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刚性球斜冲击下延性靶动态响应研究

作　者: 邬备民
导　师: 唐国金
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 力学
关键词: 冲击载荷界面法向响应界面切向响应滑移、粘附和犁沟有效冲击摩擦系数
分类号: O347.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 27次
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内容摘要

本文从理论上对冲击载荷作用下界面的法向响应和切向响应进行分析,并紧密结合较高冲击速度下滑移、粘附和犁沟现象的实验研究,建立了斜冲击动态响应模型。针对已有的模型基于简单连续滑移理论,并假设法向平均应力和有效冲击摩擦系数均为常数的不足,本文提出了法向平均应力和有效冲击摩擦系数均为过程的函数新研究方法。所建立的界面法向响应方程考虑弹性以及依赖于应变、应变率和温度的全塑性接触。用J-C本构模型来描述冲击过程中材料动态特性的影响,并引入平均应变、平均应变率和最大温升等参与计算。经改装的分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置的驱动部分用于斜冲击实验。分析了弹丸与靶在不同条件下发生滑移、粘附和犁沟效应的可能性。把冲击陷坑区分为自由冲击和受约束冲击不同的情况。提出了一种与冲击磨损有关的有效摩擦系数,它被定义为冲击过程中每一瞬间,切向有效摩擦力与法向载荷之比。有效摩擦力被表示为剪切项与犁沟项之组合,剪切项依赖于剪切金属接合点的状态—滑移或滚动,犁沟项依赖于冲击物在冲击途中使靶材料发生移动的状态。在忽略剪切项仅计及犁沟项的情况下,Hutchings实验中的有效冲击摩擦系数是冲击过程与初始冲击角的函数。本文从时间平均的角度出发,拟合计算与实验结果所得到的摩擦系数,处于Hutchings模型中摩擦系数常值0.05和Sundararajan模型中摩擦系数常值0.1之间;并且分析了与固粒延性冲蚀有关的刚性球自由斜冲击延性靶问题,冲击坑陷表面的实验分析表明,有效摩擦系数主要由犁沟效应确定。

全文目录

摘要  10-11
ABSTRACT  11-13
第一章绪论  13-23
  1.1 论文选题的相关背景  13
  1.2 国内外研究进展  13-21
    1.2.1 冲击中的接触  13-16
    1.2.2 冲击中的摩擦系数  16-20
    1.2.3 研究冲击的实验  20-21
  1.3 本文的主要研究工作  21-23
第二章斜冲击条件下界面的法向和切向响应研究  23-39
  2.1 法向响应的相关理论基础  23-30
    2.1.1 弹性接触的Hertz理论  23-26
    2.1.2 物体间的弹性撞击  26-27
    2.1.3 物体间的弹塑性接触  27-30
  2.2 斜冲击条件下的法向响应  30-34
    2.2.1 冲击条件下的应变、应变率和温度变化  31-32
    2.2.2 冲击过程中材料的本构关系  32-33
    2.2.3 斜冲击过程的界面法向响应描述  33-34
  2.3 冲击条件下界面的切向响应与摩擦机理  34-38
    2.3.1 早期的摩擦理论  34-35
    2.3.2 摩擦的粘着理论  35-37
    2.3.3 冲击条件下的摩擦  37-38
  2.4 本章小结  38-39
第三章冲击实验与陷坑表面观察  39-52
  3.1 冲击条件下粘附与滑移现象的理论描述  39-40
  3.2 冲击实验  40-44
    3.2.1 SHPB的改装  40-43
    3.2.2 实验试件  43-44
    3.2.3 实验过程  44
  3.3 实验结果与分析  44-48
  3.4 有效冲击摩擦系数  48-50
  3.5 本章小结  50-52
第四章刚性球斜冲击延性靶过程的数值分析  52-63
  4.1 新的斜冲击界面动力学模型  52-55
  4.2 计算实例  55-62
  4.3 本章小结  62-63
第五章考虑摩擦的斜冲击数值软件模拟  63-71
  5.1 数值模拟软件的基本原理  63-64
  5.2 界面处理  64-66
    5.2.1 滑移—粘附的判别  64-65
    5.2.2 严重损伤的识别  65-66
    5.2.3 严重损伤时断裂问题的处理  66
  5.3 数值实例  66-70
    5.3.1 不同入射角斜冲击数值结果及分析  67-69
    5.3.2 不同摩擦因数下斜冲击的数值结果及分析  69-70
  5.4 本章小结  70-71
第六章结论及展望  71-73
致谢  73-74
参考文献  74-79
作者在学期间取得的学术成果  79

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