冲击载荷下锰铜计的动态屈服强度

　　确定材料在动态载荷作用下的屈服强度是动态测试领域中一个重要的课题,对于材料的动态特性研究具有重要意义,并且是横向应力测试研究中必须预先解决的课题。当超过屈服极限后,大多数金属材料的动态屈服强度随冲击波压力的增加而大,而一些陶瓷的特性正相反,其动态屈服强度随冲击波压力的增加而减小。文献[1]总结了这些工作。

　　确定材料的动态屈服强度的方法主要有两种。一种是通过埋入试件中的压阻计测量冲击加载材料的主应力,来得到其动态屈服强度。另一种是通过精确测定应力计的加载、卸载和重新加载曲线,来分析得到应力计的动态屈服强度。本文说明了利用锰铜计的标定曲线和前人实验得到的一些锰铜实验参数来确定锰铜计的动态屈服强度的另一途径。并通过平板撞击实验确定了箔式锰铜计在1·5~9·0GPa范围下的动态屈服强度。

　　1　锰铜计动态屈服强度确定原理

　　对于图1·1所示的箔式锰铜应力计,认为敏感栅与基体的应变状态相同,处于一维应变条件下,锰铜应力计在塑性状态(超出屈服)的应力、应变张量为:

　　文中x表示冲击波传播方向,上标m表示埋入材料的量,下标g表示应力计的量。因此,应力计在其塑性范围内的平均应力为:

　　式中,σmx是埋入材料中的纵向应力,σgy是应力计的屈服应力。

　　1971年Barsis[2]等人通过静高压的实验研究,得到了锰铜材料的体应变εV压缩曲线:

　　因此根据实验得到的锰铜传感器的标定曲线,即相对电阻变化与冲击应力的曲线关系;由(1·2)式和(1·3)式,可得出应力计的平均应力与相对电阻变化的关系;再根据(1.1)式可得出锰铜传感器动态屈服强度与冲击应力或相对电阻变化的关系。

　　2　锰铜计的标定实验及结果

　　实验在中国工程物理研究院西南流体物理研究所的Φ100mm一级轻气炮上进行。锰铜计厚度为0·1mm,阻值为50Ω,采用高速锰铜压阻应力仪对锰铜计输出的电阻变化信号进行转换和放大。实验分低压段和高压段两组进行:第一组为高压段,进行同质锰铜材料飞片与靶板撞击实验,锰铜的密度ρMn0=8.407 g/cm3,飞片速度u从128m/s到506m/s,应力范围约为1.9~9.5GPa.第二组低压段,进行同质有机玻璃材料飞片与靶板撞击实验,有机玻璃的密度ρPMMA0=1.184g/cm3,飞片速度u从191m/s到907m/s,应力范围约为0.3~1.8GPa,用刷子探针测量飞片撞击速度。图2.1为实验装置。

　　图2.2是典型的实验记录,图中波形1、2是纵向锰铜计在一维冲击载荷下,不同界面的压阻信号。图中波形3、4分别是横向锰铜计和康铜计的信号,这里与本文无关。