HR2及幾種鐵基合金的沖擊相變與斷裂現(xiàn)象研究.pdf

1、HR2抗氫鋼是鐵基材料的一個(gè)新品種，在許多重要工程結(jié)構(gòu)中得到應(yīng)用，對(duì)其動(dòng)載性能的研究只進(jìn)行了較高壓力段沖擊絕熱線數(shù)據(jù)的測(cè)量，未對(duì)其在爆炸載荷下是否發(fā)生類似大多數(shù)鐵基材料中的沖擊相變行為進(jìn)行過專門研究。本論文主要關(guān)心HR2的動(dòng)載力學(xué)性能和行為，觀察沖擊載荷下微觀組織的變化會(huì)不會(huì)主導(dǎo)該材料在中低應(yīng)力范圍內(nèi)的整體力學(xué)表現(xiàn)及其斷裂行為。選取了工業(yè)純鐵DT2作為鐵及鐵基合金沖擊相變行為研究的標(biāo)準(zhǔn)樣品，還選取了與HR2成分同系列的不銹鋼FeMnNi

2、開展對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。 實(shí)驗(yàn)采用雙靈敏度VISAR測(cè)試技術(shù)對(duì)一級(jí)輕氣炮加載下的HR2、DT2和FeMnNi等幾種鐵及鐵基合金的沖擊相變行為及其破壞特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。獲得了DT2和FeMnNi自由面速度的典型的彈性波—塑性波—相變波三波結(jié)構(gòu)。DT2在高于相變應(yīng)力的等厚對(duì)稱碰撞下出現(xiàn)了二次層裂，低于相變應(yīng)力時(shí)無層裂；FeMnNi在高于相變應(yīng)力的非對(duì)稱碰撞下出現(xiàn)了淺表層裂現(xiàn)象，顯然相變波體系對(duì)層裂起到了主導(dǎo)性作用。對(duì)HR2在中低應(yīng)力段的

3、不同加載強(qiáng)度下均只測(cè)得了彈塑性雙波結(jié)構(gòu)，沒有觀測(cè)到預(yù)期的相變波，實(shí)驗(yàn)后回收樣品的微觀金相組織顯示其組織局部發(fā)生了變化。沖擊相變帶來了豐富的現(xiàn)象表現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的物理過程值得深入研究。 本文還對(duì)化爆加載下的HR2和DT2等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)實(shí)驗(yàn)研究過程中出現(xiàn)的層裂等損傷現(xiàn)象進(jìn)行了分析。一維平面爆轟加載下DT2楔形樣品內(nèi)部呈現(xiàn)出明顯的層裂紋，與E.A.Kozlov在滑移爆轟加載下僅在樣品外表斜面的局部觀測(cè)到層裂相比，破壞形貌有很大的不同，

4、說明加載模式對(duì)材料的破壞存在影響。 同時(shí)還對(duì)部分實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了初步數(shù)值模擬。在二維有限元編碼DEFEL程序中采用不含相變的彈塑性本構(gòu)，并嵌入損傷度函數(shù)模型，對(duì)HR2進(jìn)行了數(shù)值模擬，得到了與實(shí)驗(yàn)較為一致的擬合曲線。同時(shí)利用一維POT程序和考慮沖擊相變的三段式擬合唯象物態(tài)方程對(duì)DT2進(jìn)行了數(shù)值擬合，亦得到了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近似的加載段速度曲線，但對(duì)涉及卸載及層裂過程的計(jì)算，還需更完備的本構(gòu)和斷裂模型。 研究結(jié)果加深了對(duì)沖擊加載下