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硅碳棒在不同加载条件和微结构下的变形

2021-09-04 16:58:32     点击:

    硅碳棒作为重要的陶瓷和半导体材料,在国防军工、航空航天等应用领域和高压物质科学等方面具有重要的应用研究和科学价值。本又对动加载下硅碳棒的变形、损伤和破坏等物理力学行为和特性研究进行了梳理,分别从实验研究和计算模拟角度概述了硅碳棒在不同加载条件和微结构下的变形与破坏行为研究进展,总结归纳了硅碳棒材料动态响应相关研究的若干现存问题,并展望了该领域内几个重要的发展方向,以期为相关群体的研究工作提供有益参考。现代化国防军工和航空航天等国家战略领域的发展与先进材料的进步密不可分。在轻量化、高性能等要求下,陶瓷材料扮演着十分重要的角色。陶瓷材料通常具有高熔点、高硬度、高比强度、高耐磨性和耐氧化等优异的物理和力学特性,在恶劣的服役环境中,如航空航天设备、空间站设备、卫星器件、车辆装甲乃至单兵盔甲防护等领域,具有得天独厚的优势,拥有广阔的发展前景。与此同时,极端服役环境中常见的高温、高压、高应变率现象也催生了对重要工程材料在动态荷载下的物理和力学性能研究。事实上,材料或结构的冲击动力学行为研究自第二次世界大战以来空前活跃,相关研究也日益深人。发展至今,人们对许多材料在动荷载下的响应研究都形成了一定的积累。然而,这些研究受各时期社会工业技术水平、实验技术手段、计算模拟方法以及高性能计算机发展等的限制而存在一定的不足。随着人类在地表活动范围的扩大以及向外太空探索能力的提高,对地球内核、外太空星系物质以及未来能源的研究更加迫切,对极端高温高压和高应变率现象的研究兴趣与日俱增。(超)高速碰撞行为、(超)高应变率现象广泛存在,例如高速行驶汽车及高铁的碰撞、装甲的侵彻、航空航天飞行设备的碰撞、星际物质的碰撞以及各种类型的爆等。冲击或碰撞速度可达每秒数百米甚至数千米,在太空环境中更高,能够达到10 km/s以上服役环境温度可从数百摄氏度增加到上千摄氏度甚至更高。实现极端条件(如高压、高温、高应变率或高速率)的加载方式包括多级轻气炮匡、磁驱动装置、激光驱动发射装置等,例如:美国圣地亚国家实验室的磁驱动z机器、中国工程物理研究院的磁驱动装置CQ系列、美国国家点火装置(NIF)6以及中国工程物理研究院的聚龙一号”和“神光=mo等装置。其中:霍普金森压杆装置和轻气炮驱动的平板冲击装置是最常见的动态加载实验设备,可实现每秒数十米至数千米的高速发射,常用于研究变率为106 s以下的问题;而激光脉冲加载装置可实现107 s以上的高应变率加载。在这些极端高速加载或高温高压和高应变率荷载作用下,材料的物理和力学性质往往会发生显著改变。利用不同的动态实验设备可实现材料在动态压缩。www.zbqunqiang.cn


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