45钢薄壁圆柱管的冲击膨胀断裂机理研究

叶想平 李英雷 张祖根

叶想平, 李英雷, 张祖根. 45钢薄壁圆柱管的冲击膨胀断裂机理研究[J]. 爆炸与冲击, 2014, 34(3): 322-327. doi: 10.11883/1001-1455(2014)03-0322-06
引用本文: 叶想平, 李英雷, 张祖根. 45钢薄壁圆柱管的冲击膨胀断裂机理研究[J]. 爆炸与冲击, 2014, 34(3): 322-327. doi: 10.11883/1001-1455(2014)03-0322-06
Ye Xiang-ping, Li Ying-lei, Zhang Zu-gen. Mechanism of expanding fracture of 45 steel cylinder shells driven by modified SHPB[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(3): 322-327. doi: 10.11883/1001-1455(2014)03-0322-06
Citation: Ye Xiang-ping, Li Ying-lei, Zhang Zu-gen. Mechanism of expanding fracture of 45 steel cylinder shells driven by modified SHPB[J]. Explosion And Shock Waves, 2014, 34(3): 322-327. doi: 10.11883/1001-1455(2014)03-0322-06

45钢薄壁圆柱管的冲击膨胀断裂机理研究

doi: 10.11883/1001-1455(2014)03-0322-06
基金项目: 中国工程物理研究院科学技术发展基金重点项目(2009A0101001)
详细信息
    作者简介:

    叶想平(1986—), 男, 硕士, 研究实习员

    通讯作者:

    Ye Xiang-ping, yxpxiaogao13@163.com

  • 中图分类号: O347.1

Mechanism of expanding fracture of 45 steel cylinder shells driven by modified SHPB

  • 摘要: 采用改进型霍普金森压杆实验技术,对不同膨胀断裂状态的45号钢薄壁金属圆柱管进行了冻结回收,直接观测了薄壁金属圆柱管动态膨胀断裂过程中的裂纹萌生、扩展情况以及最终断裂模式等断裂演化特征。对冻结回收样品进行的金相显微分析完整观察到了裂纹萌生、扩展直至断裂的整个膨胀断裂过程,并得出以下结论:薄壁金属圆柱管在中应变率的膨胀断裂过程中,拉伸和剪切断裂机制起主导作用。裂纹萌生于外壁面,并由外向内扩展,断裂模式随加载应变率的提高逐渐由拉剪混合向纯剪切过渡。与爆轰加载的高应变率薄壁金属圆柱管断裂过程不同的是,随加载载荷的增加,薄壁金属圆柱管的断裂逐渐由拉伸断裂向剪切断裂过渡,而非绝热剪切断裂,这种差异的产生原因尚待研究。
  • 图  1  实验装置示意图

    Figure  1.  Schematic of experimental device

    图  2  冻结回收样品

    Figure  2.  Pictures of freezing recovery sample

    图  3  某发实验原始电压波形图[10]

    Figure  3.  Original voltage waveform of one experiment

    图  4  圆柱管裂纹起始位置与扩展形式

    Figure  4.  The propagation route and starting position of crack on cylinder shells

    图  5  圆柱管在不同加载应变率下裂纹扩展形式与断口形貌

    Figure  5.  The route of crack propagation and fracture surface morphology of cylinder shells at different strain rates

