纯铜—维动态损伤研究

在Johnson方法的基础上,本文采用细观方法提出了一个延性材料动态损伤模型.模型中考虑了材料的硬化、应变率效应和惯性效应.同时进行了纯铜一维层裂实验,对软回收试件进行了显微金相和定量金相分析,观察到了一些有意义的力学现象.利用一维Lagrange 有限差分动力学程序,采用本文提出的损伤模型对纯铜的层裂过程进行了数值模拟,得到了比较满意的结果.     

延性材料动态断裂的实验研究和数值分析

本文对延性材料纯铜和ＬＹ１２铝合金进行了层裂实验，对软回收试件进行了仔细的定量和显微金相观测，观察到了两种材料中不同微损伤的形核、增长和聚合机制，为理论分析提供了真实的实验结果。将文〔４〕提出的延性动态损伤模型编入了一维Ｌａｇｒａｎｇｅ有限差分动力学程序，对两组层裂实验进行了数值模拟，计算结果与实验吻合较好。     

45钢层裂研究

对４５钢进行了层裂实验，对软回收试件进行了显微金相观测，观察了材料中微损伤的形核、增和聚合机制。将文献［３］中的动态损伤模型编入一维Ｌａｇｒａｎｇｅ有限差分动力学程序，对层裂实验进行了数值模拟，计算结果与实验吻合较好。     

延性金属层裂模型比较

在平面一维弹塑性流动有限差分计算程序中加入4种延性金属层裂模型，对平板撞击层裂实验进行数值模拟。结果表明:简单最大拉伸应力模型和简单损伤累积模型能定性反映层裂的物理现象，由于忽略损伤对本构的影响，计算结果和实验有偏差，但模型要求参数较少，对于一些精度要求不是很高的工程问题，可以采用；从材料损伤断裂物理本质出发，采用微损伤统计方法得到的NAG模型和封加波损伤度函数模型，能很好地再现实测的自由面速度剖面,数值计算结果与实验吻合很好。     

层裂微裂纹的形态及层裂程度的表征参量

层裂是冲击载荷造成材料破坏的一种典型方式。文中运用超声Ｃ扫描检测系统对层裂试件的微损伤形态进行检测，确是出在一维应变加载条件下的微裂纹形态呈钱币型；另一方面，根据钱币型微纹形态，通过对层裂损伤演化过程的分析，提出了一个描述层裂程度的无量纲参量，与层裂实验数据的对比说明了这个参量能够很好地描述层裂损伤程度。     

一种基于空穴聚集的层裂模型

基于如下假设，给出了层裂过程中的应力松弛方程，并建立了一种基于空穴聚集的延性层裂模型:在层裂早期，微空穴的主要效应是减小应力作用面积；在层裂后期，应力按空穴聚集时的应力-空隙度依赖关系减小。把P.F.Thomason、D.L.Tonks等及S.Cochran等给出的依赖于应力（压力）的层裂空隙度方程分别耦合于守恒方程、计及损伤的状态方程及本构方程，建立了求解所有变量包括损伤的封闭方程组。这种基于空穴聚集的层裂模型已被应用于一维层裂试验的数值模拟。模型中的层裂强度及临界损伤度初始可以估计，最终的确定将使数值模拟结果与实测的速度（或应力）剖面以及观测的层裂面上的损伤基本一致。分别基于D.L.Tonk等及S.Cochran等给出的依赖于压力的层裂空隙度方程所作的一维层裂试验数值模拟结果基本一致，而与基于P.F.Thomason给出的依赖于应力的层裂空隙度方程所作的相应数值模拟结果有明显差异。     

微孔洞有核长大损伤演化模型研究

针对材料的层裂问题,从细观角度出发,提出微孔洞有核长大损伤演化模型假说。该模型包含损伤开始、演化和终止三个阶段,共有4个材料参数,分别是代表损伤开始发展的阈值应力的σ_0,损伤演化时损伤率对超阈值应力的依赖指数λ,损伤终止时材料发生层裂时的极限损伤D_c,和损伤持续的时间参数Ψ。通过对D6AC钢和45钢层裂实验进行计算分析,验证了本文提出的损伤演化模型假说的合理性。并结合试验,给出了模型中4个材料参数物理内涵、取值方法及影响规律。损伤发展的过程量λ对损伤影响最大,表明损伤演化过程并非简单的能量累积,其次是损伤阈值应力σ_0,极限损伤D_c和损伤持续的时间参数Ψ对损伤影响最小。     

