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贵,且耗时较长,难于广泛应用到工程设计中。同时,弹靶断裂问题涉及到材料的动态力学行为和断裂,因此分析模型的应用也时常受到限制。近年来,以有限元方法为代表的数值计算在冲击工程领域获得了诸多成功应用。经过试验验证的数值模拟能以较小的代价获得研究问题的解答,因此数值模拟逐渐受到重视,并已成为研究冲击相关问题的一种有效手段。金属弹靶在撞击过程中往往至少一方发生剧烈变形甚至断裂。而金属材料的延性断裂是一种非常局部化的现象,裂纹萌生前通常在裂纹萌生位置产生较大的塑性变形,并伴随高应力和应变梯度。同时,在变形甚至断裂的过程中,金属弹或靶还将经历丰富和多变的应力状态59。而关于延性断裂的试验、细观或理论分析表明,金属材料的延性断裂与应力状态的两个参数即应力三轴度和Lode参数相关81012。因此,对金属弹靶弹道和断裂行为的数值预测极大地依赖于断裂准则对材料在不同应力状态下断裂行为的表征能力。值得注意的是,在撞击过程中,金属弹体和靶板中的应力三轴度可达到极端范围,弹体中可出现的范围如Te
g等5发现的为55,申请者7发现的为515,Mocko等识别的为407,Gautam等13识别的为5610;靶板中识别到的应力三轴度范围如Borvik等14241,Gilioli等8095065。但是,目前冲击工程界对材料断裂准则的标定通常在应力三轴度范围13,2内开展,如申请者等71311,Gilioli等801511,Joh
so
和Cook15013,Wierzbicki等160278093,Dey等17132,Allahverdizadeh等1804591049。最近Iqbal等19完成了低碳钢圆棒缺口拉伸试验,其应力三轴度范围为033326。由于实际问题中的应力状态范围远超过材料性能表征的应力状态。在标定范围以外的应力状态上,断裂准则预报的断裂应变便有可能与材料的实际断裂性能不符。而断裂准则的预报效果,则受断裂准则的类型,如唯像模型或是基于细观
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f物理机制的模型,以及标定方法等的影响。在这种情况下,若将断裂准则用于弹靶弹道和断裂行为的模拟,便可能产生不合理的预报结果。如申请者7在通过有限元计算预测7A04T6铝合金Taylor杆的断裂行为时,预测到了弹体头部中心区域的开裂,而对回收弹体的显微镜观察却没证实这种断裂行为;Te
g等5和Gautam等13的数值模拟也发现了类似的断裂行为,但均没能被试验结果证实。另外,Te
g等5还发现,采用JC断裂准则15预报Taylor杆的断裂行为时无法得到合理的预报。这几项工作的断裂准则均建立在有限的应力状r
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