冲击压缩下脆性材料中失效波的机理与统计细观动力学模型

冲击压缩下脆性材料中出现的失效波会对其抗侵彻和抗冲击性能产生重要的影响，因此是目前国际冲击动力学界的研究热点之一，但是目前关于失效波的形成机理、产生条件、传播动力学等问题，国际上尚未有统一的认识和适用的理论或数值模型。本项目拟基于前期研究成果，发展考虑材料细观微结构非均匀性、微损伤演化的非平衡效应的失效波统计细观动力学模型；对脆性材料中失效波的形成和传播过程进行模拟，并进行试验验证；考察材料宏观力学性质、细观微结构的非均匀性、微损伤演化的非平衡效应、冲击载荷等对失效波形成和传播过程的影响，揭示失效波形成和传播的机理和规律，明确控制失效波形成和传播的关键参数。本研究有助于深化我们对脆性材料在冲击载荷作用下的损伤、破坏行为的认识，丰富和完善冲击动力学理论和固体强度理论，为新型防护系统和攻防材料的设计提供科学依据，因此具有重要的科学意义和应用价值。

冲击压缩下脆性材料中出现的失效波会对其抗侵彻和抗冲击性能产生重要的影响，因此是目前国际冲击动力学界的研究热点之一，但是目前关于失效波的形成机理、产生条件、传播动力学等问题，国际上尚未有统一的认识和适用的理论或数值模型。我们认为认为脆性材料中的失效波是脆性材料在冲击压缩载荷作用下灾变破坏和压实的自持传播过程，因此在过去的四年里，围绕着脆性材料灾变破坏机理和前兆、失效波产生及传播特征的直接实验观测方法、失效波产生和传播模型等问题展开了研究。首先对脆性材料在准静态下的灾变破坏过程中载荷、位移、变形场、声发射信号进行了同步采集和分析，发现材料灾变破坏前，灾变破坏前，系统声发射撞击率、声发射能量率、应变场变化率、试样整体变形的变化率等响应量的变化符合幂律奇异性规律，但其幂指数偏离理想值-0.5，且因样本和响应量的选取而不同。对K9玻璃，金属玻璃，高熵合金等脆性材料进行了冲击压缩实验,发现K9玻璃和金属玻璃在低于HEL时会出现失效波。基于实验数据，获得了撞击面粒子速度，应力等物理量的演化曲线，得到了K9玻璃中失效波的孕育时间和传播速度，发现孕育时间随撞击应力而减小，传播速度随撞击应力而增加。建立了考虑材料不均匀性和材料灾变破坏的失效波模型，结合数值分析，得到了失效波孕育时间和传播速度，其趋势与实验观测相符。上述结果有助于深化我们对脆性材料在冲击载荷作用下的损伤、破坏行为的认识，丰富和完善冲击动力学理论和固体强度理论，为新型防护系统和攻防材料的设计提供科学依据。