• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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预应力对LY12铝弹性前驱波的影响

张世文 刘仓理 李庆忠 刘乔

张世文, 刘仓理, 李庆忠, 刘乔. 预应力对LY12铝弹性前驱波的影响[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(6): 852-857. doi: 10.11883/1001-1455(2015)06-0852-06
引用本文: 张世文, 刘仓理, 李庆忠, 刘乔. 预应力对LY12铝弹性前驱波的影响[J]. 爆炸与冲击, 2015, 35(6): 852-857. doi: 10.11883/1001-1455(2015)06-0852-06
Zhang Shi-wen, Liu Cang-li, Li Qing-zhong, Liu Qiao. Influence of pre-stress on elastic precursor of LY12 aluminum[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(6): 852-857. doi: 10.11883/1001-1455(2015)06-0852-06
Citation: Zhang Shi-wen, Liu Cang-li, Li Qing-zhong, Liu Qiao. Influence of pre-stress on elastic precursor of LY12 aluminum[J]. Explosion And Shock Waves, 2015, 35(6): 852-857. doi: 10.11883/1001-1455(2015)06-0852-06

预应力对LY12铝弹性前驱波的影响

doi: 10.11883/1001-1455(2015)06-0852-06
基金项目: 国家自然科学基金项目(11272297, 10772165)
详细信息
    作者简介:

    张世文(1971—), 男, 博士, 副研究员, zhangswxueshu@163.com

  • 中图分类号: O381

Influence of pre-stress on elastic precursor of LY12 aluminum

  • 摘要: 通过过盈配合的热装配方法对LY12铝合金平面样品施加了径向预应力,采用平面飞片撞击方法获得了预应力对弹性前驱波的影响。结果表明:当飞片均以500 m/s的速度撞击样品时,压缩预应变为0(无预应变)、964.5×10-6和1 886.0×10-6时,弹性前驱波幅值分别为87.56、95.24、121.03 m/s,压缩预应力(变)提高了LY12铝弹性前驱波幅值。结合实验的特点,探讨了对样品施加静态径向预应力的数值模拟方法,结果表明,上升沿(100 μs)较为缓慢的加载可以达到与准静态加载应力分布一样的结果。采用该数值模拟方法给出和验证了弹性前驱波随压缩预应力增加而上升的计算结果,与实验结果较为吻合。
  • 自然界利用现有资源,在有限的环境条件下组建了轻质、坚固、坚韧的材料。例如,螳螂虾指关节的迎撞面就是这类典型的复合材料,此类虾具有在摄食过程中避免高速碰撞造成巨大伤害的能力。美国加州大学研究人员发现螳螂虾的指节包含一层由纳米颗粒紧密堆积的抗冲击涂层,这些纳米颗粒由排列整齐的小纳米晶体组成。在高应变率冲击下(约104 s−1),粒子旋转和平移,而纳米晶网络在低角度晶界处发生断裂,形成位错并发生非晶化。此外,这种材料在保持高刚度(弹性模量约为58.9 GPa)的情况下还具有较大的阻尼(损耗系数约为0.02),相互渗透的有机网状结构提供了额外的增韧和阻尼,这种罕见的刚度和阻尼组合在工程材料中并不常见,其性能也优于许多工程材料。这些新发现可为结构的高速冲击和破坏失效提供新的研究思路。

    源自:HUANG W, MEHDI S, NICOLAS G Z, et al. A natural impact-resistant bicontinuous composite nanoparticle coating [J]. Nature Materials, 2020, 19: 1236−1243.

    理解高速碰撞以及随后的高应变率材料变形和潜在的灾难性破坏,对于包括天体物理学、材料科学和航空航天工程在内的系列科学和工程学科至关重要。由于在极短时间尺度下,用实验来量化材料的演变面临着巨大挑战,相关变形和破坏机制还很不明确。美国迈阿密大学等研究人员将铜箔通过皮秒激光烧蚀实现快速变形(0.5×109 s−1),并利用30-fs超快X射线自由电子(XFEL)脉冲进行原位探测,首次定量描述了材料在高应变率条件下的失效过程。结果发现最终破坏是通过空洞成核、增长和聚合发生的,与分子动力学模拟的结果吻合较好。发展和应用具有飞秒分辨率的原位超快小角度X射线散射(SAXS)对高应变率层裂破坏进行定量表征,是对广角X射线散射(WAXS)的补充,具有重要的应用价值。

    源自:JAMES C, ANDREW H, DAVID M, et al. Femtosecond quantification of void evolution during rapid material failure [J]. Science Advances, 2020, 6(51): eabb4434.

    超塑性描述的是材料以拉伸延伸的形式将大塑性变形维持到其原始长度400%以上的能力,但通常只能在低应变率(约10−4 s−1)下观察到,这使得加工时间大大增加,由于经济原因导致不适合大规模生产。而超过10−2 s−1应变率下的超塑性,通常只能在低强度的镁和铝合金中才能出现。韩国浦项科技大学等研究人员通过高压扭转试验,发现了Al9(CoCrFeMnNi)91高熵合金纳米材料在应变率5×10−2 s−1下的超塑性,其伸长率达到了原始长度的2000%。多相合金中的高压扭转诱导晶粒细化与热塑性变形过程中的有限晶粒增长相结合,通过位错活动调节晶界滑移,实现了高应变率下的超塑性。

    源自:NGUYEN N T C, ASGHARI-RAD P, SATHIYAMOORTHI P, et al. Ultrahigh high-strain-rate superplasticity in a nanostructured high-entropy alloy [J]. Nature Communications, 2020, 11: 2736.

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    (敬霖 编译)

  • 图  1  热装配示意图

    Figure  1.  Sketch of heat assemblage

    图  2  样品过盈配合实验装置

    Figure  2.  Pre-strain sample with bracket

    图  3  不同预应变下样品后自由面速度曲线

    Figure  3.  Free surface velocity histories for different pre-strain samples

    图  4  计算模型(右图为样品截面上网格划分)

    Figure  4.  Calculation model (mesh of sample section on the right)

    图  5  样品外边界施加不同上升沿的位移曲线

    Figure  5.  Two kinds of displace-time curves loading on samples' outer boundary

    图  6  样品中心和外边界部位的径向预应力

    Figure  6.  Samples' radical pre-stress (center-element 1, and outer boundary-element 2)

    图  7  不同预应变样品后自由面速度曲线计算结果

    Figure  7.  Free surface velocity histories for different pre-strain samples

    表  1  不同径向预应力下实验结果

    Table  1.   Experimental results of samples under different pre-strains

    ε0, r/10-6σ0, r/MPav/(m·s-1)ue*/(m·s-1)
    00497.8287.56
    964.599.2497.0695.24
    1 886.0194.0499.60121.03
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出版历程
  • 收稿日期:  2014-05-07
  • 修回日期:  2014-10-08
  • 刊出日期:  2015-12-10

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