延性金属动态拉伸损伤演化动力学研究

The dynamic tensile fracture of ductile metals is in nature a dynamics process that the hetergeneous micro-structures in materials are activated and evolve with space-time. But the current experimental results are limited to free surface velocity profiles and information of recovered specimens, and many results of mediacy are lacking. There are many vacanicies about the correlation relevany betwween macro-response of materials and microstructure evolution. This item will establish a double-layer-sample target experimental technique, tentatively termed as damage-frozen technique, Based on that the information of mediacy in dynamic damage evolution process will be obtained with the measurement methodologies of time-resolved surface diagnostics and characterizations of recovered specimens. The correlation relevany betwween macro-response of materials and micstructure evolution will be explored through theory analysis. And based on the ideology of damage degree, we will eslablish the damage evolution model with explicit physical foundation. We hope that better comprehension about ductile damage evolution dynamics will be obtained.

高强动载荷下延性金属的动态拉伸破坏，就其本质而言是材料内部非均匀微细观结构被激活并随时空演化的动力学过程。对典型的损伤形态层裂，目前实验上仅提供了自由面速度剖面和损伤终态信息，诸多中间环节仍然缺少实验结果，理论上对材料宏观响应和微结构演化之间的关联也存在诸多空白。本项目拟通过实验、理论和数值模拟相结合的手段，从宏观、微细观尺度系统研究典型延性金属高纯无氧铜动态拉伸损伤演化动力学规律。拟建立一种双层靶损伤冻结层裂实验技术，结合自由面速度剖面诊断技术和软回收样品金相表征分析，获得延性金属损伤演化动力学过程中间环节数据信息和物理图像；通过理论分析，探索损伤演化过程中自由面速度剖面等材料宏观响应和微损伤演化的跨尺度关联；进而基于损伤度思想，建立物理基础更明确的损伤演化动力学物理模型，并分析相关参数的物理意义和确定方法。通过本项目研究工作的开展，期待对典型延性金属损伤演化动力学获得更多的理解和认识。

本项目针对高强动载下延性金属动态拉伸破坏这一多尺度问题，通过理论、实验和数值模拟相结合的手段，从宏观、微细观尺度系统研究了高纯无氧铜的动态拉伸损伤演化动力学规律。本项目提出了分层样品的物理设计思想， 发展了双层靶 “损伤冻结” 实验技术， 建立了一套完整的 “自由面速度与样品回收”联合测量、损伤统计分析的实验方法，实现了损伤演化中间环节的状态“冻结”，可从实验上获得随拉伸应力持续时间变化的微损伤演化进程，并针对延性金属高纯无氧铜开展层裂实验，得到了损伤演化动力学的物理图像。通过实验发现临界行为特征是延性金属损伤演化动力学过程中的一个普适性特性；揭示了自由面速度剖面上的宏观响应特征和微孔洞成核、长大、聚集至完全断裂的损伤演化动力学过程具有一一对应关系。提出了特征临界损伤度的物理概念，建立了完备的损伤演化动力学模型. 赋予了特征临界损伤度明确的物理涵义，揭示了延性金属损伤演化临界动 力学特性、跨尺度演化特征和影响因素。基于该工作建立的多种实验方法和技术、动态拉伸断裂损伤演化物理模型及研制软件等为武器物理和工程研究提供了有效手段和技术支持。