TiB2-B4C復合材料動態(tài)力學性能及抗侵徹機理研究.pdf

1、B4C陶瓷具有優(yōu)越的物理力學性能，如密度低、強度高、透X光等，被廣泛地應用于各種裝甲結構。TiB2-B4C復合材料作為一種新型陶瓷，提升了單質B4C陶瓷的斷裂韌性、彈性模量、顯微硬度等，已經(jīng)成為當今研究的熱點話題。盡管TiB2-B4C復合材料的燒結工藝、微觀結構等已經(jīng)取得了許多成果，但衡量材料工程應用的系統(tǒng)、全面的力學性能仍需要開展深入的研究。本文通過實驗、理論和數(shù)值仿真相結合的方式對TiB2-B4C復合材料的動態(tài)力學性能，以及含粘結層

2、的陶瓷/金屬復合裝甲抗侵徹性能進行了研究。
　　首先，獲得了TiB2-B4C復合材料的物相成分和微觀結構，發(fā)現(xiàn)小顆粒的TiB2均勻分布于長大的B4C相內(nèi)，晶粒規(guī)則且分布均勻，微孔洞均勻分布于TiB2相和B4C相的邊界。沿晶斷裂發(fā)生于沿TiB2相的晶粒邊界，而穿晶斷裂發(fā)生在B4C相晶粒的內(nèi)部。
　　TiB2-B4C復合材料拉伸力學性能研究引入了平臺巴西圓盤實驗，以解決試件應力集中問題，并獲得了圓盤試樣裂紋擴展特性，2D-DIC

3、計算結果驗證了實驗的有效性?；诟倪M的SHPB實驗裝置，獲得了TiB2-B4C復合材料的強度、失效應變、彈性模量和應變率效應。受裂紋擴展延時效應的影響，TiB2-B4C復合材料拉伸/壓縮強度均隨應變率的增加而增加。同時，材料內(nèi)TiB2的加入改善了晶粒和微孔洞的尺寸和分布，導致了TiB2-B4C復合材料的強度大于單質B4C和單質TiB2陶瓷。
　　其次，開展了一維應變加載下TiB2-B4C復合材料的動態(tài)力學性能，探討了基于微裂紋擴展

4、機制的破壞波傳播特性?；赗ankine-Hugoniot關系，獲得了D-u型和p-μ型的Hugoniot曲線。分析了TiB2-B4C復合材料極高應變率條件下的Hugoniot彈性極限的應變率效應。在平面沖擊波作用下，發(fā)現(xiàn)TiB2-B4C復合材料的Hugoniot彈性極限與基體B4C接近，而添加劑的影響較小。在低于Hugoniot彈性極限的條件下，發(fā)現(xiàn)TiB2-B4C復合材料內(nèi)存在破壞波現(xiàn)象?；诓▌臃匠痰奶卣骶€法獲得了破壞波的傳播速度

5、，并討論了延遲效應對破壞波波速的影響。
　　改進傳統(tǒng)的三軸圍壓測試系統(tǒng)，獲得了完全損傷條件下TiB2-B4C復合材料的強度模型；結合靜動態(tài)拉伸/壓縮實驗和平板撞擊實驗和損傷常數(shù)的BP神經(jīng)網(wǎng)絡反演，建立了TiB2-B4C復合材料完整的本構模型，并采用侵深實驗和數(shù)值仿真驗證了模型的有效性。
　　最后，對含有不同厚度粘結層、不同形式陶瓷面板的陶瓷/金屬復合裝甲的抗侵徹性能開展了研究，并獲得了靶板內(nèi)部應力波傳播特性。結果表明，分層陶