PDF《高压屈服强度测量方法比较研究》

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4 0 C

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0 2 ) 作者简介:俞宇颖(

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7 6―) , 男, 博士, 副研究员, 主要从事冲击波物理研究. E - m a i l : y u y i n y u @2

1 c n . c o m

2 高压屈服强度测量方法 2.

1 A C方法 根据一维应变冲击状态, 屈服强度Y 与上、 下屈服应力σ+ x 和σ- x 存在如下关系 σ + x -σ - x =

4 3 Y (

1 ) 据上述关系, A s a y和Chhabildas提出了通过测量上、 下屈服面的轴向应力来得到屈服强度的方法( 简 称为 A C方法) [

2 ] , 也称为双屈服面法或自洽法.采用该方法仅进行沿冲击波传播方向轴向应力的测量 即可得到屈服强度, 而不依赖于静水压线.A C 方法是目前应用于材料高压屈服强度测量的主要实验 方法之一, 美国S a n d i a实验室运用该方法已进行了铝、 钨、 钽、 铍和陶瓷等诸多材料在1

0 0G P a冲击压 力范围内的强度测量[

6 ] .在具体实施中, 该方法需要进行冲击加载 - 再加载和冲击加载 - 卸载实验, 分别 使样品材料进入上、 下屈服面, 并在通过下式计算得到剪应力的基础上获得屈服强度[

2 ] τ c +τ H =-

3 4 ρ

0 ∫ ε

1 ε H c

2 L -c

2 ( ) B d ε 卸载 τ c -τ H =

3 4 ρ

0 ∫ ε

2 ε H c

2 L -c

2 ( ) B d ε ì ? í ? ? ? ? 再加载 (

2 ) 式中: ρ

0 为材料密度, c L 和c B 分别为拉格朗日纵波和体波波速, τ c 为屈服面上的剪应力( 称为临界剪应 力) , τ H 、 ε H 分别为一次冲击终态( 即Hugoniot态) 所对应的剪应力和工程应变, ε

2、 ε

1 分别代表进入上、 下屈服面时的工程应变.该方法定义的屈服强度Y=2 τ c, 而不是2 τ H . 2.

2 横向应力计方法( L S G) 根据一维应变冲击状态及其 M i s e s或Tresca屈服准则, R o s e n b e r g等[

3 ] 提出了横向应力计强度测 量法, 即同时测得沿冲击波传播方向的纵向应力σ x 和垂直于冲击波传播方向的横向应力σ y( 或σ z) , 可 由下式计算得到屈服强度 Y =2 τ= σ x -σ y (

3 ) 应该指出, 由于纵向应力和横向应力均对应于 H u g o n i o t态( 即应力峰值平台) , ( 3) 式中的剪应力实际 上是 H u g o n i o t态的剪应力τ H , 此时屈服强度Y=2 τ H . 目前, 英国的 AWE和美国的 L o sA l a m o s实验室运用横向应力计法, 进行了多种典型金属和非金 属材料的屈服强度测量[

7 ] .受应力计本身适用范围的影响, 该方法的实验压力通常不超过2 5G P a . 2.

3 压-剪方法( P S ) 压-剪方法主要是对待测样品进行斜撞击, 同时产生纵向和横向冲击波, 通过测量纵向和横向速度 波剖面来直接获得屈服强度Y 及其对应的法向应力σ [ 8] Y =

2 τ=2 ρ

0 c S u S (

4 ) σ= ρ

0 c L u L (

5 ) 式中: ρ

0 为材料密度, c L 和c S 分别为拉格朗日纵波和横波波速, u L 和u S 分别为纵向和横向粒子速度. 除传统气炮 加载外, 最近美国Sandia实验室报道了一种利用预加磁场的磁驱动压-剪技术(MagneticallyA p p l i e dP r e s s u r e - S h e a r , 简称 MA P S ) , 用于测量材料的屈服强度[ 9] .该方法通过测量处 于弹性应变状态的单晶 A l 2O

3 窗口材料的法向速度和切向速度, 从而得到样品的屈服强度. 相比于单一冲击波加载而言, 压-剪法能够对压力和应变率在一定程度上进行解耦, 获得的数据有 利于强度模型的构建.但由于受飞片/样品材料碰撞界面动态摩擦力或窗口材料强度的限制, 压-剪法 实验压力的范围一般不超过2 0G P a . 2.