陶瓷靶抗侵彻特性的数值模拟研究

研究增韧对氧化铝陶瓷抗侵彻性能的影响.采用AUTODYN软件和JH-2模型参数对10%ZrO2增韧Al2O3陶瓷(简称ZTA陶瓷)和AD95陶瓷复合靶抗长杆弹侵彻性能,进行了系列数值研究,并与45号钢的抗侵彻性能进行了对比.研究结果表明,长径比一定的长杆弹对复合靶的侵彻存在一个最佳的冲击速度;在高速冲击下,两种陶瓷复合靶的防护系数均大于1,陶瓷材料能够有效提高装甲的抗长杆弹侵彻能力;不同工况下ZTA陶瓷抗长杆弹侵彻能力优于AD95陶瓷.     

Al2O3陶瓷的动态响应特性及Hugoniot本构关系研究

利用VISAR系统测量技术和Lagrange测量技术,研究YB AD90陶瓷的动态响应特性,给出了该材料的Hugoniot弹性极限σHEL,动态屈服强度及各实验点的Hugoniot状态量。结果表明:YB AD90陶瓷的Hugoniot形变过程是一个典型的弹塑性形变过程;当冲击应力在σHEL为11.0GPa附近的范围内,此材料在塑性区的压缩特性表现出较明显的弥散行为。由实验结果拟合得到了材料的应力σ和比容V关系的拟合曲线及一个比较简单的应力σ和比容V的Hugoniot动态本构关系。     

基于分子动力学的 α‐SiO2 晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa; 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低; 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.     

基于分子动力学的α-SiO2晶体力学性能

采用分子动力学方法, 结合Tersoff势函数, 模拟α-SiO₂晶体在应变加载下的力学性能, 并考察温度对α-SiO₂力学性能的影响. 结果表明: α-SiO₂在常温加载过程中经历了弹性变形、 塑性变形及断裂变形3个阶段, 获得的屈服强度为22.6 GPa, 断裂强度为36 GPa； 在塑性变形阶段观察到α-SiO₂从晶相向非晶转化的相变过程; 随着温度的升高, α-SiO₂的屈服强度和弹性模量逐渐降低； 温度越高断裂应力和断裂应变越低, α-SiO₂晶体在高温单轴加载下易出现断裂.     

工程陶瓷破坏与增韧的声发射研究

针对陶瓷材料在受载破坏过程中会产生大量的声发射信号的问题,应用声发射(AE)研究了95%氧化铝(Al₂O₃)陶瓷和15%氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷压缩加载下的破坏过程. 通过时域抽取快速傅里叶变换(DIT-FFT)技术给出了陶瓷破坏过程的频谱图. 实验分析了两种陶瓷的声发射波形图、频谱图、撞击数和信号幅值,研究结果表明,声发射方法可以更直观地描述增韧效果,颗粒增韧陶瓷断裂时产生的声发射信号具有更高的幅值和更低的频率.     

氧化铝陶瓷的增韧

本文研究采用氧化锆相变增韧及晶须补强两条途径增韧氧化铝基复合陶瓷。 通过控制Y_2O_3在YPSZ(Y_20_3部分稳定氧化锆)的含量以及YPSZ在ZTA(氧化锆增韧氧化铝)的含量可以最大限度地使基质中氧化锆以亚稳四方相形式存在。 通过控制YPSZ的晶粒尺寸小于基质晶粒尺寸可使ZTA陶瓷的K_(1c)和σ_(bb)同时得到提高。 SiC晶须补强ZTA陶瓷,利用ZrO_2(t)相变作用缓解晶须引入基体的张应力,使材料得到双重韧化,提高了力学性能。     

岩石动态断裂韧性测试的失稳判据研究

根据应力强度因子和断裂韧性的定义,研究并分析了应力强度因子的影响因素;表明试件的几何尺寸和物质材料的应力强度水平对应力强度因子起着决定性因素。辨明了起裂韧性、断裂韧性和止裂韧性的区别与联系;针对断裂K准则,提出了动态断裂韧性测试中的失稳判据,即dσ/dt=0,得到了试件所受的最大载荷对应于裂纹的失稳判据;并通过SHPB冲击装置,对这个失稳判据进行了验证。发现在8.0×10~4到35×10~4MPa·m~(1/2)s~(-1)的加载速率范围内,试验所用玄武岩的动态断裂韧性随着加载速率的增大而增大的规律。     

