基于三種強(qiáng)度準(zhǔn)則的PBXⅠ型裂紋尖端失效區(qū)研究

董天寶, 唐 維, 溫茂萍, 張巍耀, 韋興文

(中國工程物理研究院化工材料研究所, 四川 綿陽 621999)

1 引 言

在武器系統(tǒng)中,高聚物粘結(jié)炸藥(PBX)部件除了具備固有的爆轟性能外,常以承受載荷的結(jié)構(gòu)件形式存在。在加工、裝配、運(yùn)輸及使用過程中,PBX部件常處于復(fù)雜受力狀態(tài)下,可能會產(chǎn)生裂紋并有一定的擴(kuò)展,從而影響武器系統(tǒng)的可靠性與安全性。

小范圍屈服下線彈性斷裂力學(xué)認(rèn)為,裂紋尖端附近應(yīng)力不可能趨于無窮大,在裂紋尖端核心區(qū)域存在一定的屈服區(qū)。屈服區(qū)內(nèi)材料發(fā)生屈服失效,屈服區(qū)外材料依然滿足線彈性斷裂力學(xué)理論[1]。本文研究的PBX材料拉伸過程沒有明顯的屈服階段,而裂紋尖端附近應(yīng)力又不可能趨于無窮大,因此認(rèn)為裂紋尖端存在相對更小的失效破壞區(qū)域。在失效區(qū)內(nèi)PBX材料發(fā)生力學(xué)失效,失效區(qū)外材料依然滿足線彈性斷裂力學(xué)理論。美國阿拉莫斯實(shí)驗(yàn)室的Liu C等[2-3]對PBX-9501和PBX-9502裂紋長期研究發(fā)現(xiàn),裂紋尖端附近存在較大的損傷區(qū)域(Damage Zone)。根據(jù)其關(guān)于裂紋尖端區(qū)域應(yīng)變場的監(jiān)測,以及PBX-9502拉伸破壞應(yīng)變(0.3%左右),可以估計(jì)出PBX-9502裂紋尖端損傷區(qū)尺寸大約為3 mm。PBX-9502材料力學(xué)性能體現(xiàn)出較軟的特點(diǎn),在其損傷區(qū)邊界附近區(qū)域材料仍保有力學(xué)性能,中心區(qū)域則出現(xiàn)材料力學(xué)失效,即本文研究的裂紋尖端失效區(qū)。美國空軍實(shí)驗(yàn)室Liu C T[4-5]對另外一種顆粒填充復(fù)合含能材料(固體推進(jìn)劑)的裂紋研究也發(fā)現(xiàn),推進(jìn)劑材料有相對更加明顯的塑形力學(xué)特性,其裂紋尖端區(qū)域塑性屈服區(qū)域非常明顯。……