固體材料的動力學性質，爆炸或衝擊等短時載荷作用下材料所發生的變形和破壞的性質。
基本介紹
- 中文名：固體材料的動力學性質
- 套用：高錳鋼的爆炸硬化和奧氏體反磁鋼的爆炸強化
表現為變形同應變、應變率（應變隨時間的變化率）、溫度或內能、壓力等變數之間的複雜關係，可用各種本構方程來描述。爆炸或衝擊等動載荷一般會引起材料發生巨觀的塑性變形及微觀組織的特殊變化（如動態相變等），其中有些變化是不可逆的。通常根據在動載荷作用下材料的質點速度v和屈服強度σy的不同，可把動載荷分為以下三種，所引起的材料變形和破壞行為也有所不同：①低速衝擊載荷。ρv2/σy為10−3～10−2（ρ為材料的密度）。介質變形量不大，時效現象明顯，可用等溫近似處理；而體積變化並不明顯。②中速衝擊載荷。ρv2/σy為10～102。介質發生有限彈塑性變形，時效、熱與機械功的耦合都比較明顯；還需要考慮體積變化。③高速衝擊載荷。ρv2/σy超過102。不僅發生大的畸變，體積變形也很嚴重，且與熱效應互相耦合。動態變形 有如下幾種：中低速衝擊載荷下的材料變形 材料表現出以下幾方面的應變率和溫度效應和其他時效。①屈服應力隨應變率的增大而增大。高應變率情況下，載荷雖已超過屈服應力，但屈服現象並不立即出現，稱之為屈服滯後。②流動應力隨應變率的增大而增大。③材料對過去所發生的應變率歷史不會立即忘掉。即使應變率發生躍變，應力和應變的狀態將從老應變率下的應力–應變曲線上的點連續地向新應變率下的應力–應變曲線的方向發展（圖1，γ2、γ1為應變率）。④彈性前驅波的波速保持恆值，但波幅卻隨傳播距離而衰減，且在波峰後出現應力降低（鬆弛）的部分。高速衝擊載荷下的材料變形 高速衝擊載荷作用下，材料的畸變和體積變化都很大。載荷作用處附近及早期，以體積變形為主；而晚期或在遠處，則以畸變為主。20世紀60年代發展出一類流體彈塑性體本構關係，可近似描述衝擊的全部變形過程。方法是把變形視為畸變和體積變化兩部分之和。畸變部分的行為可採用小彈塑性變形的本構方程，並考慮到中低速衝擊載荷下的變形特點來描寫。體積變形部分的行為通常採用以內能、比容（比體積）和壓力為參量的高壓狀態方程來描述。米·格呂內森方程是最常用的一種，即：式中p為壓力，V為比容，E為內能，Г為格呂內森係數，pc和Ec是反映晶體點陣的冷壓和冷內能，該方程適用於σy%p1011帕。更高的壓力下，有托馬斯–費米方程等。動態破壞 爆炸或衝擊載荷作用下，除了因大的塑性變形而引起的開坑、鼓包等破壞形態，還有如下一些特殊形態和效應。絕熱剪下帶 大的塑性變形區中存在一些白色亮帶，稱為絕熱剪下帶。這是由於在極高的應變率（大於106秒−1）下，局部大塑性畸變產生的熱來不及傳輸出去，使變形加劇而形成的。有時絕熱剪下帶有斜交的裂紋伴生。崩落 受衝擊的材料中傳播的壓縮應力波到達自由表面時，會反射形成拉伸應力波，使自由表面附近發生斷裂而引起崩落現象（圖2）。動態脆性 由於應變率的增大，屈服應力和流動應力相應地提高，使塑性變形區縮小，導致材料的脆化和斷裂韌性的下降。遺留效應 材料的組織結構和性能在卸載以後依然留下了永久性的變化，如不可逆的相變、顯微結構和性能的變化等。已經在生產中得到廣泛套用的高錳鋼的爆炸硬化和奧氏體反磁鋼的爆炸強化就是利用這些特點開發的技術。
