边缘冲击(EOI)作用下透明陶瓷破坏特性研究

相较于传统透明材料,相同面密度下透明陶瓷具有更优异的抗冲击性能,使其成为极具应用前景的透明装甲防护材料。研究透明陶瓷在冲击下的破坏响应及损伤演化规律,对透明陶瓷装甲的结构设计及防护能力的提高起到至关重要的作用。为了比较传统透明材料与典型透明陶瓷材料在冲击过程中的破坏特性差异,利用9 mm弹道枪发射平台进行了浮法玻璃、YAG透明陶瓷及镁铝尖晶石透明陶瓷3种透明材料的边缘冲击试验,破片发射速度为200~300 m/s。通过高速摄影捕捉破片的撞击过程,分析了粉碎区及主裂纹扩展距离随时间的变化规律。结果表明,3种材料在不同速度破片的冲击作用下,粉碎区面积与材料强度呈负相关性。对同种材料,在200~300 m/s速度范围内,破片撞击速度对主裂纹的扩展速度没有影响。同时比较了玻璃与透明陶瓷在宏观尺度上的损伤演化特征差异:玻璃在粉碎区两侧产生三角形的次裂纹区域,陶瓷材料则会产生细长的次裂纹簇,并会产生较明显的裂纹“分叉”现象。利用扫描电子显微镜对回收到的陶瓷碎片进行观测,并分析了2种透明陶瓷材料在细观尺度破坏特征的异同。2种透明陶瓷的径向裂纹断面上会出现从沿晶断裂到穿晶断裂的过渡变化,而环向断裂面上几乎都是沿晶和穿晶混合断裂。2种透明陶瓷中,仅YAG透明陶瓷在沿晶断裂时会出现晶体“剥落”现象。

基于能量平衡的新脆性指标与页岩失效机制分析

为了建立表征深部页岩气储层的脆性指标,基于能量平衡理论,考虑岩石系统对外界能量的转化率以及径向膨胀对其脆性特征的影响,提出一种新的脆性评价方法。该评价方法从3个方面定量表征岩石的脆性特征:岩石失效速率(BI_(1))、峰后失稳度(BI_(2))和峰前塑性屈服度(BI_(3)),并根据地层信息进行一系列三轴压缩试验进行验证。结果表明:页岩的脆性特征随地层水平(围压、温度)的升高不断衰减;与现有脆性指标相比,新脆性指标可以更好地描述不同试验条件下页岩的脆性特征,特别是高围压(110MPa)和高温度(190℃)条件下页岩的脆性评价;从强度成分分析页岩的脆性失效机制,页岩强度包络线体现出双线性特征;通过建立宏观断裂模式、脆性特征以及临界主应力比之间的相关性,量化页岩宏观断裂形态临界条件;损伤度通过提高峰前塑性屈服度和弹性能贡献率,降低了页岩的脆性指标。