兩類新型納米結構金屬的彈道性能和斷裂行為的數(shù)值模擬.pdf

1、近年來，先進結構材料由于應用廣泛而備受關注。一些結構材料，例如陶瓷材料，凱夫拉/樹脂復合材料，碳納米管復合材料等在靶板應用方面已被大量地研究和優(yōu)化。除了這些優(yōu)質的結構材料外，納米結構材料由于具有超高力學性能也備受關注。本文的研究對象是兩類新型納米結構金屬，即雙模態(tài)金屬和納米孿晶增強的粗晶金屬，目標是探究其彈道性能和斷裂行為。
　　雙模態(tài)金屬材料被證明具有高的拉伸強度以及好的延展性，此外，其彈道性能也十分優(yōu)異。本文的數(shù)值模擬基于Jo

2、hnson-Cook斷裂模型，主要探究微結構特征（粗晶區(qū)域的分布方式和形狀）對雙模態(tài)金屬銅彈道性能的影響。本文還考慮了納米晶的本構和失效參數(shù)以及邊界條件對其彈道性能的影響。數(shù)值模擬表明，要提高雙模態(tài)金屬銅的彈道性能，粗晶區(qū)域應均勻分布于納米晶相中。一般地，對于相同的分布方式，在垂直于沖擊方向上，粗晶區(qū)域投影較長的微結構具有更好的彈道性能。在本文的計算框架之中，不考慮靶板對彈體的磨蝕，結果顯示相對于材料強度，微結構的彈道性能更依賴于材料的

3、韌性。關于邊界條件的研究顯示，有約束條件下的微結構的彈道性能好于無約束條件下微結構的彈道性能。
　　納米孿晶增強的粗晶銅具有高的強度和好的韌性。納米孿晶使其具有高強度，而它好的韌性歸功于粗晶相的存在。本文主要探究納米孿晶間距，孿晶區(qū)域分布和孿晶區(qū)域形狀對納米孿晶增強的粗晶銅的彈道性能的影響。結果顯示，較小的納米孿晶間距和均勻分布的納米孿晶區(qū)域有利于提高彈道性能。而納米孿晶區(qū)域形狀對彈道性能的作用是受孿晶間距影響的。此外，本文還將其

4、彈道性能和單一相粗晶結構的彈道性能做了對比。結果表明，納米孿晶區(qū)域陣列規(guī)則排列的微結構相對于單一相粗晶結構，具有較大的極限速度和較小的相對變形。
　　本文之前對納米結構材料的斷裂研究，采用的都是單元刪除法，這種方法沒有考慮兩相材料間的界面性質。為了更好地研究雙模態(tài)金屬銅的斷裂行為，本文引入內聚力有限單元法，探究在拉伸載荷的作用下，內聚力單元強度和微結構特征對其影響。數(shù)值結果表明。當粗晶相和納米晶相中內聚力單元的強度均達到某個水平以