计及应变率效应的陶瓷材料抗侵彻工程分析方法及其机理研究

来源 :中国科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jessicazrz
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侵彻在军用和民用领域中都有广泛的应用,对该问题的研究具有重要的理论及应用价值。侵彻问题主要有三种研究方法,即实验方法、工程分析方法和数值模拟方法。其中,工程分析方法抓住主要因素,忽略次要因素,能反映物理实质,总结出规律性结论,因而便于对问题的理解。在迄今为止的众多工程分析模型中,大都没有考虑应变率效应的影响;在为数不多的计及应变率效应的模型中,也只是简单地考虑靶的抗侵彻强度R的整体应变率效应,缺乏对影响侵彻强度R的各因素的分析,故不利于对物理实质的把握。本文的工作重点在于研究影响陶瓷材料抗侵彻性能的主要影响因素,并考虑其应变率效应,从而提出一种新的工程分析方法。 根据陶瓷材料强硬脆等独特的力学性质,对实验方法进行了改进,完成了两种陶瓷材料的力学性能实验,并拟合出了其本构关系。实验结果表明,在碎裂之前陶瓷的主要力学参数都有一定的应变率效应。 将空腔膨胀理论和Tate模型相结合,建立了一种新的抗侵彻工程分析方法,首先应用空腔膨胀理论,将材料响应分为四个区域,即粉碎区、径向裂纹区、弹性区及未扰区,导出了靶材的抗侵彻强度R的表达式。通过对抗侵彻强度R各影响因素的考察,发现粉碎区材料的力学性质对材料的抗侵彻性能具有主要影响。考虑了粉碎材料压力相关剪切关系的压剪系数的应变率效应,联合应用Tate模型,得到了一种新的计及应变率效应的工程分析方法,并与实验结果进行了对比,验证了该模型的有效性。 对长杆弹侵彻约束陶瓷靶的问题进行了数值模拟,并对陶瓷的抗侵彻机理提出了新的看法。结合实验结果和理论分析,指出陶瓷的抗侵彻强度R不是常数,而具有应变率效应,并从实验现象及其分析,指出陶瓷材料的压力相关屈服效应以及与此相关的压剪系数的应变率效应对其抗侵彻性能有重要影响。 本文得到的理论分析方法及抗侵彻机理具有一定的工程应用价值,可作为材料设计的参考;对粉碎材料的研究为以后的工作提供了一个可行方向。
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