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锆的低压冲击相变特性研究

李英华  
【摘要】:相变是冲击波物理研究的一项重要内容,金属锆(Zr)在较低冲击压力下会发生α→ω相变,但对锆的α→ω相变压力报道差别较大,相关实验数据有限,有较高的科学研究价值。本论文选择有一定杂质含量的国产纯锆(氧含量520ppm),通过实验与数值计算相结合的方法,开展了此冲击相变特性研究。 本文在轻气炮加载下,测量了不同冲击压力下锆的自由面粒子速度剖面,剖面内包含冲击相变与损伤断裂的复杂信息。研究发现:锆的α→ω相变起始压力随加载强度提高而增大;在相同加载强度下,相变起始压力随材料纯度升高而降低,与文献报道锆的α→ω冲击相变压力对杂质含量(尤其是氧)敏感的结论一致。此外,本文测量了锆的冲击波速度和波后粒子速度,验证了LANL冲击压缩数据的适用性。文中还采用MTS与SHPB加载装置,测量了α锆和ω锆的应力~应变曲线,拟合得到了锆的两个相的Johnson-Cook本构参数。 此外,文中还利用现有的考虑剪切效应及塑性流动与相变耦合的动力学模型(见张林.延性材料冲击响应—动态损伤与断裂、结构相变的新模型.博士学位论文.北京:中国工程物理研究院.2005)对锆的冲击相变实验进行数值模拟,计算曲线能够反映实验结果的基本特征,并支持相关实验结论。对峰值压力4.3GPa和5.1GPa两发含有层裂信息的计算结果与实验符合较好,验证了本文Johnson-Cook本构拟合参数和动态损伤、断裂参数取值的合理性。


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