- 研究背景
现代战争中空袭作战的地位和作用越来越突出。已成为决定整场战争胜负的重要因素。防空战斗部中破片式战斗部具有结构简单、制造成本低、杀伤半径大、摧毁目标能力好、对各种作战条件适应性强等优点,该战斗部越来越受到各国的重视【1】。钨锆合金是一种典型的含能结构材料。该类材料在室温条件下相当稳定,且具有较高的强度;而在冲击载荷作用下,钨锆合金中锆基元素因受冲击而诱发化学反应,释放出大量的热量。利用该特性制成的钨锆合金破片,即可利用其强度来侵彻贯穿目标,又可利用其释能特性对目标产生附加的毁伤,最终显著提高破片对目标的毁伤效果【2】。该材料可以很好的应用于破片式战斗部的原因是是该材料在终点弹道方面具有其它材料不具备的特点,主要表现为:钨锆合金破片在穿甲过程中破片基本保持完整,穿过靶板后形成具有一定飞散角的碎片群,碎片可以继续攻击靶后目标,形成再次毁伤【3】。钨锆合金具有巨大的潜在应用前景,因而受到人们的广泛关注。所以研究W基合金破片动态本构及穿靶毁伤过程对国防工业具有重要意义。
- 材料的动态力学性能
1、冲击载荷下材料的力学性能
在航空、航天、加工成型、爆破、安全防护及其它军事和民用领域中,物体的结构和材料经常遇到像爆炸、高速碰撞、地震等瞬间作用力这类的动态载荷。在冲击载荷下,材料表现出与静态或准静态载荷作用时不同的力学性能。在持续短暂时间的强载荷作用下,材料会发生变形和破坏,相应的组织结构和性能也会发生永久性的变化。冲击载荷下材料的变形行为,表现为变形同应力、应变率(应变随时间的变化率)、温度、内能等变量之间的复杂关系,包括屈服应力(见屈服条件)和流动应力的应变率致应、温度效应及应变率的历史效应等等。
2、本构关系的定义和钨锆合金的本构模型
(1)本构关系:本构关系是描述材料力学性能相关量的数学表达式,而且不同材料在不同条件下用不同本构关系来描述材料力学性能【4】。通俗地讲,本构关系即是应力张量与应变张量的关系,指将变形的应变张量与应力张量联系起来的一组关系式,又称本构方程。注意:即使是同一种材料,因处理工艺的不同,其本构模型也不尽相同。
(2)钨锆合金的本构模型的确定:一维弹脆性损伤本构模型
钨锆合金材料为偏脆性材料,当钨锆合金试件在外界力的作用下,其内部产生缺陷并不断扩展而劣化,当累积到一定程度后发生破坏,且发生在弹性阶段,选用一维弹脆性损伤本构模型【5】描述该材料的动态力学特性。 由损伤力学的理论(知),弹脆性材料在一维应力条件下的损伤本构方程:
sigma;=Eε(1-D)
式中:sigma;为材料的应力;ε为材料的应变;E为弹性模量;D为损伤变量。
损伤变D表示在加载过程中材料由于微裂纹及空隙的聚集而导致材料渐进破坏的行为。对不同材料和条件,损伤变量D可以有多种表达方式,而最常用的是用应变表示。对W—zr合金材料,实验采用与应变有关的损伤变量,可定义:
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