《爆炸載入柱殼剪下斷裂演化過程主控應力機制研究》是董新龍為項目負責人，寧波大學為依託單位的聯合基金項目。
基本介紹
- 中文名：爆炸載入柱殼剪下斷裂演化過程主控應力機制研究
- 項目類別：聯合基金項目
- 項目負責人：董新龍
- 依託單位：寧波大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
爆炸載荷作用下金屬柱殼的剪下型斷裂的發生及單旋破壞現象受到載荷、材料、結構幾何及尺寸特徵等諸多因素影響，引起廣泛關注。本申請擬對爆轟載入下金屬柱殼中單旋型剪下斷裂的萌生、裂紋傳播、以及剪下裂紋貫穿後柱殼的滑移碎裂過程進行分析，獲得柱殼特徵應力分布隨其膨脹/壓縮進程的變化關係。結合實驗，對作為剪下裂紋前驅的多重絕熱剪下帶的生成和演化、剪下帶發展為剪下裂紋、多重剪下裂紋的擴展和演化等的物理條件進行識別；結合二維或三維數值分析，對爆炸載入下柱殼剪下斷裂過程的各個階段進行劃分和定義，提出柱殼變形過程中描述剪下帶（或裂紋）的行為以及剪下帶（或裂紋）附近局部卸載區應力場的物理限制條件或模型建議。本研究對於金屬柱殼破壞規律理解、結構的可靠設計與理論分析具有重要意義。
結題摘要
金屬圓管作為一種軸對稱結構是武器戰鬥部中套用最廣泛、最具代表性的構型，其爆炸膨脹碎裂過程及其破壞機理的受到動態破壞研究及軍事領域的關注。早期，基於拉伸斷裂假設提出 的“Taylor斷裂判據”，由於存在拉剪混合斷裂等其它破壞方式，回收的試件並不能很好的支撐“Taylor斷裂判據”。國內中國工程物理研究院胡海波、湯鐵鋼等實驗揭示金屬柱殼存在剪下及單旋剪下斷裂模式，且具有取向的絕熱剪下帶自組織單旋特徵。直接採用動態巨觀熱塑性本構的溫度失穩機制對柱殼爆炸剪下失穩起始和形成進行有限元模擬，無法描述實驗結果，存在問題。本項目開展金屬柱殼外爆破壞特性及其數值模擬方法研究，主要工作包括：（1）金屬柱殼外爆破壞的實驗測試分析，並對試樣碎片的巨觀特徵、微觀損傷、絕熱剪下帶及裂紋起始及傳播特徵開展觀測，結果顯示金屬柱殼膨脹破壞存在多種破壞模式。45鋼及TC4鈦合金柱殼雙剪下與單旋剪下斷裂受材料及試樣剪下局域化演化過程影響。（2）設計帽型剪下及壓縮試樣對金屬材料絕熱剪下帶起始、擴展問題開展系列實驗研究，測試分析了剪下帶形成、發展過程的溫度、應變局域化演化特性；研究結果顯示TA2、TC4鈦合金絕熱剪下起始時絕熱溫升低於390K，揭示材料熱軟化可能不是絕熱剪下帶起始及擴展的控制因素；採用剪下軟化模型實驗表征了絕熱剪下形成、擴展的軟化特性，計算與實驗結果吻合較好。（3）採用實驗及有限元結合的方式系統探討了金屬柱殼外爆剪下斷裂模形成及影響因素，結果顯示：爆轟作用下載荷特徵及機加工缺陷（切削紋或殘餘應力）等會導致柱殼界面不穩定發展，進一步會引起變形局域化演化是剪下破壞的主控機制。並進一步探討了爆炸載荷特性、幾何缺陷、切削殘餘應力特徵等對柱殼膨脹斷裂破壞模式轉變影響的規律。有限元分析揭示：不僅僅應變率及材料強度（Grady-Kipp公式），材料絕熱剪下帶內的軟化特性也影響剪下自組織間距特徵。另外，在一定條件下，缺陷分布周期特徵控制碎片（絕熱剪下帶間距）尺寸。這些為金屬柱殼破壞規律理解及數值模型建立提供了重要參考，具有學術及套用意義。