爆炸载荷下钢板层裂的二维数值计算

采用二维有限元方法对爆炸载荷下钢板的层裂问题进行数值模拟计算。计算中引入了一种普适的弹塑性本构方程,并采用了损伤积累准则和半解耦的损伤本构模型。结果表明,二维计算的主裂片厚度略小于一维计算,裂片飞散速度要比一维计算低得多,更接近实际结果。     

含氦泡辐照老化材料层裂损伤计算方法分析

辐照条件下,一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷,氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质,而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合,但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用,当初始孔洞数密度达到一定临界值时,材料内部没有新的孔洞成核,因此,层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文中基于损伤早期演化的特征,给出了这一临界值的计算方法,并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时,在完善孔洞增长(void growth, VG)层裂损伤模型中参数的确定方法的基础上,借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果,对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大的情况下,当氦泡浓度低于临界氦泡浓度时,需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响;反之,可以采用简单的层裂损伤模型,不需要计算孔洞成核,但由于增长孔洞之间的相互影响,损伤模型的初始损伤参数需要重新确定。     

初始应力状态对材料层裂破坏特性影响研究

通过对球面飞片加载条件下的应力/应变状态分析表明采用施加径向应变方法可以近似模拟球面加载的受力过程. 采用过盈配合的热装配方法对平面样品施加了径向预应变,一维平面应变气炮实验结果显示初始预应力(变)明显降低了LY12铝层裂强度. 从空洞长大基本原理出发分析了各向异性受力条件下空洞长大的路径和所消耗能量不同于各向同性应力加载.通过数值模拟对含损伤的材料本构模型进行分析,得到了材料层裂强度与其外部宏观应力场密切相关,也间接的与构型相关的结论.      

微裂纹串级连接及临界破坏

对一铝合金材料层裂过程的实验研究发现，当损伤累积到一定程度时，受损材料的残余强度突然丧失，表现出临界破坏现象。层裂表面具有分形特征，其分形断面的形成归因于大量微裂纹的串级连接。据此提出了一重正化群弱面模型，并对损伤演化后期的临界破坏现象进行了初步的分析和探讨。     

一维应变条件下金属层裂的实验研究

材料的层裂是由两个相向的拉伸应力作用引起材料断裂的一种现象，是一个被普遍关注的力学问题。本文中主要对层裂研究的意义、历史和现状，一维应变条件下层裂的原因、表征、加载方式及测试技术等问题进行了综述，并讨论了影响层裂强度的几种主要因素。     

脆性材料中应力波衰减规律与层裂实验设计的数值模拟

对混凝土、岩石类脆性材料的层裂实验进行了有限元模拟,研究了应力波在此类材料中传播的衰减规律,包括两类机制:弹性波因大尺寸试样的几何弥散产生的小幅度线性衰减、与应变率相关的黏塑性波因本构关系导致的指数衰减。在此基础上,提出了包含常数项的指数型应力波峰值拟合公式。建议采用可以忽略应力波衰减影响的细长形试样进行层裂实验。混凝土类脆性材料层裂破坏模拟结果显示,有限元模拟得到的层裂片厚度与一维应力波理论得到的结果非常吻合,验证了按一维应力波理论确定层裂强度的实验方法的有效性。通过对比3种不同入射波形下层裂片的形状和净拉应力波形,发现不对称的入射波形状更有利于实验获得平直的层裂断面和较准确的层裂强度。     

延性材料动态损伤演化模型研究

从微损伤系统的统计描述出发，应用Ｍｏｒｉ－Ｔａｎａｋａ理论的物理思想，考虑了微孔洞间的相互作用，建立了延性材料动态损伤的统计演化模型。结果能够描述材料在外载作用下的损伤弱化效应。还分析了材料变形中的两种不同的耗散机制，考虑了含损伤的本构关系。将上述模型用于几种材料的层裂过程数值模拟，并与实验结果作了初步比较。     

