不同微結(jié)構(gòu)高純鋁動(dòng)態(tài)損傷的細(xì)觀表征.pdf

1、沖擊載荷下材料的強(qiáng)度和性能在國(guó)防和工業(yè)應(yīng)用當(dāng)中受到廣泛關(guān)注，深入認(rèn)識(shí)材料的動(dòng)態(tài)性能不僅有助于提高材料的研究和設(shè)計(jì)水平，而且對(duì)提高國(guó)防裝備及民用工程材料的強(qiáng)度和性能均具有重要意義。材料在動(dòng)態(tài)拉伸作用下的斷裂損傷過(guò)程是一個(gè)非常復(fù)雜的物理力學(xué)問(wèn)題，從17世紀(jì)開(kāi)始，人們就對(duì)這一問(wèn)題進(jìn)行了科學(xué)的研究，到20世紀(jì)就已建立了較為系統(tǒng)的斷裂理論。但是，直到今天，金屬材料的實(shí)際斷裂強(qiáng)度與理論值仍然相差2到3個(gè)數(shù)量級(jí)，仍然不能通過(guò)理論模型準(zhǔn)確預(yù)測(cè)已知結(jié)構(gòu)的

2、材料在何時(shí)何地發(fā)生斷裂。而解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是認(rèn)識(shí)材料微結(jié)構(gòu)與損傷演化之間的關(guān)系。
　　 材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)材料的動(dòng)態(tài)損傷演化行為有著重要的影響。晶粒度和晶粒邊界是材料微觀結(jié)構(gòu)的重要組成部分，其通過(guò)成為位錯(cuò)的缺陷或來(lái)源，或通過(guò)晶格失配導(dǎo)致在特定位置處產(chǎn)生應(yīng)力集中，或在壓縮期間改變位錯(cuò)結(jié)構(gòu)的發(fā)展，從而改變材料的力學(xué)響應(yīng)特性。因此，對(duì)材料晶粒度和晶界與損傷演化關(guān)系的研究對(duì)認(rèn)識(shí)材料的損傷演化機(jī)制與規(guī)律具有十分重要的意義。
　　

3、本文以高純鋁(99.999％)作為實(shí)驗(yàn)材料，將軋制鋁棒上沿不同方向切割得到的樣品，在一級(jí)輕氣炮上進(jìn)行一維應(yīng)變平面沖擊波加載實(shí)驗(yàn)，通過(guò)控制加載壓力，使樣品發(fā)生不完全層裂。基于同一發(fā)實(shí)驗(yàn)中獲得的樣品自由面速度剖面歷史和受損“軟回收”樣品，詳細(xì)分析了不同切割方向的高純鋁樣品在相同加載條件下的損傷分布和特征。論文的主要工作內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下：
　　 1.利用平板撞擊方式，對(duì)從軋制鋁棒上沿三種不同方向切取的厚度相同的實(shí)驗(yàn)樣品開(kāi)展了動(dòng)態(tài)沖

4、擊加載實(shí)驗(yàn)，同組實(shí)驗(yàn)中保持飛片撞擊速度基本不變，并使材料發(fā)生不完全層裂，從樣品自由面速度剖面信號(hào)中分析材料微結(jié)構(gòu)對(duì)其強(qiáng)度的影響。在低速下，三種切向樣品的自由面速度曲線差異較大；在高速下，三種切向樣品的自由面速度曲線沒(méi)有什么差異，幾乎重合。材料的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)低速下材料的動(dòng)態(tài)損傷影響較大，當(dāng)沖擊壓力達(dá)到某一值時(shí)，材料微觀結(jié)構(gòu)的差異在材料動(dòng)態(tài)損傷演化中已不起主導(dǎo)作用。
　　 2.基于損傷分布統(tǒng)計(jì)方法和材料的金相顯微分析方法，分析了不同微

5、結(jié)構(gòu)高純鋁樣品中損傷分布的特點(diǎn)以及損傷演化初期孔洞的成核和生長(zhǎng)特點(diǎn)。低壓沖擊時(shí)，在沖擊加載方向上，“橫切樣品”的損傷區(qū)域較寬，損傷在沖擊方向上有貫通的趨勢(shì)，而“縱切樣品”的損傷區(qū)域較窄，損傷在與沖擊方向相垂直的方向上有貫通的趨勢(shì)，高壓沖擊下這種差別幾乎可以忽略，微結(jié)構(gòu)對(duì)損傷的最大值的影響不大。在拉伸應(yīng)力作用下，所有高純鋁樣品中微損傷幾乎都在晶界上成核，特別是在一些曲率較大的晶界處最易成核，成核后的微孔洞沿著晶界長(zhǎng)大，在長(zhǎng)大的過(guò)程中一些孔