约束应力对AD95陶瓷弹击损伤特征的影响

采用53式7.62 mm穿燃弹侵彻不同约束应力下AD95陶瓷复合靶,观察了回收靶板的弹击损伤形貌,分析了弹靶作用过程和约束应力对AD95陶瓷弹击损伤特征的影响规律.结果表明,随着约束应力的增大,陶瓷面板损伤减小,完整性提高;当约束应力达到193 MPa时弹靶之间出现界面击溃现象.约束应力条件下弹击后4 mm厚陶瓷面板上存在两种同轴锥形裂纹,所构成的两个锥形体之间是陶瓷粉碎区;约束应力提高了陶瓷动态强度,抑制了陶瓷粉碎区的生长,延长了弹靶作用中dwell的持续时间,快速消耗了弹丸动能,减小了靶板损伤.     

两种复合材料冲击后压缩强度对比研究

冲击后压缩试验是评定复合材料材料损伤容限的关键试验,对两种重要的国产复合材料CCF300/Ma001和CCF300/Ma002进行冲击后压缩试验研究,以获取材料体系的损伤容限性能数据以及评估增韧树脂对损伤容限的改进效果。冲击试验的结果显示,在相同冲击能量下,当冲击能量小于20 J时采用增韧树脂Ma002的复合材料冲击凹坑深度与采用Ma001树脂的复合材料凹坑深度接近;而当冲击能量大于20 J时,Ma002体系复合材料凹坑深度仅有Ma001体系复合材料凹坑深度的大约1/2。冲击后压缩试验结果显示,当冲击能量和凹坑深度相同时,Ma002材料体系复合材料的剩余强度比Ma001体系复合材料剩余强度高约20%。对比分析试验结果证明增韧树脂体系Ma002复合材料的冲击韧性和损伤容限都高于未增韧体系Ma001复合材料。     

EVA-g-MAH和改性纳米碳酸钙增韧PC/ABS合金的研究

分别将醋酸乙烯酯-马来酸酐接枝共聚物(EVA-g-MAH)和改性纳米碳酸钙与聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)在双螺杆挤出机中共混,制备了PC/ABS复合材料。对复合材料力学性能研究表明,添加3份EVA-g-MAH增韧的合金的缺口冲击强度增加到最大值50.3kJ/m²,增幅达43%。添加7份双单体聚合改性的纳米碳酸钙微粒将PC/ABS合金的缺口冲击强度增加到41.3kJ/m²。主要以银纹化增韧的弹性体EVA-g-MAH的增韧效果优于改性纳米碳酸钙的剪切流动增韧效果,增韧过程均是将点应力分散为整个颗粒表面的面应力。改性纳米碳酸钙增韧弥补了弹性体增韧对合金拉伸强度降低的不足。     

不同围压下花岗岩σ_(cc),σ_(ci)和σ_(cd)的确定

为研究不同围压下裂隙闭合应力阈值σ_(cc),起裂应力阈值σ_(ci)和损伤应力阈值σcd,对高放废物地质处置新疆预选场址雅满苏YM01号钻孔岩心进行了三轴压缩试验和巴西劈裂试验.应用裂隙体积应变模型、移动点回归法和声发射确定了σ_(cc),σ_(ci)和σ_(cd);通过分析不同方法确定各阈值的适用性,优化了一套确定各阈值的综合方法;分析了不同围压下σ_(cc),σ_(ci)和σ_(cd)与围压的关系:σ_(cc)受围压的影响不明显,σ_(cc)=σ_1=50~65 MPa;σ_(ci)为裂隙张拉破坏的起点,起裂强度满足格里菲斯强度理论;σ_(cd)与峰值抗压强度σ_c线性关系明显,损伤强度满足摩尔-库伦强度理论.     

