考虑温度和复合应力的相变波传播特性的研究

本项目从理论和实验两方面对热力耦合作用下相变波的传播特征，压剪联合加载下相变复合应力波的传播规律，高级相变波传播和转化等问题开展研究，试图发现相变波传播中的新现象新规律，探索是否存在相变耦合快慢波现象，弄清温度和复合应力对相变波传播的影响和机理，认识各类基本间断面与温度界面的相互作用规律、有限相变速率的影响、以及新相强化对相变波传播特性和波系的影响，将相变波理论从一维纯力学相变纵波拓展到考虑热力耦合、有限相变速率、复合应力和高级相变的高等相变波理论。研究内容属于冲击动力学的前沿性关键问题，对于跨学科的冲击相变力学的发展和应力波理论的拓展及其应用，具有重要意义。

本项目采用理论、实验并辅以数值模拟方法，深入开展了热、力耦合作用下考虑有限相变速率的相变波传播规律的理论和实验研究, 相变复合应力波传播规律的理论和实验研究，以及高级相变波传播规律和转化等方面的研究，取得了一系列新发现和规律性新认识，主要成果归纳如下：1、建立了新的计及有限相变速率的三维相变热、力耦合动态本构模型和相变速率演化方程。该本构的创新之处在于计及球量、偏应力张量，温度以及新相生长域变化的影响，同时还考虑了产热和应变率的影响，可以更精细的描述冲击相变行为，模型预测和实验有很好吻合。2、得到了各种基本间断面与温度界面的相互作用规律，温度线性分布杆中相变波的传播规律。给出了形成相变梯度材料的条件，以及物质成分分布规律的解析解。3、建立了点式红外瞬态非接触测温系统，解决了冲击相变过程中的实时测温关键问题。实验得到了应力波与温度界面作用的波系演变规律，以及对应的实时温度变化，验证了理论分析结果。4、建立了复合应力相变本构和相变复合应力波控制方程，给出了相变耦合快波和耦合慢波的特征解，在特定区域，发现了传统弹塑性材料所没有的新现象。5、在相变材料中推出耦合冲击波的解析解，并经过独立的数值模拟的验证，其物理机制在于新相强化效应。这是一种新突破，具有重要的学术意义和应用价值。6、开展了相变材料在复杂应力路径下的准静态和冲击力学行为的实验和本构研究，得到了NiTi形状记忆合金材料在不同速率和加载路径下的法向和切向曲线。7、对于高级相变波传播规律的理论研究表明，二级相变相边界的传播类似于非线性弹性材料，外场作用下一级和二级相变可能转化，相变波的传播规律发生了很大的变化。我们在研究内容中增加了相变材料在复杂应力路径下的准静态和冲击力学行为的实验和本构研究，以及薄板横向冲击下（径向、周向应力和横向剪切应力联合作用，并有二维扩散效应）相变复合应力波传播的研究。.总的来说，本项目已很好的完成了研究内容，达到了预定的研究目标。