延性金属动态拉伸断裂损伤演化后期特征及机理研究

Dynamic tensile failure, e.g. spallation, of ductile metals is a complex phenomenon，which is determined by the nucleation, growth and coalescence of microvoids. In order to reveal the inherent characteristics and mechanism of later stage damage evolution, the following work will be carried out based on multi-scale alliance especially mesoscopic and macroscopic method. The high throughput experiments，combined the measurement of the free surface velocity profile and “soft recovery”，will be designed and carried out. Arrayed Doppler pins systerm and surface profile measurement technique will be integrated used in the present project. The relationship between the mechanism of damage evolution in micro-scale and response in macro-scale of later stage of damage evolution will try to be established, revealing the mesoscopic nature of free surface characteristics and laws. On the basis, a physical model of later damage evolution, contain the critical criteria of dominant mechanism and the nonlinear interaction of voids, will be established in this work.

延性金属动态拉伸断裂是包含微孔洞的形核、增长和聚集行为的多尺度耦合现象。为了揭示损伤演化后期特征和机理，本项目立足于宏观与介观研究相结合的思路。通过兼顾自由面速度测试和样品软回收的高通量实验物理设计，并结合阵列式多普勒测速系统、白光干涉测试技术等实验测试表征手段，获得对延性金属动态拉伸断裂损伤演化后期特征和机理的认识和理解，力图建立损伤演化后期宏观响应与介观尺度的微损伤演化的关联，揭示演化后期的规律和介观本质。构建包含损伤演化主导机制转变临界判据和微损伤非线性相互作用的损伤演化后期物理模型。

高强动载下延性金属的动态拉伸断裂（层裂）是材料动态损伤断裂的一种典型方式，也是与武器过程紧密相关的重要基础性问题。本项目立足于宏观与介观研究相结合的思路，通过兼顾自由面速度测试和样品软回收的高通量实验物理设计，并结合阵列式多普勒测速系统、白光干涉测试技术等实验测试表征手段，基于动态拉伸断裂损伤演化后期的强时间相关性特征，设计并开展了损伤演化动态拉伸实验。对损伤特性分析指出：受损伤演化各阶段主导机制的影响，微损伤的空间分布表现出不连续性特征，微损伤的损伤演化后行为影响着损伤的分布特征和规律，并且表现出两个临界尺寸特性，即初始聚集尺寸和终态聚集尺寸。通过对微损伤演化后期行为分析，指出聚集行为是在外加场作用下，具有一定倾向性的场致逾渗过程。以临界损伤演化动力学模型为基础，采用含非球形损伤的单胞模型，建立了双变量微损伤演化后期的逾渗软化函数模型。开展了动态拉伸断裂损伤演化后期的数值模拟研究，并对宏观自由面速度响应与微细观聚集特性之间的关联进行了深入解读。通过对宏观自由面速度的计算和比对表明，微损伤演化后期的逾渗模型具有较好的预测能力。