气炮加载下PTFE/Al复合材料冲击反应阈值研究

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PTFE/Al复合材料是一种冲击反应类材料,其具有在冲击载荷下引发化学反应并释放能量的特性,可显著提升对目标的毁伤程度。因此弄清该类材料在冲击载荷下的反应阈值,无论对使用和后勤处理均有至关重要的意义。本文通过材料制备、动静态材料力学性能试验、气炮加载试验及细观模拟、动力学仿真开展了PTFE/Al复合材料冲击反应阈值研究。PTFE/Al复合材料通过模压烧结制备,其烧结温度为290℃时材料呈现较好的准静态压缩力学性能。基于SEM扫描电镜照片颗粒、孔洞粒径和含量统计的代表性体积单元(RVE)真实结构模型、随机分布模型的模拟方法揭示了材料微细观特征对材料宏观力学性能的影响;通过压缩载荷下的微细观仿真,观察到在PTFE/Al复合材料中,相比于基体材料,颗粒承受更大的应力,并且材料中的最大应力出现在颗粒附近位置,基体中出现呈45°分布的剪应力带;随着Al含量升高,PTFE/Al复合材料的弹性模量、屈服强度、硬化模量增大。基于SHPB实验研究了PTFE/Al复合材料动态力学性能,获得了其不同加载速率下的动态力学性能,结果表明该材料在高应变率(1?1021?104s-1)下力学特性呈现随应变率分段特点,并拟合获得了高应变率下PTFE/Al复合材料Johnson-Cook模型材料参数,并进行了仿真验证。通过气炮加载下的霍普金森压杆系统,得到了加载速率、脉宽、冲击杆材以及试样尺寸等条件对PTFE/Al复合材料冲击反应特性的影响,结果表明在相同的冲击速率下钢杆可引发冲击反应,证明了撞击应力与加载速率是材料冲击反应的重要影响因素,获得了加载脉宽、杆撞击次数、与冲击反应之间的关联性。基于气炮加载下的SHPB实验结果,建立了PTFE/Al复合材料了撞击应力与加载速率关联的冲击反应阈值分析模型,近似拟合得到了冲击反应阈值曲线方程,获得了材料冲击引发的临界应力和临界应变率。
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