超高应变率载荷下铜材料层裂特性研究

超高应变率载荷下材料层裂特性研究对理解极端条件下材料动态破坏特性具有重要意义.利用双温模型结合分子动力学模拟研究分析了超高应变率载荷下铜材料的层裂特性,发现当应变率在10~9s~(-1)—10~(10)s~(-1)内时,铜材料层裂强度在19 GPa附近波动.而当材料发生冲击熔化时,铜的层裂强度下降到14.89 GPa.利用飞秒激光对铜样品靶进行冲击加载,并利用啁啾脉冲频谱干涉技术开展超快诊断,通过单发次实验测量获得了样品靶的自由面粒子速度演化历史,结果未见表征样品层裂的速度回跳和速度周期性振荡信号.结合冲击动力学理论得到样品自由面附近最大加载压强为8.18 GPa,小于超高应变率载荷下铜材料的层裂强度.此外,对回收样品扫描分析发现,铜样品未发生层裂且飞秒激光引起的冲击波对样品表面结构产生了很大影响.     

AD95陶瓷的层裂强度及冲击压缩损伤机理研究

采用激光位移干涉测试技术测量了AD95 陶瓷在一维应变冲击压缩下的自由面或样品/窗口界面粒子速度剖面, 确定了层裂强度及其与加载应力的变化关系, 在此基础上讨论了冲击压缩损伤程度与加载应力的关系. 研究结果表明: AD95陶瓷发生冲击压缩损伤的阈值应力约为3.7 GPa, 小于其雨贡纽弹性极限(HEL, 约5.47 GPa); 小于阈值应力不发生冲击压缩损伤, 层裂强度随加载应力的增加逐渐增大; 大于阈值应力冲击压缩损伤快速发展, 层裂强度迅速降低; 在HEL附近层裂强度降低到零, 丧失了抗拉能力, 表明材料发生了严重的冲击压缩损伤.     

聚四氟乙烯动态特性的实验研究

 在10~55 GPa的高压范围用化爆装置、采用阻抗匹配法测得了聚四氟乙烯（初始密度ρ₀=2.19 g/cm³）的冲击波速度D和波后粒子速度u之关系为：D=2.10+1.62u（mm/μs）。在0.2~3 GPa的低压范围用气炮装置、采用电磁速度计测量了材料内加、卸载过程的拉格朗日粒子速度波形，获得的冲击加载D-u关系为：D=1.24+3.72u-1.94u²（mm/μs）。实测卸载曲线和加载冲击绝热线接近一致，残余应变似乎不存在或者说很小；弹性区段很不明显，聚四氟乙烯本质上呈现出塑性性质。     

烧结钕铁硼的层裂强度及断裂机理

利用一级气体炮对烧结钕铁硼(Nd-Fe-B)永磁材料进行平板撞击实验,实现一维应变下的层裂;采用激光干涉测速技术,测量样品自由面粒子速度历史,确定了冲击压缩后层裂强度与加载应力的关系。结果表明:加载应力在0.375～2.512 GPa范围内时,层裂强度随着加载应力的增加先增加后减小,存在一个阈值,当加载应力超过该阈值时,材料发生压缩损伤,层裂强度随之减小。通过扫描电子显微镜观察样品断口形貌,发现在冲击载荷下烧结钕铁硼出现明显的穿晶断裂。     

强激光辐照下纯铝的力学响应和层裂的实验测量与分析

 采用速度干涉（VISAR）测试技术,对强激光辐照下纯铝的动态力学响应和层裂特性进行了实验测量和分析。样品厚度分别为200 μm 和485 μm,激光脉冲的半高宽约为10 ns,功率密度变化范围为10¹⁰~10¹¹ W·cm^-2。实测了样品自由面速度波形,反映了强激光加载作用下材料损伤演化过程以及损伤对材料动态响应的影响。计算得到了冲击波强度(2.0~13.4 GPa) 和不同拉伸应变率下铝的层裂强度(1.6~2.3 GPa)。在所采用的实验条件和1维近似下,激光辐照产生的冲击波强度与激光功率密度之间成线性关系。最后讨论了层裂强度与拉伸应变率之间的关系,显示层裂强度随着拉伸应变率的增加而增大。     

