爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变

郭昭亮 范诚 刘明涛 任国武 汤铁钢 刘仓理

郭昭亮, 范诚, 刘明涛, 任国武, 汤铁钢, 刘仓理. 爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 1072-1079. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1072-08
引用本文: 郭昭亮, 范诚, 刘明涛, 任国武, 汤铁钢, 刘仓理. 爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变[J]. 爆炸与冲击, 2017, 37(6): 1072-1079. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1072-08
Guo Zhaoliang, Fan Cheng, Liu Mingtao, Ren Guowu, Tang Tiegang, Liu Cangli. Fracture mode transition in expanding ring and cylindrical shell under electromagnetic and explosive loadings[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 1072-1079. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1072-08
Citation: Guo Zhaoliang, Fan Cheng, Liu Mingtao, Ren Guowu, Tang Tiegang, Liu Cangli. Fracture mode transition in expanding ring and cylindrical shell under electromagnetic and explosive loadings[J]. Explosion And Shock Waves, 2017, 37(6): 1072-1079. doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1072-08

爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变

doi: 10.11883/1001-1455(2017)06-1072-08
基金项目: 

国家自然科学基金项目 11172279

详细信息
    作者简介:

    郭昭亮(1984—),男,博士研究生, 助理研究员

    通讯作者:

    范 诚,fancheng@caep.cn

  • 中图分类号: O347.3

Fracture mode transition in expanding ring and cylindrical shell under electromagnetic and explosive loadings

  • 摘要: 考虑断面收缩率、局域断裂应变以及平均断裂应变,并基于电磁膨胀环、爆炸膨胀环(柱壳)实验平台,研究了高纯无氧铜(TU1)环及柱壳在高应变率载荷下的膨胀断裂行为。采用高速摄影技术拍摄柱壳外壁的膨胀断裂形貌演化过程,用于确定柱壳平均断裂应变;利用激光干涉测速技术获得样品径向膨胀速度历史,用于确定加载应变率;利用样品的全回收测量及微观表征,确定了无氧铜环、柱壳的局域断裂应变及断裂模式。实验表明,随着应变率的增加,TU1材料的平均断裂应变增加,断面的收缩程度加剧,并在应变率约为1.0×104 s-1附近会出现明显的断裂模式转变,断面收缩率出现量级上的跳跃,从100变化至约103,局域断裂应变呈现明显的分区现象。
  • 图  1  爆炸膨胀环实验平台[9]和电磁膨胀环实验平台示意图[10]

    Figure  1.  Sketch of experimental setup of explosive expanding ring and electromagnetic expanding ring

    图  2  高纯无氧铜TU1环和柱壳样品实物图

    Figure  2.  Specimen of oxygen-free high-conductivity copper (TU1)

    图  3  电磁膨胀环、爆炸膨胀环典型断面形貌

    Figure  3.  Fracture feature of expanding rings under electromagnetic and explosive loading

    图  4  爆炸膨胀柱壳高速摄影图像

    Figure  4.  High speed camera images of expanding cylindrical shell

    图  5  膨胀柱壳拉伸破片及断面微观表征图片

    Figure  5.  Fragments and microscopic fracture surface of expanding cylindrical shell

    图  6  电磁膨胀环、爆炸膨胀环/柱壳中平均断裂应变与应变率的关系

    Figure  6.  Relationship between strain rate and average fracture strain in electromagnetic ring and explosive expanding ring/cylinder

    图  7  断面收缩率随应变率的变化

    Figure  7.  Variation of area reduction with strain rate

    图  8  爆炸与电磁加载下膨胀环、柱壳局域断裂应变与平均断裂应变

    Figure  8.  Local fracture strain and average fracture strain of explosive expanding ring/cylinder(EE-ring/EE-Cylinder) and electromagnetic ring (EM-ring)

    表  1  电磁膨胀环、爆炸膨胀环(柱壳)实验数据

    Table  1.   Strain rate and fracture strain of experiments

    实验号 样品 加载 ${\mathit{\dot \varepsilon }} $ /s-1 εf-average ψ εf-local
    1 3.0 kV 2.8×103 0.155 - -
    2 3.5 kV 4.6×103 0.224 78 4.36
    3 4.0 kV 5.4×103 0.333 13 2.56
    4 爆炸 5.8×103 0.130 4 1.39
    5 柱壳 爆炸 8.6×103 0.267 2.5 0.92
    6 柱壳 爆炸 12.0×103 0.465 ~500      6.21
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    表  2  不同应变率下M态TU1环碎裂数据[11]

    Table  2.   Fragmentations data of M state TU1 rings at varying strain rates

    实验编号 R0/mm ε·/s-1 Nf $ {{\mathit{\bar L}}_{\rm{f}}}$/mm εf-average
    MR-01 21.1 3.50×103 3 51.0 0.143
    MR-02 21.1 4.70×103 4 39.3 0.170
    MR-03 21.1 5.04×103 7 23.1 0.199
    MR-04 21.1 5.50×103 7 24.0 0.237
    MR-05 21.1 6.05×103 9 21.6 0.388
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出版历程
  • 收稿日期:  2016-04-21
  • 修回日期:  2016-09-21
  • 刊出日期:  2017-11-25

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