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陶瓷材料高应变率形变测试技术

江岸
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楼主 发表于:2019-09-17 10:47:31
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陶瓷材料的性能不仅与材料的自身特性有关,同时也与施加在材料上的外加载荷的加载速度、环境温度和形变程度有关。其中材料的加载应变率便是一个决定因素。不同加载应变率下材料所反应的性能可能截然不同。


应变指的是材料在外力作用下的变形程度,应变率即为材料变形速度的快慢。应变率在102-104/s的范围属于高应变形变范畴。常用的陶瓷材料高应变率形变测试技术有侵彻深度测试、盘撞击测试、动态压痕测试、分离式霍普金森压杆测试、泰勒撞击实验等方法。



侵彻深度测试技术


侵彻深度测试(DOP)是Bless等人为测试材料高应变率载荷下性能设计的方法。测试时陶瓷材料需制备成薄平板,放置于方形铝/钢质块体上,采用子弹射击。目前此实验技术已成为装甲材料抗单测试的标准方法。


侵彻深度测试(DOP)技术示意图


虽然该技术广泛应用于陶瓷材料高应变率性能的等级评价,但仅限于不同材料在同一种子弹下的测试对比。且测试后冲击区域损坏不能用来分析,实验结果也只能表明材料抵抗特定冲击的变形情况,不能用于冲击过程、显微结构及力学性能的分析。


盘撞击测试技术 


盘撞击测试技术由Hazell等人设计,使用一个高速盘在不同速度下撞击材料并通过测试应力波数据计算雨贡纽弹性极限(HEL)。雨贡纽弹性极限是应力和速率曲线中动态弹性行为极限,类似于在应力-应变曲线中的屈服强度。


 盘撞击测试技术示意图 


该技术也可测试试样在子弹速度下的压缩性能。类似于DOP实验,测试后试样碎裂无法进行后续测试表征。但可提供准确的参数供高应变率变形模拟使用。


分离式霍普金森压杆测试技术 


分离式霍普金森压杆技术是将试样夹在入射杆和输入杆的中间,通过高速的撞击杆击打入射杆产生压缩入射波后传递给试样测试材料在高应变率载荷作用下的抗压强度。


动态压痕测试技术 


动态压痕测试方法分为两种:动态维氏硬度压痕测试和小型子弹压痕测试。此技术是Koeppel和Subhash等人以霍普金森压杆实验为基础改变而来,维氏硬度压头被放置在入射杆顶端并在另一段放置动量收集装置防止多次压痕产生。测试后根据静态维氏硬度压痕法计算出动态载荷载荷下材料的硬度和韧性。此技术可对比不同应变率载荷下材料的形变特征。


动态压痕测试技术示意图 


泰勒撞击实验 


该方法由Taylor首次提出,用于测试材料动态屈服强度。测试时,材料需制备成圆柱状并快速撞击平面铁盘。测试过程中,材料应变率的大小可以通过调节发射速度实现。泰勒撞击实验设备简单,但在应用初期需要根据撞击后材料的变形尺寸等参数进行定量计算,因此无法应用于脆性材料的动态力学性能测试,且在测试高硬度材料时,撞击用的铁制平板易变形或损坏导致测试结果失真。


参考资料:

龚江宏. 陶瓷材料断裂韧性测试技术在中国的研究进展

任小彬. 材料冲击拉伸试验的若干问题探讨

胡时胜. 一种用于材料高应变率试验的装置

胡一文. SEVNB法测试陶瓷材料断裂韧性研究

卢芳云. 霍普金森杆实验技术

肖汉宁. 高性能结构陶瓷及其应用

赵鹏铎. 分离式霍普金森压剪杆实验技术及其应用研究

高云飞.氧化铝、碳化硅及其复相陶瓷高应变形变率研究


gaosu0410
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gaosu0410 发表于:2019-09-24 11:40:21
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