脆性材料冲击拉伸强度及碎片分布特性的实验与理论研究

现代陶瓷等脆性材料一方面以其卓越的刚度、硬度和抗压强度等赢得青睐，另一方面则受其脆性（含固有损伤）和低抗拉强度等制约。脆性材料在冲击载荷下的动态拉伸特性和碎裂特性的研究，已成为力学界、材料学界和工程界共同关注的前沿热点。本项目采用实验-理论-数值模拟三结合、宏观-细观相结合的技术路线，一方面把新开拓的含粘着单元的有限元数值模拟方法，进一步发展到计及微损伤演化的速率相关性，以显式描述研究微裂纹的成核、演化、及汇合过程；并进一步将粘着单元与特征线分析方法结合，研究动态断裂过程和碎片尺寸分布。另一方面，首次提出把传统SHPB技术改进后进行新的冲击膨胀环试验，不仅可对脆性材料进行高应变率拉伸强度的实验研究，还可对冲击碎裂的碎片分布进行实验研究。最后，将含有粘着单元的数值模拟技术与冲击拉伸实验相结合，拟建立一个全新的速率相关的破坏模型。这对高新技术和国防应用都是一个值得重视和发展的重要方向。