AF-1410钢冲击响应研究

利用φ100的一级轻气炮作为加载手段，采取飞片对称碰撞法研究了AFI-410钢在冲击载荷下的动态响应。在实验中，用激光干涉测速仪(VISAR)测量样品自由面速度剖面，并用PZT陶瓷片测量弹性先驱波速度。由VISAR测量的自由面速度历史曲线如图1所示，图中Ⅰ～Ⅵ代表不同撞击速度下样品自由面速度历史图像。塑性冲击波速度与波后粒子速度关系为Cpl=4．45 1．477up(km/s)，拟合曲线如图2所示。同时，根据自由面速度历史反映的层裂信息，得到Hugoniot弹性屈服极限约在2．74GPa，层裂强度约4．67GPa。     

钝感炸药冲击起爆反应过程的 PDV 技术

为研究A型钝感炸药冲击起爆反应演化过程,进行了火炮驱动蓝宝石飞片的一维平面冲击实验。实验中采用光子多普勒测速仪(Photonic Doppler velocimetry,PDV)技术测量冲击起爆后台阶型炸药的粒子速度。在炸药不同厚度台阶的后界面固定镀铝膜的楔形氟化锂(LiF)窗口,利用阻抗匹配将PDV测量的LiF窗口波后粒子速度转化为炸药样品波后粒子速度。比较组合式电磁粒子速度计和PDV两种测速技术,结果表明,相较于组合式电磁粒子速度计,PDV测量的粒子精度更高。简要分析了PDV测速探头角度、探头孔径、窗口折射率等影响,得到PDV测速的相对不确定度小于1%。     

钽在冲击载荷下的动态力学特性

 在对称碰撞实验中,用VISAR测试系统记录了自由面粒子速度剖面。结合材料常压弹性纵波声速的测量,利用冲击加载的双波结构,测量了钽在30 GPa以内的冲击波速度,给出了线性相关性非常好的D-u_p 关系,并与高压下的测量结果作了比较。同时对由自由面粒子速度剖面来计算层裂强度的模型进行了讨论,发现模型差异对钽的层裂强度的影响超过30%。     

材料预加热冲击压缩实验技术及高温下不锈钢的动态响应

 建立了用于轻气炮上冲击压缩实验的材料预加热系统及相关实验技术。介绍这一系统的原理、构造及操作。利用这一系统，在加载幅度8 GPa的恒定载荷下，得到了初始温度300～980 K范围内HR-2抗氢不锈钢的动态响应特性，包括层裂强度、Hugoniot弹性极限、卸载声速及它们随温度的变化规律。     

未反应JOB-9003炸药冲击Hugoniot关系测试

 利用“粒子速度对比法”实验技术,通过电磁粒子速度计测量了PMMA飞片同时撞击PMMA样品与待测炸药样品界面的粒子速度u₁和u₂,获得了未反应JOB-9003炸药的冲击Hugoniot关系;利用叠加原理和疏松材料冲击绝热线的计算方法,对未反应炸药的冲击绝热线进行了计算。计算结果与实验数据符合较好。     

无钴合金钢的冲击响应实验研究

 利用一级轻气炮作为加载手段,研究了无钴合金钢在3~20 GPa压力区间的冲击响应特性。用激光干涉测速——VISAR记录了双波结构的自由面速度剖面,并利用常压下的弹性纵波速度近似替代低压冲击下的弹性先驱波速度,确定了无钴合金钢的Hugoniot关系。根据自由面速度反映的层裂信息,给出了无钴合金钢的Hugoniot弹性极限、层裂强度以及层裂片厚度等动态力学参数。     

镀膜锰铜计的压阻性能研究

 用磁控阴极等离子体溅射技术在云母基底上制作镀膜锰铜压阻计。5~56 GPa冲击应力的标定实验表明，该计的压阻性能稳定。压阻系数的拟合式为p(GPa)=-0.14+90.63(ΔR/R₀)+10.81(ΔR/R₀)²-7.64(ΔR/R₀)^3，式中R₀为锰铜计初始电阻，ΔR为受压时的电阻变化值。     

冲击载荷下Al2O3抗弹陶瓷的力学性能实验研究

 通过静力学实验得到了Al₂O₃抗弹陶瓷的弹性模量和泊松比。通过一维平面撞击实验，在Al₂O₃抗弹陶瓷材料中进行了冲击波速度、飞片速度的测量和纵向应力、横向应力测量，得到了Al₂O₃抗弹陶瓷的冲击波D-u_p关系，以及抗弹陶瓷在3~11 GPa压力范围内相应的横向应力和纵向应力关系曲线，并根据这一曲线得到了抗弹陶瓷的纵向应力与剪切强度的关系。     

