非晶态合金高绝热剪切性与其在高速穿甲中“自锐”研究

以非晶态合金为研究对象，通过静动态实验、穿甲实验、纳微尺度结构检测、理论分析和数值模拟相结合，系统深入地研究非晶态合金绝热剪切带的形成机制和剪切"自锐"现象。进一步定量表征不同合金体系对剪切带变形的敏感程度；建立非晶态合金适用于高速侵彻过程的本构模型；对局部的剪切带形成和演化进行数值仿真；揭示剪切敏感性与侵彻过程中剪切自锐性能的内在关联及其控制机制；并将其应用于目前在高速侵彻中较实用的锆基非晶合金及钨丝增强锆基非晶复合材料的性能和"自锐"穿甲分析研究。为非晶态合金作为新型穿甲弹在国防军事领域的应用提供有价值的理论依据。

项目的研究工作按计划进行并已完成预定研究内容，实现了预期目标，取得了以下6个方面的成果：(1) 非晶合金剪切变形和破坏机理研究：发展了“受迫” 剪切实验技术并得到了剪切带形成和演化过程中材料微结构变化的纳、微尺度精细结构和物理图像，分析了剪胀效应的影响和相应的剪切带韧性；基于材料变形微观机理推导了具有明确物理含义的材料本构模型，特别地，模型也适用于高速侵彻条件；另外还还分析了材料的强度和得到了材料统一的宏观断裂准则。(2)锆基非晶合金复合材料的制备技术：研究了钨材料与锆基非晶合金的润湿行为并确立了钨/锆基非晶合金复合材料的合适制备工艺，成功获得了不同形态钨增强体(如钨颗粒、钨纤维)增强的锆基非晶合金复合材料。(3) 非晶合金复合材料静动态力学性能研究：得到了钨纤维/颗粒增强锆基非晶复合材料中增强相尺寸和体积分数等因素对复合材料性能的影响规律，并分析了包括树晶增强复合材料等的相应非晶合金复合材料的变形和断裂机制。(4) 钨纤维增强锆基非晶复合材料的各向异性变形特性研究：系统研究了钨纤维增强锆基非晶合金复合材料在不同加载方向下的压缩和拉伸性能，得到了相应变形规律并详细讨论其变形和断裂机理。(5) 钨纤维增强锆基非晶合金复合材料长杆弹“自锐” 穿甲实验研究：开展了穿甲实验并对弹靶的变形和破坏形貌进行细观金相分析，给出了复合材料弹体“自锐”剪切失效的多种模式，分析了材料“自锐”行为的机理，并给出了弹体穿甲的有效速度范围。(6) 非晶合金及其复合材料力学行为的有限元模拟：将所推导的非晶合金本构模型编写入有限元软件的用户自定义材料子程序(UMAT)中，开展了针对非晶合金及其复合材料相关力学行为的有限元模拟研究，进一步分析材料力学行为的相应物理机制。相关模拟较好地再现了非晶合金在静动态和冲击条件下的变形和破坏特性，同时也较好地体现了钨纤维增强非晶复合材料弹体的穿甲“自锐”行为。相关工作为非晶合金及其复合材料作为新型穿甲弹应用于国防军事领域奠定了一定基础。