铝的动态屈服强度测量及再加载弹性前驱波的形成机理分析

利用激光干涉测速技术(VISAR)测量LY12铝合金在20—34 GPa冲击压力下经历加载-卸载和加载-再加载过程的样品/窗口界面粒子速度剖面，采用AC方法确定了具有较高精度的动态屈服强度值.实验结果和文献发表的数据具有较好的一致性.通过以平面焊接方式制作组合飞片，克服了组合飞片在气炮发射过程中可能发生分离的技术困难，使铝的动态屈服强度测量压力范围从22 GPa扩展到了34 GPa.同时，根据对不同实验条件下的加载-再加载过程的比较，对再加载弹性前驱波的形成机理进行了讨论，认为位错是形成该现象的主要原因.     

高压、高应变率与低压、高应变率实验的本构关联性

 指出Johnson-Cook（J-C）、Zerilli-Armstrong（Z-A）、Bodner-Parton（B-P）本构方程在一定条件下的适用性,表明对于低压、高应变率实验,单一曲线假定似乎可以采用。通过等效应力、等效应变,可以将不同应力状态下的流动应力函数采用统一的方程描述。然而,这些本构方程的确立,并不包括平面冲击波实验。对适合于平面冲击波实验的Steinberg-Cochran-Guinan（SCG）本构方程,讨论了其方程中所包含的高压与高应变率耦合效应。指出,以剪切模量度量的流动应力具有应变率相关性。基于温度效应的新发现以及直接测量平面冲击波流动应力的新进展,分别用J-C本构及SCG本构方程估算了钨材料在高压、高应变率加载下的流动应力。结果表明,采用J-C本构估算的流动应力仅在压力为10 GPa以下才能与实验数据相近,当压力高于10 GPa时,流动应力只能采用SCG本构估算。也指出了高压、高应变率本构方程与低压、高应变率本构方程所对应的不同物理背景。     

冲击加载下Zr51Ti5Ni10Cu25Al9金属玻璃的塑性行为

进行了10—27 GPa应力范围内Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的平面冲击实验以研究其高压-高应变率加载下的塑性行为.由样品自由面粒子速度剖面的分析获得了冲击加载过程的轴向应力,并通过轴向应力与静水压线的比较获得剪应力.实验结果表明,尽管存在明显的松弛效应,但Zr基金属玻璃的Hugoniot弹性极限随着冲击应力的增加而增加.然而,塑性波阵面上的剪应力则显示先硬化而后软化现象,而且软化的幅度随冲击应力的增加而增加.冲击加载下Zr基金属玻璃的上述剪应力变化特征与分子动力学模拟结果比较一致,但与压剪实验结果和一维应力冲击实验结果明显不同.     

双屈服面法测量金属材料动高压屈服强度的若干改进

在J.R.Asay等提出的双屈服面法（简称AC方法）测量动态屈服强度的基础上,对实验设计和数据处理做了部分改进。在实验设计方面,在满足实验物理设计的前提下,将 AC方法的卸载实验装置(双层飞片和双台阶样品)简化为单飞片和单台阶样品,以简化波系作用,并减少了声速测量不确定度的引入因素。在数据处理方面,发现由Lagrange声速和工程应变关系曲线外推求预冲击态的体积声速容易引入较大的不确定度,而通过Lagrange声速和粒子速度关系曲线可以更清晰地得到塑性卸载起始点,使图解法和积分法得到的屈服强度值趋于一致。利用改进后的AC方法,得到了低温退火后LY12铝在20.0 GPa预冲击压力下的屈服强度为0.6 GPa。     