脉冲激光作用下铝靶的层裂

 本文报导波长为1.06 μm脉宽（FWHM）约4 ns的强脉冲激光辐照下，铝靶发生层裂的实验结果。当入射功率密度在2.0×10¹¹~5×10¹¹ W/cm²范围的激光束作用下，厚度为0.1 mm、0.2 mm的靶在超临界条件下发生层裂，层裂厚度分别在(17±6) μm及(35±5) μm范围。文中使用一种简化模型对阈值条件下不同厚度的靶发生层裂时的层裂片厚度作了近似估算，并与已有的实验结果较好地符合。     

陶瓷材料在压剪联合冲击加载下动态响应的实验研究

 应用57 mm压剪炮和双磁场IMPS粒子测试系统对95%的Al₂O₃陶瓷材料在压剪联合加载条件下的力学行为进行了实验研究，测量得到了材料内部压缩波（P波）、剪切波（S波）的加载、卸载和传播规律。对剪切波的衰减随载荷的变化进行了研究，初步得到95% Al₂O₃陶瓷材料在压剪联合载荷冲击下发生损伤的纵向应力阀值是4.86 GPa。     

Measurement and Analysis of Spall Characteristics of High-Pure Aluminium at One-Dimensional Strain Loading

With an impact velocity varying from 196.9m/s to 317.9m/s and ratios of flyer/sample thickness of 2：4 and 3：6, the free-surface velocity profiles of the shock compressed high purity aluminium （HPA 99.999%） samples are measured with a velocity interferometer system for any reflector. Based on the vibrating features of the velocity profiles, the damage behaviour of HPA is analysed. The results indicate that the vibrating amplitude increases with increasing shock stress, and the subsequent reverberations describing the spall become more obvious. When the shock stress in the material is below a critical or smaller than the threshold level, the free-surface velocity profile replicates virtually the form of the compression pulse inside the sample. When the impact stress exceeds a critical value （1.4 GPa）, the micro damage would appear, and the free-surface velocity profile changes significantly, showing a series of short-duration reverberations in the profile. When the impact stress exceeds the threshold of damage, a compressive disturbance called the ＂spall pulse＂ appears in the free-surface velocity profile, and the subsequent reverberation becomes regular again. The measured spall strength of HPA is much higher than those of commercially pure aluminium reported in many references. In addition, the strength of HPA is similar to that of single-crystal aluminium.     

强激光辐照下纳米晶体铜薄膜层裂破坏的实验研究

采用强激光辐照加载技术和激光速度干涉(VISAR)测试技术，对纳米晶体铜薄膜的层裂特性进行实验测量和分析.基于VISAR实测的自由面速度波形，计算得到纳米晶体铜薄膜在超高拉伸应变率下的层裂强度高达3 GPa，明显高于多晶铜的层裂强度, 其原因归咎于纳米晶体材料中存在大量晶界阻碍了位错运动.     

强激光辐照下纳米晶体铜薄膜层裂破坏的实验研究

采用强激光辐照加载技术和激光速度干涉(VISAR)测试技术,对纳米晶体铜薄膜的层裂特性进行实验测量和分析.基于VISAR实测的自由面速度波形,计算得到纳米晶体铜薄膜在超高拉伸应变率下的层裂强度高达3 GPa,明显高于多晶铜的层裂强度, 其原因归咎于纳米晶体材料中存在大量晶界阻碍了位错运动. 关键词： 纳米晶体铜薄膜 层裂 激光辐照     

Evolution of shock waves in SiC ceramic

The evolution of a shock compression wave in SiC ceramic is measured for determining the possible contribution of relaxation processes to the high-rate straining. No appreciable decay of the elastic precursor and other features of stress relaxation are revealed when the sample thickness changes from 0.5 to 8.3 mm, and the evolution of the compression wave corresponds to a simple wave. The measured values of the Hugoniot elastic limit (σ_HEL = 8.72 ± 0.17 GPa) and spall strength (σ_sp = 0.50–0.62 GPa) with allowance for the density of the ceramic are in conformity with the available data.