    表  1  圆柱管在不同加载应变率下的实验结果

    Table  1.   Experimental results of cylinder shells under different strain-rate

    No. D/mm v/(m·s-1) σn/MPa εr t/μs $\dot{\varepsilon}_{r} / \mathrm{s}^{-1}$ 断裂状态
    1 8.04 20 134 0.20 154 1.3×103 拉伸裂纹萌生
    2 8.04 20 134 0.21 160 1.3×103 拉剪混合
    3 8.04 20 134 0.21 160 1.3×103 拉剪混合
    4 8.04 25 145 0.22 147 1.5×103 剪切裂纹萌生
    5 8.04 25 145 0.23 150 1.5×103 纯剪切断裂
    6 8.04 25 145 0.23 150 1.5×103 纯剪切断裂
    下载: 导出CSV
  • [1] Mott N F. A theory of fragmentation of shells and bombs[M]//Fragmentation of Ring and Shells. Springer Berlin Heidelberg, 2006: 243-294.
    [2] Taylor G I. The fragmentation of tubular bombs[C]//Batchelor G K. The Scientific Papers of Sir Geoffrey Ingram Taylor: Vol. 3. Cambridge: Cambridge University Press, 1963: 387-390.
    [3] 马晓青.冲击动力学[M].北京: 北京理工大学出版社, 1992: 282-294.
    [4] 汤铁钢, 李庆忠, 孙学林, 等. 45钢柱壳膨胀断裂的应变率效应[J].爆炸与冲击, 2006, 26(2): 35-39. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=21769886

    Tang Tie-gang, Li Qing-zhong, Sun Xue-lin, et al. Strain-rate effects of expanding fracture of 45 steel cylinder shells driven by detonation[J]. Explosion and Shock Waves, 2006, 26(2): 35-39. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=21769886
    [5] 汤铁钢, 李庆忠, 陈永涛, 等.实现材料高应变率拉伸加载的爆炸膨胀环技术[J].爆炸与冲击, 2009, 29(1): 45-46. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2009.01.009

    Tang Tie-gang, Li Qing-zhong, Chen Yong-tao, et al. An improved technique for dynamic tension of metal ring by explosive loading[J]. Explosion and Shock Waves, 2009, 29(1): 45-46. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2009.01.009
    [6] 汤铁钢, 谷岩, 李庆忠, 等.爆轰加载下金属柱管膨胀破裂过程研究[J].爆炸与冲击, 2003, 23(6): 529-533. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2003.06.008

    Tang Tie-gang, Gu Yan, Li Qing-zhong, et al. Expanding fracture of steel cylinder shell by detonation driving[J]. Explosion and Shock Waves, 2003, 23(6): 529-533. doi: 10.3321/j.issn:1001-1455.2003.06.008
    [7] Hoggatt C R, Recht R F. Fracture behavior of tubular bombs[J]. Journal of Applied Physics, 1968, 39(3): 1856-1862. doi: 10.1063/1.1656442
    [8] 胡八一, 董庆东, 韩长生, 等.内部爆轰加载下的钢管膨胀断裂研究[J].爆炸与冲击, 1993, 13(1): 49-54. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=990933

    Hu Ba-yi, Dong Qing-dong, Han Chang-sheng, et al. Studies of expansion and fracture of explosive-filled steel cylinders[J]. Explosion and Shock Waves, 1993, 13(1): 49-54. http://www.cqvip.com/Main/Detail.aspx?id=990933
    [9] Grady D E, Benson D A. Fragmentation of metal rings by electromagnetic loading[J]. Experimental Mechanics, 1983, 23(4): 393-400. doi: 10.1007/BF02330054
    [10] 叶想平, 李英雷, 李英华.基于SHPB装置的膨胀圆柱管实验技术[J].爆炸与冲击, 2012, 32(5): 528-534. doi: 10.3969/j.issn.1001-1455.2012.05.013

    Ye Xiang-ping, Li Ying-lei, Li Ying-hua. An experimental technique for expanding of metal cylinder based on the SHPB[J]. Explosion and Shock Waves, 2012, 32(5): 528-534. doi: 10.3969/j.issn.1001-1455.2012.05.013
  • 加载中
图(5) / 表(1)
计量
  • 文章访问数:  3008
  • HTML全文浏览量:  339
  • PDF下载量:  526
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2012-11-25
  • 修回日期:  2013-09-15
  • 刊出日期:  2014-05-25

目录

    /

    返回文章
    返回