延性介质动态损伤模型

本文借鉴Johnson的基本方法,采用高应变率下的应力应变关系,以一个球形实体中含有球形空穴为基本力学单元,通过分析基元的受力状况,采用奇异摄动方法,推导出了空穴膨胀比的演化方程。方程中考虑了材料的硬化和应变率效应,同时又计及了惯性效应,在考虑空穴成校对损伤的影响时,采用了Chu和Needleman的结果,利用本文提出的模型对两个一维高速碰撞实验进行了数值模拟,计算结果与实验吻合较好。     

复杂应力状态下材料层裂特性探讨

在综述一维平面应变下层裂研究特点和研究方法的基础上,采用实验转换的方法,近似模拟球面层裂的受力特征,获得了不同预应变下LY12铝合金层裂信号,表明材料的层裂强度与所处应力状态密切相关。结合这些研究成果,探讨了复杂应力条件下层裂的新特征,讨论了可能用于层裂研究的方法及其改进措施。     

混凝土层裂强度测量的新方法

提出了利用Hopkionson压杆测量混凝土层裂强度的新实验方法:用高聚物材料取代传统的金属材料透射杆,混凝土试件为细长杆,由于高聚物波阻抗比混凝土小,试件中压缩波在试件/吸收杆界面反射后形成拉伸波使试件产生层裂破坏,通过吸收杆上透射波形可以确定混凝土层裂强度。由于波在粘弹性材料中的弥散效应,吸收杆中透射波形会发生变化,但三维有限元分析表明,在利用吸收杆上透射波确定混凝土层裂强度时弥散产生的影响可以忽略。按照一维特征线理论,可以由吸收杆上的应变波形确定出混凝土材料的层裂强度。     

SiCp/ZL101AI复合材料中的层裂微损伤演化行为

对ＳｉＣｐ／ＺＬ１０１Ａｌ复合材料进行了层裂损伤演化实验，得到了试样的层裂损伤演化图像．通过对这些微损伤演化图像的微观观察和对微损伤的统计定量分析，发现在层裂损伤演化过程中，微损伤的形成和发展不仅与应力水平、作用时间相关，而且还与材料中的微结构分布密切相关．通过层裂损伤演化实验，得到了在这种复合材料中，微裂纹在基体中的扩展速度及其与宏观应力水平的关系     

SiCp/ZL101AI复合材料中的层裂微损伤演化行为

对ＳｉＣｐ／ＺＬ１０１Ａｌ复合材料进行了层裂损伤演化实验，得到了试样的层裂损伤演化图像．通过对这些微损伤演化图像的微观观察和对微损伤的统计定量分析，发现在层裂损伤演化过程中，微损伤的形成和发展不仅与应力水平、作用时间相关，而且还与材料中的微结构分布密切相关．通过层裂损伤演化实验，得到了在这种复合材料中，微裂纹在基体中的扩展速度及其与宏观应力水平的关系     

金属材料层裂破坏的内聚力模型

本文把内聚力单元嵌入到连续介质有限元单元之间,构建了一个层裂破坏的内聚力模型,以计及层裂破坏过程中能量耗散行为。采用该模型对平板撞击条件下的20号钢层裂实验进行了数值模拟研究,重点讨论了内聚力模型特征参数对计算结果的影响规律。研究结果表明采用指数型损伤演化行为的内聚力模型可以较好地描述弹塑性材料层裂破坏过程中的非线性能量耗散行为。利用一发实测自由面速度波剖面对计算结果进行对比校准,可确定内聚力模型特征参数。该特征参数可同样成功地预示不同撞击速度下的层裂实验,获得的模拟曲线与实验曲线之间符合程度很好,特别是自由面速度“回跳”后波形振荡周期和幅值与实验结果非常接近。这表明了内聚力模型在描述层裂过程中能量耗散行为方面具有较好适用性,并且不难由简单实验标定相关的特征参数。