α-C3N4的冲击波合成

采用柱面飞管加载装置对双氰胺(C₂N₄H₄)和镍粉混合物进行冲击加载,合成了一种高密度的氮化碳相(α-C₃N₄). 采用拉曼光谱(Raman)、红外光谱(IR)和透射电子显微镜(TEM)对回收样品进行成分、结构和形貌分析. 研究表明,冲击压力和温度是合成α-C₃N₄的重要条件,调整冲击温度,控制淬火速率,是生成α-C₃N₄的关键. 冲击压缩富氮的有机前体,为合成高密度的氮化碳相提供了一种新的途径.      

最大有效力矩准则的理论与实践

共轭断裂面对σ₁一侧为锐角(一般小于60°),而共轭变形带面对σ₁一侧为钝角(一般为110°)。锐角可用力学的摩尔-库仑准则解释,钝角则可用最近提出的最大有效力矩准则予以说明。最大有效力矩准则的数学表达式为M_eff=0.5(σ₁-σ₃)Lsin2αsinα。式中, σ₁-σ₃ 代表变形岩石的屈服强度, L为单位长度, σ为σ₁与变形带间的角度。该准则证明最大有效力矩出现在σ₁轴左右54.7°方向。55°±10°区间力矩无显著变化,天然和实验的观测值全部在该区间内。该准则在实践中可解释膝褶带、伸展褶劈理、膏盐层中的屈服带、低角正断层、高角逆断层、结晶基底中的菱网状剪切带、地震反射剖面中的鳄鱼嘴构造和前陆盆地中的拆离褶皱等地质构造的形成,可藉以确定有关构造形成时的应力状态和运动学涡度,并说明推覆构造与伸展构造间的运动学和动力学关系以及深俯冲超高压岩石的折返-出露机制。     

多组元铁基非晶复合材料的力学性能研究

采用真空感应水冷铜坩埚磁悬浮熔炼以及负压铜模吸铸法制备了Fe-15Mn-5Si-10Cr-xC(x=0.6~1.0)铁基非晶合金复合材料,由C元素含量变化调控合金的热力学参数,分析其组织和室温力学行为变化.结果表明:随着C含量的增加,合金的原子尺寸差δ增大,混合熵ΔS_mix提高,混合焓ΔH_mix降低.合金铸态组织由非晶相和过冷γ-Fe奥氏体相组成,在压应力加载过程中发生马氏体相变并表现出显著的加工硬化.Fe-15Mn-5Si-10Cr-0.9C合金的ΔS_mix和ΔH_mix分别为1.13 RJ·mol^－1·K^－1和－19.6 kJ·mol^－1,其综合力学性能优异,屈服强度、断裂强度和塑性应变分别为1 300、2 378 MPa和17.2%.     

高压撞击下E36船用钢的动态响应研究

针对船用钢材料在超高应变率下的动态响应机制及变形强化机理尚不明确的技术基础问题，通过一维平板撞击试验测得了10，20及30 GPa撞击压力下E36船用钢的自由表面速率?时间曲线，计算得到了E36船用钢的Hugoniot弹性极限和层裂强度，利用ANSYS软件模拟了不同撞击压力下的温度场；并采用SEM、TEM等技术研究了E36船用钢在高压撞击下的损伤演化规律和变形强化机理. 试验结果表明:不同撞击压力下材料均发生了层裂，毁伤机理为微孔和微裂纹形核、长大和聚合；随着撞击压力的增加，E36船用钢的Hugoniot 弹性极限变化不大，层裂强度逐渐增加，相变强化、位错强化和孪晶强化是E36船用钢在高压、高应变率下的主要强化机制.      

纳米多晶强化K4169合金的组织和力学性能

采用手工电弧炉熔炼、水冷铜模冷却制备了K4169合金.利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜等对铸态及标准热处理态合金的组织进行了研究,并对标准热处理态合金的力学性能进行了测试.结果表明:铸态K4169合金为非晶-纳米晶材料,晶内析出相非常细小,小于10 nm;合金经标准热处理后,γ″相和γ′相以纳米多晶的形式析出;由于纳...