K9玻璃動態(tài)損傷過程中的電阻率測量實驗研究.pdf

1、脆性介質的動態(tài)損傷與破壞是多學科相互交叉的基礎性問題，在工程應用中也有著重要的應用背景。對于沖擊波加載下脆性介質的損傷與破壞，其影響因素很多，包括載荷大小、應變率以及樣品自身的物理力學特性等等，這些因素使得問題的研究變得復雜與困難。與靜態(tài)加載相比，沖擊波作用下脆性介質的損傷與破壞實驗研究的手段相對單一，并且關注的主要是損傷破壞過程中介質的力學參量的變化，例如應力、應變、聲阻抗等等。有鑒于此，本論文擬在傳統(tǒng)的損傷破壞實驗研究的基礎上，結合

2、動高壓凝聚態(tài)介質電阻率測量方法，嘗試研究脆性介質損傷破壞過程中的電學參量的變化。
　　論文以K9玻璃作為典型的脆性絕緣介質，在一級輕氣炮上開展了一維應變沖擊波加載實驗，試圖在以往力學測量的基礎上引入電學測量，從一個新的物理角度來探討材料的損傷破壞問題，探索絕緣脆性介質中的損傷破壞與電阻率下降的對應關系。論文的主要研究結果和創(chuàng)新點如下:
　　(1)對Weir等人的對稱差分電路方法進行了一系列改進，包括(a)增加樣品和飛片的厚度

3、;(b)增加識別沖擊波傳播的時標信號;(c)提高測量電路的電壓至1500V;(d)增加零前檢查系統(tǒng)。改進后的測量電路和測量方法，更有利于觀測脆性介質在低沖擊波加載應力下，電阻率隨時間演化的過程和對應關系，為測量K9玻璃在Hugoniot彈性極限應力范圍內，電阻率的變化行為提供了實驗手段。
　　(2)得到了K9玻璃Hugoniot彈性極限范圍內電阻率的量化數據以及電阻率隨沖擊波加載應力變化的規(guī)律。實驗結果表明，當沖擊波加載應力低于1

4、.0GPa時，K9玻璃可視為絕緣體，在2.7GPa左右，K9玻璃電阻率開始有較明顯的降低，電阻率的數值在103Ωm量級，6.0GPa～7.7GPa的沖擊波加載應力時電阻率在102Ωm量級。以往的文獻報道認為，絕緣材料只有在很高的沖擊波加載應力下（遠遠高于材料的Hugoniot彈性極限），由于沖擊波壓縮效應，介質的電阻率才會有較明顯的下降，本論文的實驗結果對材料沖擊波加載下電阻率下降的物理現象提供了新的認識。
　　(3)通過設計一系

5、列實驗，進行系統(tǒng)分析，確定了K9玻璃電阻率下降的物理因素。首先，采用電容器放電方法，確認了在Hugoniot彈性極限應力范圍內，沖擊波壓縮效應不會對K9玻璃的電阻率下降造成影響。其次，采用多點激光位移干涉DPS測量技術，實時監(jiān)測K9玻璃的透明度變化，與電阻率測量一起共同表征了損傷破壞與電阻率下降之間的對應關系，建立了裂紋均勻擴展模型，估算出動態(tài)裂紋擴展的速度，與胡昌明報道的K9玻璃中的動態(tài)裂紋擴展，以及Xia（夏開文）等人提出的超剪切裂

6、紋的擴展速度相當，從而確認了電極孔周圍裂紋擴展對K9玻璃電阻率下降的影響。第三，對K9玻璃電阻率實時測量過程中的電壓信號波形進行了細致解讀，指出當K9玻璃樣品前界面?zhèn)魅氲钠茐牟ǖ竭_電極頂端時會使樣品的電阻率進一步降低，在測試電壓信號中出現一個特征拐點。該拐點的確認，不僅說明了破壞波對電阻率下降的影響，而且由此提出了一種觀測破壞波的新方法。
　　(4)結合脆性介質斷裂過程中的帶電粒子釋放現象及壓縮原子模型、化學鍵斷裂模型和Posit