金属材料层裂再压实的模拟研究

作     者：刘军 孙致远 张凤国 王裴 LIU Jun;SUN Zhiyuan;ZHANG Fengguo;WANG Pei

作者机构：北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京大学应用物理与技术研究中心北京100871 

出 版 物：《爆炸与冲击》 (Explosion and Shock Waves)

年 卷 期：2022年第42卷第3期

页      面：10-21页

核心收录：

学科分类：08[工学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：于敏基金(TCYM1820-02) 科学挑战专题(TZ2018001) 

主　　题：层裂 再压实 直接模拟 宏观模拟 界面喷射 

摘      要：激波在自由面卸载后金属内部经常出现层裂现象。若金属内层裂区再次受到冲击加载,则处于拉伸稀疏状态下的金属会逐渐被再次压实为密实介质,直至层裂区消失、再压实过程完成。由于金属层裂区初始拉伸状态的复杂性及再压实后物质状态的不确定性,复杂加载情况下宏观模拟该问题的可靠性验证存在困难。目前,在实验诊断难以准确给出金属层裂区进入再压实过程的初始状态及再压实状态的情况下,具有层裂区内部细节描述能力的直接数值模拟成为了验证宏观模拟可靠性的一种有效手段。首先,在直接数值模拟建模中将金属层裂区初始拉伸状态建模为仅含层裂片、仅含孔洞、同时含有孔洞与层裂片3类情况。然后,通过不同孔隙度、再压实速率、层裂片数及孔洞数下的直接数值模拟,统计得到了对应工况下金属层裂区的再压实状态。最后,在保证直接模拟与宏观模拟具有良好可比性的情况下,对层裂再压实过程进行了宏观建模及模拟分析。分析认为:在宏观网格断裂后处理算法使用全应力置零和温度不变的情况下,宏观模拟能够较好地模拟稀疏区内含层裂片情况下的金属层裂再压实过程及再压实状态;若金属层裂区内部以仅含孔洞的初始状态进入再压实过程,则无论孔洞塌缩是否形成界面喷射,宏观模拟均无法较好模拟该层裂再压实过程及再压实状态。