K9玻璃动态损伤过程中的电阻率测量实验研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 2次 | 上传用户:shiwuxin
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
脆性介质的动态损伤与破坏是多学科相互交叉的基础性问题,在工程应用中也有着重要的应用背景。对于冲击波加载下脆性介质的损伤与破坏,其影响因素很多,包括载荷大小、应变率以及样品自身的物理力学特性等等,这些因素使得问题的研究变得复杂与困难。与静态加载相比,冲击波作用下脆性介质的损伤与破坏实验研究的手段相对单一,并且关注的主要是损伤破坏过程中介质的力学参量的变化,例如应力、应变、声阻抗等等。有鉴于此,本论文拟在传统的损伤破坏实验研究的基础上,结合动高压凝聚态介质电阻率测量方法,尝试研究脆性介质损伤破坏过程中的电学参量的变化。  论文以K9玻璃作为典型的脆性绝缘介质,在一级轻气炮上开展了一维应变冲击波加载实验,试图在以往力学测量的基础上引入电学测量,从一个新的物理角度来探讨材料的损伤破坏问题,探索绝缘脆性介质中的损伤破坏与电阻率下降的对应关系。论文的主要研究结果和创新点如下:  (1)对Weir等人的对称差分电路方法进行了一系列改进,包括(a)增加样品和飞片的厚度;(b)增加识别冲击波传播的时标信号;(c)提高测量电路的电压至1500V;(d)增加零前检查系统。改进后的测量电路和测量方法,更有利于观测脆性介质在低冲击波加载应力下,电阻率随时间演化的过程和对应关系,为测量K9玻璃在Hugoniot弹性极限应力范围内,电阻率的变化行为提供了实验手段。  (2)得到了K9玻璃Hugoniot弹性极限范围内电阻率的量化数据以及电阻率随冲击波加载应力变化的规律。实验结果表明,当冲击波加载应力低于1.0GPa时,K9玻璃可视为绝缘体,在2.7GPa左右,K9玻璃电阻率开始有较明显的降低,电阻率的数值在103Ωm量级,6.0GPa~7.7GPa的冲击波加载应力时电阻率在102Ωm量级。以往的文献报道认为,绝缘材料只有在很高的冲击波加载应力下(远远高于材料的Hugoniot弹性极限),由于冲击波压缩效应,介质的电阻率才会有较明显的下降,本论文的实验结果对材料冲击波加载下电阻率下降的物理现象提供了新的认识。  (3)通过设计一系列实验,进行系统分析,确定了K9玻璃电阻率下降的物理因素。首先,采用电容器放电方法,确认了在Hugoniot弹性极限应力范围内,冲击波压缩效应不会对K9玻璃的电阻率下降造成影响。其次,采用多点激光位移干涉DPS测量技术,实时监测K9玻璃的透明度变化,与电阻率测量一起共同表征了损伤破坏与电阻率下降之间的对应关系,建立了裂纹均匀扩展模型,估算出动态裂纹扩展的速度,与胡昌明报道的K9玻璃中的动态裂纹扩展,以及Xia(夏开文)等人提出的超剪切裂纹的扩展速度相当,从而确认了电极孔周围裂纹扩展对K9玻璃电阻率下降的影响。第三,对K9玻璃电阻率实时测量过程中的电压信号波形进行了细致解读,指出当K9玻璃样品前界面传入的破坏波到达电极顶端时会使样品的电阻率进一步降低,在测试电压信号中出现一个特征拐点。该拐点的确认,不仅说明了破坏波对电阻率下降的影响,而且由此提出了一种观测破坏波的新方法。  (4)结合脆性介质断裂过程中的带电粒子释放现象及压缩原子模型、化学键断裂模型和Positive Hole Pair(PHP)模型,提出K9玻璃中新形成的动态裂纹是导电的,由此分析了K9玻璃中动态裂纹导电的物理机制和主要特征,较好地解释了冲击波加载下K9玻璃电阻率下降的变化行为和实验结果。并且,将冲击波作用下电介质中裂纹导电的物理分析应用于功能材料的力电耦合的电击穿问题,讨论了冲击波作用下功能材料的电阻率下降行为和物理特征。
其他文献
近年来,由于实验上的易操作性使得人们对非对称超冷原子气体的研究产生越来越多的兴趣。在经典的超导BCS理论中,同一费米面附近具有相反自旋态的费米子可以配对,但在极化费米子
在本论文中,我们在相对论平均场近似框架下利用推广的手征强子模型(即FST模型)和非线性Walecka模型系统讨论了中子星内的奇异相 (包括K介子凝聚,超子和奇异夸克物质)及其对中子
热变形加工在金属材料的加工过程中具有举足轻重的作用。对材料热加工特性的研究是制定合理而正确的热加工工艺的理论依据。本论文通过热模拟试验研究了高氮奥氏体不锈钢1Cr2
本论文从探索几种常见双折射晶体的新性能出发,先后研究了铁电畴翻转对钛酸钡晶体物理性能的影响,钒酸钇单轴晶体的负反射性能以及镁离子掺杂对α碘酸锂晶体生长、形貌、结构和
实现自旋电子学的一个主要的问题就是非磁性半导体的自旋电荷注入。兼备半导体电子学和磁学优点的磁性半导体,是实现自旋注入的一个可能途径,所以被认为是最有潜力、挑战性和令
二氧化碳是与人类生产生活息息相关的大气成分,其浓度增长导致的“温室效应”对人类的生存环境和气候变化产生了重要影响。准确可靠地探测二氧化碳的含量分布在气候、环境、国
学位
翻开电话本,映入眼帘的是几个让人匪夷所思的电话号码.rn120——爷爷rn你看:桃叶、松枝、荷叶、艾草、马齿苋……这全是爷爷的心肝宝贝.别小瞧它们,关键时候用处可大着呢?rn
布里渊散射激光雷达是新近发展起来的一种先进的激光探测系统。常规的雷达探测技术通常是基于对回波幅度的探测,而布里渊散射激光雷达探测技术则是基于对回波频移的探测。此外
期刊
“在平衡中突破,在扎实中灵动。”成尚荣先生曾这样描述他的教学智慧与风格。在纷繁复杂、乱花迷人的种种改革大潮中,他一直强调自己没有风格的风格,引无数一线教育工作者深