反向碰撞法测量Bi的低压Hugoniot数据

在火炮和二级轻气炮上利用反向碰撞技术,通过测量飞片击靶速度以及飞片/窗口的界面粒子速度,获得了金属铋(Bi)在10-45 GPa压力范围内的Hugoniot数据. 该方法克服了电探针法在测量低压Hugoniot数据时由于导通一致性差而不能准确得到冲击波速度的难题,同时又避免了精确测量样品中冲击波走时的问题. 实验获得的冲击波速度(D)-波后粒子速度(u)Hugoniot数据表明,Bi在粒子速度u=0.9 km/s附近D-u曲线发生了明显拐折,产生这一拐折的原因推测与冲击导致的Bi的固-液相变有关. 关键词： Hugoniot数据 反向碰撞 冲击相变 铋     

粘着摩擦系数的分形几何研究

计及作用于接触斑点上的切向力，通过比较作用于接触斑点上的法向弹性载荷与法向塑性载荷，确定了区分弹性接触与塑性接触区域的临界接触斑点面积．总的粘着摩擦系数被表示为弹性接触区与塑性接触区的粘着摩擦系数的组合．假设屈服压力及局部粘着摩擦系数不依赖于接触斑点且等于塑性接触区中的平均值，则总的粘着摩擦系数可用简单的表达式描述．分形几何参数及归一接触面积对于粘着摩擦系数的效应已通过算例表明，研究中，分别考虑了忽略与计及接触斑点的微粒间的相互作用，两种情况的结果完全不同．     

动高压加载下锆基金属玻璃强度测量

为了研究Zr₅₁Ti₅Ni₁₀Cu₂₅Al₉金属玻璃的高压强度特性,进行了平靶冲击实验。采用反向碰撞方式,运用DISAR技术测量金属玻璃样品/LiF窗口界面粒子速度剖面,分析粒子速度剖面获得了37~66GPa压力范围锆基金属玻璃的屈服强度和剪切模量。实验结果表明,在上述压力范围金属玻璃的屈服强度和剪切模量均显示出一定程度的压力硬化效应,分析表明金属玻璃冲击加载波阵面剪应力衰减并非由损伤/破坏或温度软化等因素导致。

     

<100> LiF的低压冲击响应和1550 nm波长下的窗口速度修正

利用平板撞击和激光干涉测试技术对<100> LiF在40 GPa内的冲击力学和光学特性进行了精密实验测量和理论分析. 获得了该压力范围内LiF的冲击雨贡纽关系和1550 nm波长下的窗口速度修正, 为相关加窗激光干涉测速实验的数据分析提供了直接依据. LiF在20.3 GPa内均表现出弹性-塑性双波特性, 预计其单波响应冲击压力下限约为22—23 GPa; 低于此压力时, 以LiF为窗口的精密剖面测量实验需考虑其强度影响.     

针对瞬态位移干涉仪的非线性回归数据分析方法

针对最近发展起来的剖面测量技术瞬态位移干涉仪,提出了一种连续的、基于对原始测量信 号进行完整重现的非线性回归数据分析方法,给出了具体的处理过程。与常规的基于离散处理思想的峰值搜 寻法相比,该方法充分利用了原始测量数据信息,可获得更高的剖面精度,并对剖面细节具有更强的分辨能 力,当处理材料的低压弹塑性响应时,优势更明显。以Sn和45钢在低压冲击加载下的自由面粒子速度剖面 测量为例,对该方法的特点进行了具体分析。     

冲击压缩下Z-切石英的弹性响应特性和折射率

利用平面对称碰撞和“原位”测量实验方法,对Z-切石英的弹性响应特性和窗口光学特性进行了研究.结果表明,在至少10 GPa内,Z-切石英为弹性单波响应,且透光性良好,可作为速度剖面测试系统的光学窗口.10 GPa内Z-切石英的冲击波速度和粒子速度之间满足线性关系.1550 nm入射光条件下,其窗口速度修正采用指数形式较为精确,线性修正仅适用于特定范围;而折射率随密度的变化关系则可采用线性函数进行较好描述.以上结果为Z-切石英应用于基于1550 nm光源激光干涉测速系统的光学窗口提供了依据.