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爆炸与冲击 2020年第2期40卷 47-56页

作者：谈瑞李海洋黄俊宇西南交通大学教育部先进材料与技术重点实验室

为探究Al2O3陶瓷的宏观力学响应与破坏机理,分别利用材料试验机和分离式霍普金森压杆对其进行准静态和动态压缩实验,同时通过原位光学成像观测试样的破坏过程,并利用同步辐射CT和扫描电镜(SEM)对回收碎片的尺寸和形状以及微观破坏模式... 详细信息

为探究Al2O3陶瓷的宏观力学响应与破坏机理,分别利用材料试验机和分离式霍普金森压杆对其进行准静态和动态压缩实验,同时通过原位光学成像观测试样的破坏过程,并利用同步辐射CT和扫描电镜(SEM)对回收碎片的尺寸和形状以及微观破坏模式进行表征分析。宏观强度数据表明,Al2O3陶瓷的抗压强度符合Weibull分布,且与加载应变率呈现指数增长关系。原位光学成像和SEM回收分析共同揭示了动静态加载下裂纹成核与扩展模式存在明显差异。准静态加载时材料微观上更易发生沿晶断裂,宏观表现为劈裂裂纹较少,且倾向于沿加载方向传播并贯穿整个试样;而动态加载时穿晶断裂占主导地位,劈裂裂纹明显增加并发生相互作用,因此在传播过程中容易分叉而形成大量次生裂纹,提高了试样内裂纹密度。这与碎片的CT表征结果一致,即碎片平均球形度和伸长、扁平指数等均随应变率对数线性增加。破坏模式的改变最终导致高应变率下陶瓷材料应变率敏感性显著增强。

关键词： Al2O3陶瓷应变率效应同步辐射CT 碎片形貌

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Al2O3陶瓷动静态压缩下碎片形貌与破坏机理分析

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作者：谈瑞西南交通大学

学位级别：硕士

AlO陶瓷具有烧结性能良好、制品尺寸稳定、表面光洁度高等优点,在工业生产、军工建设、航空航天等领域中有广阔的应用前景。由于其以相对低廉的制造成本却能提供较好的防御能力,因而被广泛应用于不同尺寸的弹道导弹材料及各类装甲车辆... 详细信息

AlO陶瓷具有烧结性能良好、制品尺寸稳定、表面光洁度高等优点,在工业生产、军工建设、航空航天等领域中有广阔的应用前景。由于其以相对低廉的制造成本却能提供较好的防御能力,因而被广泛应用于不同尺寸的弹道导弹材料及各类装甲车辆、飞行器等重要部位的防护,在国防工业领域得到了重点关注。AlO陶瓷在此类应用中往往需要经受冲击载荷的作用。为探究AlO陶瓷在不同加载条件下的力学响应和损伤机理,更好地揭示应变率效应的微观机理,本论文对陶瓷试样进行了准静态和动态压缩实验,并对其进行了原位及离位表征。破坏模式的改变最终导致陶瓷材料在高应变率下的应变率敏感性显著提高。主要工作如下:(1)利用材料实验机和分离式霍普金森压杆分别对AlO陶瓷进行准静态和动态压缩实验。准静态加载下的宏观强度数据表明,AlO陶瓷的抗压强度符合Weibull分布,并且与加载应变率呈现指数型上升关系,即随着应变率的增加,AlO陶瓷在高应变率加载下表现出显著的应变率敏感性。(2)利用原位光学成像和数字图像相关技术对AlO陶瓷在准静态和动态加载下损伤破坏过程进行实时观测。动静态加载下裂纹的成核与扩展存在明显差异。准静态加载时试样中形成的劈裂裂纹较少,且倾向于沿加载方向传播并贯穿试样。而动态加载时劈裂裂纹数量增加并发生相互作用,在传播过程中形成分叉而产生大量次生裂纹,试样内裂纹密度更高。通过数字图像相关方法获得了AlO陶瓷在准静态和动态加载下的应变场,表明拉伸破坏是导致陶瓷试样失效的主要原因。(3)借助扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,简称SEM)对回收试样碎片的二维形貌和断口特征进行表征分析。SEM照片显示在准静态加载时初始裂纹附近易发生沿晶断裂,而动态加载时微裂纹以穿晶断裂为主。值得一提的是,动态加载下的碎片表面比准静态加载下的碎片表面更加光滑。(4)基于同步辐射CT对碎片的三维形貌进行表征。准静态加载会产生更多细长或扁平状的碎片。高应变率加载产生的碎片形状相比于准静态加载下更加接近球形。碎片的球形度、凸度、伸长指数和扁平指数的平均值随应变率对数线性增加。碎片形貌随应变率的变化规律与宏观力学性能一致。

关键词： Al2O3陶瓷应变率效应同步辐射CT 碎片形貌数字图像相关方法

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