用高速阴影技术研究K9玻璃中的失效波

用高速阴影摄影技术研究了爆轰加载下K9玻璃样品中波的传播和压缩区内损伤破坏的物理图象和规律。实验中观测到冲击波阵面后有一个移动速度为 2 .1～ 2 .2mm/ μs的黑色阴影区边界 ,即失效波 (Fail urewave) ;实验发现只有当冲击载荷接近材料的HEL时 ,在冲击波和失效波之间的区域才有少量的微裂纹成核和长大 ,而在冲击载荷较低时却没有观察到 ;同时实验中观测到失效波萌生于被撞击面 ,并在两块玻璃的交界面上观测到失效波的再生。这些结果表明失效波的产生基本与冲击相变无关 ,主要与玻璃样品表面的初始损伤有关 ,换言之 ,失效波是玻璃样品表面微裂纹在冲击波作用下失稳扩展造成的。

压剪联合冲击下K9玻璃中的失效波

对K9玻璃进行了冲击速度为150～400 m/s,倾斜角为10°、15°的纵剖试样斜撞击实验.结果表明,在加载剪切横波(S + )和卸载纵波(P - )之间有波速超过了纵波波速的波阵面存在,此波的存在对卸载纵波和卸载横波的幅值有一定的影响.由于失效波的产生与材料的表面性质密切相关,为消除纵剖试样中间界面的影响,模拟VISAR的实验条件,进行了冲击速度为70～300 m/s、倾斜角为10°的横剖试样斜撞击实验.可以确定在此冲击范围失效波的波速在0.98～1.4 km/s,产生失效波的临界状态为:压应力0.86～1.01 GPa,对应剪应力0.053～0.071 GPa.表明剪应力的存在极大降低了失效波产生的阈值.在此基础上初步分析了撞击面的动摩擦因数和相对滑移速度.

玻璃样品表面对失效波萌生的影响

实验首次发现经过酸（５％ＨＣｌ）处理的玻璃样品表面以及飞片表面粗糙度的变化均对失效波（ｆａｉｌｕｒｅｗａｖｅ）形成的载荷阈值有明显影响．这说明失效波的形成机制与玻璃样品表面固有微裂纹、碰撞瞬间由于样品表面与其内部力学性质差异导致的微裂纹形核、长大等因素有直接关系，从而对进一步研究失效波的萌生机制和建立相关理论模型提供重要的支持．

冲击压缩下玻璃等脆性材料中失效波的研究进展

失效波的研究始于Rasorenov和Kanel发现K1 9玻璃样品后自由表面速度时程曲线上有反常再压缩信号。失效波是二十世纪九十年代冲击动力学研究领域的一个重要发现 ,它是指在一维平面应变冲击压缩下 ,在玻璃等脆性材料中由冲击波引起的一种独特的失效或破坏现象。较为系统地回顾近年来对失效波的研究工作 ,评述了研究现状、最新结果、发展趋势、研究方法和实验手段 ,对尚存的问题进行了分析讨论 ,并介绍了玻璃材料的基本特性。最后简单汇报了作者在这方面的研究工作和取得的阶段性结果。

冲击载荷作用下脆性材料的失效波实验研究

为研究玻璃、陶瓷等脆性材料在冲击加载条件下的失效波问题,在一维应变条件下,采用VISAR测量了不同冲击载荷作用下A95氧化铝陶瓷和soda lime玻璃试件背面的粒子速度时间历程。结果显示:采用相同的实验方法,soda lime玻璃试件背面粒子速度时间曲线出现了表征失效波现象的再压缩信号,与文献[1,4,8-12,17-21]结果一致,而氧化铝陶瓷试件无此现象出现。这表明陶瓷与玻璃虽同为脆性材料,但是其破坏机制不尽相同,需要进一步开展研究。

冲击氧化铝单晶中失效波弛豫时间因子的测量

在冲击动压为133 GPa的氧化铝单晶的冲击实验中,测量了在850 nm处冲击氧化铝单晶的辐射曲线,发光信号显示被冲击压缩的单晶中存在延迟发射现象;该现象表明氧化铝单晶在冲击波到达后经历了一个再压缩过程,该过程可用失效波解释;通过实验曲线拟合到在133 GPa下失效波的弛豫时间为0.107 ms/cm.

玻璃材料中失效波过冲现象试验研究

利用VISAR测试技术,对一种浮法玻璃(Soda Lime Glass)材料进行了失效波传播的VISAR试验研究。结果表明,使用有机玻璃窗口或与浮法玻璃靶板冲击阻抗相近的熔石英窗口进行实验,同样观察到了界面速度的过冲现象;改变浮法玻璃靶板撞击面的粗糙度,靶板与窗口的界面速度同时发生了形态的改变。分析认为,这一过冲现象应该与失效波阵面发出的稀疏波有关;"速度过冲"本质上应该是一种"应力松弛";玻璃材料中失效波的产生同样也存在弛豫时间;利用高弹性限窗口反向碰撞VISAR实验可以测得这一弛豫时间。

脆性材料中失效波现象的形成机理分析

针对玻璃材料中的失效波现象,对其形成机理进行了总结分析。根据玻璃和陶瓷平板撞击的实验结果,在"原生微裂纹就位扩展"机理的基础上,提出了失效波现象的形成机理是材料内部微裂纹的不均衡扩展,并通过数值模拟证明了这一机理的合理性。

