纯铁又称熟铁,具有高磁导率和磁感应强度、低矫顽力、低硬度和高塑性等优点,在高铁、核电、兵器、能源、电力电子等重要工业领域有着广泛的应用前景。在纯铁高速变形过程中,变形区将经历大应变、高应变率、高温变形过程,纯铁动态力学性能将发生变化。在某一临界应变率下,其动态力学性能将趋向于呈现脆性材料的特征,即发生所谓的塑-脆转化现象。目前,广泛用于表征塑性材料应变率相关的断裂失效行为的Johnson-Cook(JC)损伤模型已被证实适用的应变率范围较低,其应变率函数项无法准确描述材料在超高应变率下的快速脆化行为。因此,研究纯铁断裂失效应变与应力状态、应变率和温度之间的关系和特点,分析纯铁在高速冲击载荷作用下的快速脆化过程,建立考虑高应变率下材料塑-脆转化效应的断裂应变模型,是进一步分析纯铁变形过程中变形区内热、力、弹塑性耦合过程及失效机制转变的重要理论基础和前提。首先,对不同结构的纯铁试样进行单轴拉伸、纯剪、低应变率剪切及霍普金森压杆(SHPB)高速冲击等实验。借助扫描电镜(SEM)、超景深显微镜、金相显微镜等实验设备,对不同应力状态、应变率和温度下纯铁的动态力学性能和断裂特性进行分析,全面研究不同变形条件对纯铁断裂应变及断裂行为的影响。其次,在JC损伤模型的基础上,对应变率项重新建模,引入塑-脆转化临界应变率、脆化系数、脆化指数等概念,构建新的现象经验性的材料断裂应变模型,使其定量表征材料在超高应变率阶段的快速脆化行为。在实验的基础上,统计获得不同应力状态(应力三轴度)、应变率和温度下纯铁的断裂应变数据,通过回归分析和拟合计算分别确定纯铁的新建断裂模型和JC损伤模型的材料常数。利用MATLAB对材料变形过程进行数值模拟计算,对两模型在大应变率范围内的描述能力进行比较。最后,分析不同变形速度(应变率)下纯铁变形区最高温度、流动应力、断裂应变、热分配系数等耦合演化数据,进一步考察流动应力、应变率、温度和弹塑性之间的耦合对纯铁失效机制转变的影响,并对大应变率范围内纯铁的断裂模式进行划分。