPhysicsChinaAcademyofEngineeringPhysicsMianyang，Sichuan2010827摘要在軍事和民用需求背景的驅(qū)動(dòng)下，材料動(dòng)態(tài)斷裂現(xiàn)象至今仍是材料學(xué)家、力學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家等關(guān)注的重點(diǎn)基礎(chǔ)課題之一，其核心問題是如何用數(shù)學(xué)語言來描述動(dòng)載下材料內(nèi)部損傷成核及動(dòng)態(tài)演化過程。無論是基于宏觀物理實(shí)驗(yàn)結(jié)果而建立的唯像或半經(jīng)驗(yàn)的斷裂模型，還是基于微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)演化過程而建立的損傷演化規(guī)律，在一定程度

3、上均缺乏普適性。在復(fù)雜應(yīng)力環(huán)境下，這些模型均難以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)材料斷裂問題。其主要原因是材料動(dòng)態(tài)斷裂涉及到多學(xué)科、多因素相互交叉與耦合，需要結(jié)合高時(shí)空分辨的多尺度的實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果及與微細(xì)觀損傷演化過程密切相關(guān)的物理建模。本論文利用激光內(nèi)刻在HK9L玻璃內(nèi)部預(yù)制一定初始損傷，結(jié)合高時(shí)空分辨的DPS測(cè)試技術(shù)，探討了動(dòng)載下HK9L玻璃內(nèi)部初始損傷的演化及其對(duì)材料動(dòng)態(tài)斷裂特性的影響。主要的工作和結(jié)果如下：(1)對(duì)國(guó)內(nèi)外材料動(dòng)態(tài)斷裂的研究成果進(jìn)行了全面的

4、分析，包括動(dòng)態(tài)斷裂準(zhǔn)則、損傷成核及演化過程的描述方法、影響動(dòng)態(tài)斷裂的內(nèi)外因素及相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究方法。大量的文獻(xiàn)表明：材料內(nèi)部的微細(xì)觀損傷成核及實(shí)時(shí)演化過程成為該領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)和難點(diǎn)，與之相關(guān)的微細(xì)觀尺度的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)和理論建模成為該領(lǐng)域的近20年來的熱門話題。為此，本論文利用預(yù)制損傷的透明HK9L玻璃，結(jié)合多普勒探針測(cè)試技術(shù)，探討沖擊加載下預(yù)制損傷的動(dòng)態(tài)演化過程及預(yù)制損傷對(duì)材料斷裂特性的影響規(guī)律，為建立與材料微細(xì)觀結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)演化過程相關(guān)的斷裂

5、模型提供一些參考數(shù)據(jù)。(2)在單點(diǎn)DPS、狽fJ試技術(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)展了具有高時(shí)空分辨能力的具有16通道的陣列DPS測(cè)試技術(shù)，其時(shí)間和空間分辨率分別為50ps、127prn。將該技術(shù)應(yīng)用于平板撞擊實(shí)驗(yàn)中，開展了內(nèi)部預(yù)制初始微細(xì)觀缺陷HK9L玻璃的沖擊壓縮破壞的實(shí)驗(yàn)研究，獲得了因材料內(nèi)部細(xì)觀預(yù)制損傷影響的粒子速度剖面。速度剖面上的細(xì)微差異主要表現(xiàn)在：當(dāng)速度到達(dá)最大值后的100rls時(shí)間段內(nèi)，速度趨于穩(wěn)定的時(shí)間和缺陷引起的lm／s的速度跳躍，

6、初步分析認(rèn)為這是缺陷沖擊壓縮波的傳播造成的細(xì)微影響。同時(shí)，在沖擊壓縮情況下，基于實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果，推斷預(yù)制損傷區(qū)存在一個(gè)壓縮破壞閾值應(yīng)力，該應(yīng)力低于完整材料的沖擊壓縮彈性極限(8GPa)。通過這些實(shí)驗(yàn)探索，指出了高時(shí)空分辨的陣列DPS鋇IJ試技術(shù)存在的局限性和不成熟性，由于考慮高時(shí)一空分辨率，犧牲了系統(tǒng)的有效記錄時(shí)間，該技術(shù)還需要更進(jìn)一步的發(fā)展和推動(dòng)。(3)利用激光內(nèi)刻技術(shù)，在HK9L玻璃樣品內(nèi)部設(shè)計(jì)位置預(yù)制m10mrn0204mm的初始缺