不同晶粒度高純銅層裂損傷演化的有限元模擬*

林茜 謝普初 胡建波 張鳳國 王裴 王永剛?

1) (寧波大學, 沖擊與安全工程教育部重點實驗室, 寧波 315211)

2) (中國工程物理研究院流體物理研究所, 沖擊波物理與爆轟物理重點實驗室, 綿陽 621900)

3) (北京應用物理與計算數學研究所, 北京 100094)

(2021 年4 月16 日收到; 2021 年5 月15 日收到修改稿)

1 引 言

強沖擊載荷下延性金屬層裂是一個復雜的損傷演化過程, 在細觀層次上它涉及微孔洞成核、長大和聚集過程, 最后形成宏觀的層裂面[1-3]. 國內外學者對延性金屬層裂問題已進行了系統、深入的實驗研究, 重點關注了外載荷條件、微觀組織結構的影響[4-10]. 絕大多數層裂模型主要描述微孔洞成核、長大過程[1,11], 關注微孔洞成核率及分布效應[12]、微孔洞表面的位錯發射[13]、微孔洞長大速率依賴性[14]、慣性效應[15,16]等眾多因素的影響, 但涉及多個微孔洞聚集行為的理論描述仍然比較少. 少量學者嘗試借助逾滲理論來考慮微孔洞簇之間相互作用[17,18], 這也是在平均場理論上進行建模. 事實上,微孔洞聚集行為具有高度的局域化變形特征, 將控制應力松弛速率以及層裂過程中消耗的總能量. 迄今還無法用實驗手段來直接觀測材料內部微孔洞長大、聚集過程.

隨著計算能力的迅速發展, 許多學者采用分子動力學深入研究了高三軸應力場中微孔洞的形核和長大, 揭示了層裂損傷演化微觀機理[19-21]. 然而, 分子動力學模擬技術涉及的時空尺度非常小,與實驗結果很難進行對比. 為此, Becker 等[22-24]嘗試采用隨機撒成……