韌性金屬圓球殼的動態膨脹和碎裂過程的數值模擬

摘 要:本文通過ABAQUS軟件建立韌性金屬膨脹球殼的有限元模型，采用包含內聚力失穩斷裂準則和溫度軟化效應的Johnson-Cook型損傷斷裂模型描述材料的斷裂和分離過程，采用斷裂能量判據來判斷單元是否失效，采用結合單元消去技術的ABAQUS/Explicit計算程序進行數值分析，通過分析膨脹球殼向外沿徑向膨脹、碎裂的全過程和膨脹球殼的碎片斷裂特征，發現韌性金屬材料在二維均勻沖擊拉伸載荷作用下，表現出多重損傷和碎裂的現象，損傷發展、演化和斷裂(碎裂)的發生都有著明顯的先后順序。

關鍵詞:韌性金屬 膨脹球殼 數值模擬 二維碎裂

中圖分類號:TP2文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)04(c)-0084-02

1 引言

固體材料的動態碎裂問題是固體力學領域的一個重要的研究課題。金屬材料在高速變形過程中發生斷裂和碎裂是爆炸力學中常見的現象。Mott[1]在二戰時期開創了材料的碎片化現象研究，Grady和Kipp[2，3]對Mott模型進行關鍵性修正，Glenn和Chudnovky[4]、Miller[5]、Wang和Ramesh[6]等研究了材料一維沖擊拉伸斷裂問題。由于應力狀態的復雜性，針對材料的多維碎裂物理機制的分析較為困難。國防應用之外，在日常生活中也存在著許多材料多維碎裂的例子，如平板玻璃的碎裂、河床干裂等。目前研究材料二維及三維的實驗手段相當有限，膨脹圓球殼是實現材料雙軸均勻拉伸破壞的有效模型。如果圓球殼壁厚遠小于球體半徑，球殼周向處于近似的平面應力狀態。當圓球殼沿徑向均勻向外膨脹時，膨脹球殼受面內均勻的雙軸拉伸載荷作用?！?br>