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材料可压理论:理论与应用探讨

时间:2023-07-01 理论教育 版权反馈
【摘要】:假设活性毁伤材料和靶板材料为不可压材料,试样与靶板碰撞前后,材料密度均不发生变化。假设试样和靶板材料均为不可压时,ξ1=ξ2=1,上述计算冲击过程各参量的方程变为材料不可压假设中的形式。图5.39碰撞应力与撞击速度关系以不同速度撞击不同材料靶板时,基于材料可压和不可压假设获得的试样撞击应力如图5.39所示,撞击速度为500 m/s时在两种假设下计算所得应力及相对误差如表5.5所示。

材料可压理论:理论与应用探讨

假设活性毁伤材料和靶板材料为不可压材料,试样与靶板碰撞前后,材料密度均不发生变化。但事实上,PTFE/Al活性毁伤材料试样高速碰撞LDPE靶和铝靶后,靶板压缩变形显著,尤其是低密度、低强度的LDPE靶,受试样材料高速碰撞后作用点附近的靶板材料被明显压缩,这说明在高速碰撞条件下,需考虑靶板和试样材料的可压性以及密度变化。

考虑材料可压性时,靶板和试样碰撞过程如图5.37所示。碰撞前,试样和靶板中的应力、密度和粒子速度分别为σ10=0、ρ10、U10=v和σ20=0、ρ20、U20=0,试样以速度v向靶板运动并与之撞击。碰撞后,试样内压缩波以速度vS1向试样尾部传播,靶板内压缩波以速度US2向靶板背部传播。试样和靶板压缩区内应力、密度和粒子速度分别为σ1x、ρ1x、U1x和σ2x、ρ2x、U2x。未被压缩的试样继续以速度v向靶板运动,未被压缩的靶板保持静止。

图5.37 可压假设下正碰撞过程

对于试样,根据质量和动量守恒有

对于靶板,根据质量和动量守恒有

试样和靶板压缩区内粒子速度和应力为

式中,ξ1101x、ξ2202x分别为试样和靶板材料压缩前后的密度比。

在界面处,粒子速度和应力连续:

结合试样与靶板材料状态方程,即可获得不同撞击条件下,试样与靶板材料密度、应力、应变率等参量。

假设试样和靶板材料均为不可压时,ξ12=1,上述计算冲击过程各参量的方程变为材料不可压假设中的形式。(www.xing528.com)

长度为L的试样碰撞时应变率为

基于以上分析,通过改变试样撞击速度、靶板材料和试样长度均可改变试样碰撞应力和应变率。PTFE/Al、45钢、2024铝及LDPE等材料参数如表5.4所示,不同撞击速度下活性毁伤材料、靶板密度变化如图5.38所示。

表5.4 试样和靶板材料参数

图5.38 不同撞击速度下PTFE/AI和靶板材料密度变化

图5.38 不同撞击速度下PTFE/AI和靶板材料密度变化(续)

ξ1和ξ2分别为碰撞过程中试样材料和靶板材料的实际密度与理论密度比,从图中可以看出,在0~500 m/s的碰撞速度范围内,试样和靶板材料密度比的变化均很明显。对于钢靶,随速度从0 m/s增加到500 m/s,靶板密度比从1减小到0.98,而试样密度比从1减小到0.82,表明不同速度碰撞条件下高强度钢靶密度变化较小,而活性毁伤材料密度变化较大。对于铝靶,速度从0 m/s增加到500 m/s,靶板密度比从1减小到0.97,而试样密度比从1减小到0.83。与钢靶相比,铝靶密度压缩性增加,试样密度压缩性降低。对于LDPE靶板,试样和靶板密度比变化范围分别为1~0.91和1~0.89,靶板压缩性进一步增加,试样压缩性有所降低。

图5.39 碰撞应力与撞击速度关系

以不同速度撞击不同材料靶板时,基于材料可压和不可压假设获得的试样撞击应力如图5.39所示,撞击速度为500 m/s时在两种假设下计算所得应力及相对误差如表5.5所示。对于2024铝靶和LDPE靶,两种假设下碰撞应力-撞击速度曲线基本重合,即材料不可压假设对碰撞应力影响较小;而对45钢靶,材料不可压假设下碰撞应力明显更小,误差较大。

表5.5 撞击速度为500 m/s时碰撞应力及相对误差

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