冲击加载下高铝球石动态力学响应分析

　　材料因其良好的物理力学性能而广泛应用于军事和民用领域，类脆性材料在强动载荷作用下具有完全不同于延性材料的响应特性，因此材料动态力学响应研究已成为冲击动力学领域十分活跃的研究课题。在材料的破坏机制、本构关系、实验测试技术等方面开展了深入研究，并取得了一定的研究成果。论文在充分调研材料在强动载荷作用下动力学响应分析等诸多关键问题研究现状基础上，设计完成了高铝球石平板正撞实验，通过平板正撞实验结果对高铝球石在冲击加载作用下的物理力学响应进行了分析讨论。

　　类脆性材料破坏机制及其在强动载荷作用下物理力学特性研究现状，重点考察了破坏波形成和传播的物理机制、力学参量等演化特征，列举了描述材料力学行为的失效准则和本构模型;采用超声波测试获得了高铝球石样品的基本物理力学参量，通过电镜扫描观察了高铝球石的细观结构，电镜扫描结果显示高铝球石具有强烈的细观非均匀性结构特征;设计完成了高铝球石双点样品平板正撞实验，采用VISAR测试了不同厚度的高铝球石样品在一维应变冲击压缩条件下自由面质点速度历程，得到了不同厚度的高铝球石样品Hugoniot弹性极限。实验发现，随着样品厚度的增加，高铝球石的σHEL呈下降趋势。当冲击压力在7GPa-8GPa范围内，样品自由面质点速度历程存在二次再压缩现象，判断是由于内产生的破坏阵面(Failurefront)所造成的，与玻璃中的破坏波现象具有可比性。

　　高铝球石主晶相为α-Al2O3，晶粒细小，尺寸大约为1-2μ，结构致密。高铝球石具有较高的体积密度与显微硬度，其中平均体积密度为3.90g/cm~3，达到理论密度的98%;显微硬度高达1450HV。本文详细的论述了高铝球石熔融析晶的机理，具有高密度与高硬度的原因。对高铝球石的耐磨损性能进行了检测与分析，载荷、滑动速度、滑动距离与磨损量、摩擦系数之间的关系，分析了磨损过程机理。实验表明:高铝球石具有良好的耐磨损性能。在干摩擦条件下，磨损机理为粘着磨损与磨粒磨损;的磨损量随着滑动速度的增加而降低，随着载荷的增加而增加。在滑动线速度0.84m/s的条件下，摩擦系数随着载荷的增加而降低，随着滑动距离的增加先增加后减小至一恒定值;磨损机制转变的临界载荷为160N-200N。的耐腐蚀性实验结果表明:高铝球石具有良好的耐腐蚀性能。

　　采用Drucker-Prager屈服准则，提出了对材料Hugoniot弹性极限表征的修正。得到了A95采用Drucker-Prager准则修正公式计算的σHEL值，并与实验得到的σHEL值进行了比较;采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对冲击压缩下高铝球石动态力学性能进行了模拟分析，数值模拟结果与实验结果吻合较好，数值模拟结果表明JH-2材料模型能够较好地模拟的物理力学性能。

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