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含微孔洞脆性材料的冲击响应特性与介观演化机制
  • ISSN号:1000-3290
  • 期刊名称:《物理学报》
  • 时间:0
  • 分类:O4-1[理学—物理]
  • 作者机构:[1]四川大学物理学院,教育部辐射物理技术重点实验室,成都610064, [2]中国工程物理研究院流体物理研究所,冲击波物理与爆轰物理实验室,绵阳621900
  • 相关基金:中国工程物理研究院重点实验室专项科研计划(批准号:2012-专-03)、冲击波物理与爆轰物理重点实验室基金(批准号:9140C670301120C67248)和国家自然科学基金(批准号:11272164)资助的课题.
中文摘要:

微孔洞显著地影响着脆性材料的冲击响应,理解其介观演化机制和宏观响应规律将使微孔洞有利于而无害于脆性材料的工程应用。通过建立能够准确表现材料弹性性质和断裂演化的格点-弹簧模型,本文揭示了孔洞的演化对于脆性材料的影响。冲击下孔洞导致的塌缩变形和从孔洞发射的剪切裂纹所导致的滑移变形产生了显著的应力松弛,并调制了冲击波的传播。在多孔脆性材料中,冲击波逐渐展宽为弹性波和变形波。变形波在宏观上类似于延性金属材料的塑性波,在介观上对应于塌缩变形和滑移变形过程。样品中的气孔率决定了脆性材料的弹性极限,气孔率和冲击应力共同影响着变形波的传播速度和冲击终态的应力幅值。含微孔洞脆性材料在冲击波复杂加载实验、功能材料失效的预防、建筑物防护等方面具有潜在的应用价值。所获得的冲击响应规律有助于针对特定应用优化设计脆性材料的冲击响应和动态力学性能。

英文摘要:

Micro-voids significantly affect shock responses of brittle materials. Knowledge about the meso-scale evolution mechanism and macro-scale shock behavior will help to utilize micro-void in applications and avoid its disadvantages. A lattice-spring model, which can represent both elastic property and fracture evolution accurately, is built in this work. Simulations reveal that severe stress relaxation, which is contributed from collapse deformation induced by voids and slippage deformation induced by shear cracks extending from voids, modulates the propagation of shock wave. In a porous brittle material, the shock wave broadens into an elastic wave and a deformation wave. On a macro-scale, the deformation wave behaves as a plastic wave in ductile metal;on a meso-scale, it corresponds to the processes of collapse and slippage deformations. It is found that porosity of the sample determines the Hugoniot elastic limit of material;whereas the porosity and shock stress affect the propagation speed of the deformation wave and stress amplitude in a final state of shock. Brittle materials containing micro-voids have potential applications in complex shock loading experiments, precaution of shock induced function failure, and crashworthiness of buildings. Shock behaviors reported in this work will benefit the design and optimization of shock responses and dynamic mechanical properties of brittle materials used in specific applications.

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期刊信息
  • 《物理学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国物理学会 中国科学院物理研究所
  • 主编:欧阳钟灿
  • 地址:北京603信箱(中国科学院物理研究所)
  • 邮编:100190
  • 邮箱:apsoffice@iphy.ac.cn
  • 电话:010-82649026
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-3290
  • 国内统一刊号:ISSN:11-1958/O4
  • 邮发代号:2-425
  • 获奖情况:
  • 1999年首届国家期刊奖,2000年中科院优秀期刊特等奖,2001年科技期刊最高方阵队双高期刊居中国期刊第12位
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国科学引文索引(扩展库),英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:49876