為深入認識高壓高應(yīng)變率加載條件下影響金屬界面Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性擾動增長的相關(guān)因素及物理規(guī)律,以高純銅為例開展金屬界面擾動增長行為的數(shù)值模擬研究。基于有限差分程序AUTODYN建立爆轟加載下金屬界面擾動增長的二維數(shù)值計算模型,重點分析界面初始擾動特征和材料強度特性對界面擾動增長行為的影響。相關(guān)數(shù)值模擬結(jié)果表明:高純銅界面Rayleigh-Taylor不穩(wěn)定性擾動增長與界面擾動的初始幅值和初始波長均密切相關(guān),并存在一個臨界幅值:在初始幅值小于臨界幅值情況下,界面擾動的增長隨初始波長增加而增大,最終趨于一個穩(wěn)定值;當(dāng)初始幅值大于臨界幅值時,界面擾動的增長情況則相反。樣品初始厚度對擾動幅值發(fā)展也起到重要作用,并存在一個臨界厚度:在擾動增長初期,擾動幅值增長和純流體模型的計算結(jié)果相似,幾乎與材料強度無關(guān);在擾動發(fā)展后期,材料屈服強度越大,相應(yīng)地擾動幅值增長就越小。相比較而言,剪切模量對擾動幅值增長過程的影響可以忽略。 

【文章來源】：兵工學(xué)報. 2020,41(09)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：8 頁

【部分圖文】：

RT不穩(wěn)定性數(shù)值模型

式中:p、E和pH、EH分別表示當(dāng)前狀態(tài)和Hugoniot狀態(tài)下的壓力和內(nèi)能;Γ為Gruneisen系數(shù)�？紤]到固體的RT不穩(wěn)定性具有高壓和高應(yīng)變率的特點，典型的壓力范圍從10～100 GPa、應(yīng)變率更是高達105～109s-1．因此，本文采用目前對高壓區(qū)描述最好的Steinberg-Cochran-Guinan(SCG)模型來描述金屬材料在高應(yīng)變率(≥105s-1)情況下的RT不穩(wěn)定性彈塑性變形特性[19-20]，其具體形式表示為式中:G為剪切模量;Y為屈服強度;G0和Y0為常溫常壓下的剪切模量和屈服強度;η為材料壓縮比;ε為等效塑性應(yīng)變;εi為初始塑性應(yīng)變(通常情況下為0);β、n為應(yīng)變硬化參數(shù);T為材料內(nèi)溫度;G"p、G"T和Y"p分別為在參考狀態(tài)下G和Y對壓力p或溫度T的1階偏導(dǎo)數(shù)。表1分別給出了無氧銅(OFHC)和工業(yè)純鋁(1100-Al)的SCG模型參數(shù)。

為了排除網(wǎng)格尺寸的影響并保證計算結(jié)果的收斂性，分別對不同網(wǎng)格尺寸下界面擾動幅值的增長行為進行數(shù)值計算，并將數(shù)值模擬的結(jié)果與文獻[12]中的實驗結(jié)果進行了對比。根據(jù)Barnes等[12]給出的實驗設(shè)計，計算模型中的樣品材料選為1100-Al，樣品厚度為2.54 mm，界面擾動的初始波長為5.08 mm，初始幅值為0.203 mm，模型參數(shù)見表1．不同網(wǎng)格尺寸下界面擾動幅值增長的計算和實驗結(jié)果如圖3所示。從圖3中可以看出，對于本文所建立的金屬界面RT不穩(wěn)定性二維數(shù)值模型，隨著模型網(wǎng)格尺寸的減小，界面擾動幅值的計算結(jié)果逐漸趨于一致，體現(xiàn)了較好的收斂性，但是相對來講，網(wǎng)格越細、計算時間就越長，效率也越低。同時將本文計算結(jié)果與文獻[12]中的實驗結(jié)果進行對比，結(jié)果表明本文計算結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)基本吻合。此外還將本文計算結(jié)果與文獻[12]中MAGEE二維拉格朗日程序所計算的結(jié)果進行了比較，發(fā)現(xiàn)擾動幅值隨時間增長的數(shù)據(jù)也相一致，進一步表明本文數(shù)值模擬方法和結(jié)果是可靠的。因此，在后文的數(shù)值計算中，OFHC數(shù)值模型均采用127×127規(guī)格的網(wǎng)格劃分，最小的網(wǎng)格尺寸約為20μm.

【參考文獻】：
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