近红外物联网节点失效波影响分析模型构建

近红外物联网节点失效波对网络连接可靠率具有重要影响,为提升近红外物联网安全防范力度,构建基于链路生存性流量的节点失效波影响分析模型。构建近红外物联网节点行为信任轮廓,加权求和主观信任值、客观推荐信任值和过往信任值,得到节点行为综合信任值,评估节点是否产生异常;利用节点重要度与负载能力实施失效负载再分配,组建节点失效传播模型,计算随机相邻节点额外业务负载,若高于自身负载能力则节点存在失效风险;根据链路持续时长和剩余容量推导链路生存性,计算相邻节点的引入流量和失效波影响概率,划分节点失效波影响等级,获得近红外物联网不同时段节点失效波影响情况。实验结果表明,所构建模型能准确描述近红外物联网处于不同外部环境下的节点失效波影响程度,为近红外物联网稳定运行提供借鉴。

玻璃中失效波传播的实验研究

通过轻气炮加载平面撞击实验,采用激光速度干涉仪(VISAR)测量了相同冲击载荷作用下不同厚度Soda-Lime玻璃试件背面的粒子速度,得到了Soda-Lime玻璃中失效波的传播轨迹和传播速度。结果表明:碰撞面上产生的失效波存在一定的初始时间延迟,且延迟时间随载荷增加而减小。研究结果对于深入认识失效波的产生机理及其在各类脆性材料中的传播规律具有重要作用。

冲击压缩下玻璃等脆性材料中的失效波研究进展

较系统地回顾了近年来有关失效波的研究工作，简单介绍了研究方法和实验手段，评述了研究现状和发展趋势，最后总结了尚存的问题和作者的一些看法。

冲击载荷作用下玻璃和陶瓷材料失效模式对比研究

针对玻璃和陶瓷两种材料的不同失效模式,及陶瓷中是否存在失效波现象的问题开展了数值模拟工作,得到了陶瓷和玻璃两种脆性材料在冲击载荷作用下不同的动态响应情况,从材料细观结构的角度出发,对产生不同结果的主要影响因素进行了分析,解释了相同实验条件下,陶瓷材料中没有观测到表征失效波现象的再压缩信号的原因.分析结果表明,与能够产生失效波的玻璃材料相比,由于陶瓷材料在细观尺度上存在着尺寸较大的微裂纹,这些裂纹在冲击载荷作用下快速生长,致使材料损伤发展的延迟时间很短,所以实验中没有观测到陶瓷材料中的失效波现象.

脆性陶瓷靶高速侵彻／穿甲动力学的研究进展

近10年来,有关陶瓷的材料特性和陶瓷及陶瓷复合靶的高速侵彻／穿甲动力学研究已成为国际冲击工程界的热点研究领域。相关研究有着现实的军事需求和应用背景。国内在该领域的研究工作相对较少。本文着重给出陶瓷及陶瓷复合靶高速侵彻／穿甲动力学的国外研究现状。对陶瓷及陶瓷复合靶高速侵彻／穿甲的实验方法、作用机理和理论模型等进行综述,介绍空腔膨胀模型在陶瓷侵彻力学中的应用以及脆性材料高速侵彻效应中的失效波效应。文章最后给出近期可开展的工作建议。

石英玻璃杆Taylor撞击实验的数值模拟

采用离散元方法模拟石英玻璃杆Taylor撞击问题,再现了其破坏过程:在撞击端,杆以压缩失效波的形式破坏;在自由端,出现了密集的拉伸层裂破坏.分析表明:层裂是失效波阵面应力快速下降引起的追赶卸载波,与弹性压缩前驱波在自由端反射引起的迎面卸载波相互作用的结果;随着撞击速度的增大,撞击端失效波造成的压缩破坏区域损伤程度增大,反射端层裂破坏损伤区域减小.进一步对失效波阵面的结构变化及其波速问题进行了研究,发现失效区域随着扩张变成一段裂纹逐渐由密到稀的区段,将此区段分为高损伤区和低损伤区,研究发现由稀疏微裂纹组成的低损伤区的前端面传播速度和弹性前驱波速基本相同,为固定值;而高损伤区前端面的裂纹密度随着传播距离的增加变稀,直至过渡为低损伤区,其传播具有显著的速度衰减、端面模糊直至停止的过程.高损伤前端面的平均速度随着撞击速度的增大而增大,并逐渐趋近于弹性波速.最后与已有实验做了对比,发现实验中高速摄影观察到的玻璃中"失效波"阵面实际上是高损伤前端面,而稀疏的低损伤微裂纹很难捕捉.

冲击压缩下石英玻璃柱的破坏实验研究和数值模拟

本文开展了一维应力冲击压缩下玻璃圆柱的压缩破坏实验研究.利用高速气枪装置发射石英玻璃圆柱试件垂直撞击刚性壁(Taylor撞击),采用超高速摄像机拍摄试件的冲击压缩破坏现象.实验中观测到一个产生于碰撞边界,向圆柱内部传播的移动破碎阵面,即失效波.在冲击压缩区内失效波的传播速度介于2~4 mm·μs^(-1)之间,随着冲击压缩载荷的增大而增大,随传播距离的增加而减小.经过一定时间,在试件的对向自由端区域,产生一个拉伸应力主导的碎裂区;与玻璃柱试件两端严重的破碎区域相比,试件中部产生一个相对透明区,其破碎程度较低.采用应力波分析方法说明了试件内部不同破碎特征区域的形成机理;采用离散元方法对实验过程进行数值模拟,取得了与实验现象一致的结果.

陶瓷材料冲击性能研究进展

陶瓷材料由于其多种优良特性得到了越来越广泛的应用。有关陶瓷材料的冲击力学性能研究是最近几十年才开始的。本文从陶瓷材料的应变率效应、冲击下的高压行为、冲击损伤、层裂现象和失效波响应，以及相关的理论研究和数值分析等方面，介绍了国内外对陶瓷材料冲击性能研究的现状，并对进一步的工作提出了建议和展望。