滑移爆轰驱动下板折转运动的试验测定与计算分析

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1、压力高达200GPa时锻造态93W鸽合金的状态方程张宝平，李灿波，张庆明(北京理工人学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京100081)摘要：借助丁一・级、二级轻气炮冲击加载手段及对称碰撞原理对93W鹄合金在压力达8-200Gpa范围内的冲击Hugoniot曲线进行了实验测定，并采川格吕乃逊(Gruneisen)系数优化和三项式物态方程优化法对状态方程进行了标定和计算,获得了含冇材料参数g的冷压、冷能及Gruneisen系数的计算式，并给出了热压和热内能的表达式。在木工作屮所获得的实验结果国内外均未见报道。关键词：

2、磚合金，高压状态方程，Hugoniot数据1-前言钩合金是以钩为主,并与少最铁、钻、银等元素在高温下烧结成的一种合金材料，具有高密度、高熔点、高强度的优良性质，在国民经济特别是国防小得到了广泛的应川。当前,93W鹄合金在国际上己被广泛地用作为反装甲弹药的主体材料。由鉴于此,它在冲击加载下的力学响应性态已成为令人关注的重要研究命题口刃。在撞击和侵彻装甲或战术反导作战中,鸭合金弹材料所遭受的冲击压力达8-100GPa,应变率高达IO'量级。可见，实验测最冲击压力高于10OGpa范围的冲击雨果尼奥(Hugoniot)t

3、ill线，进而建立其高压状态方程，对于弹一靶相互作用及侵彻过程的研究及计算分析具有十分重要的意义。然而，有关93W鹄合金材料动态力学性能的研究虽已有许多文章发表，但多属于低动压和相对较低应变率下的实验观测研究渺及超过50GPa压力的研究报导至今尚未见到。木工作的研究日标是利用冲击波实验技术测最93W钩合金在压力高达200GPa时的冲击Hugoniot曲线,进而研究建立其高压状态方程。2.93W鹄合金冲击Hugoniot曲线的实验测定材料的冲击Hugoniot曲线是冲击波作用下材料由初态突跃到终态各状态点的连线。它

4、是物质状态方程曲面与冲击压缩状态平面相交线在压力一比容平面上的投影。故如果该线己测知，便可利用固休物理理论推导建立该材料的高压状态方程。对于人量I司体材料的实验表明，冲击波速度D和冲击波阵面上粒了速度知之间存在着良好的线性关系⑹D=Co+Aup(2.1)利用冲击波关系式(2.3)(2.4)(2.5)P=PqDu卩可以把上述冲击Hugoniot关系式改写为p二研（“一几）[l-A（l-p0//?）]P=Po（G）+加‘Up上面诸式中Co和A为与材料性质有关的常数，而且其屮的C（）与材料的声速近乎相等。从（2.2）和

5、（2.3）式可以看出，只要测得高速冲击时在材料中形成的冲击波传播速度D及和应波阵血上的粒子速度知或测量冲击波压力与波速D,即可获得材料的Hugoniot曲线。由于受压阻传感器测压范F貝所限，而肓接测虽粒了速度知在技术上难于实施，故通常是利用相同材料碰撞（即所谓对称碰撞）吋分界面速度等于打击速度叫一半的原理來确定所形成的冲击波阵面上的粒子速度。在木工作屮，冲击压力低于4（）GPa范囤内的实验点是借助于一级轻气炮冲击加载手段通过猛铜压阻测压技术及对称碰撞测速技术得到的；而对于压力高于40GPa范围的实验点,则是利用二

6、级轻气炮加载手段，通过测量打击速度ud及冲击波速D得到的。2.1一级轻气炮冲击实验在此项实验中采用了一级轻气炮对平板试件（靶）进行一维对称碰撞加载，用电子探针测时方法直接测量弹一靶碰撞时的打击速度ud,而同时采用猛铜压阻测压技术测虽碰撞压力。图2」所示的是测试系统示意图。如图所示，被轻气炮驱动加速到一定速度的飞片在出炮口后立即与靶板相撞，并在靶中形成冲击波。而嵌入试样中的压阻传感器感受到的压力信号则由与Z相连接的TEK2430数字示波器记录下來。同时利用安装于靶件前面的同轴电探针测试飞片的撞靶速度，其测时脉冲信号

7、由DM-902数字示波器记录。Fkg.2.1SktuhofBtMiriAfUpeetpretwreZ"apaclVelocityforwdinexperiMtofow—stac*lightgasgun«2.2Wtt的审■Fig.2.2SketchofthelapaclVelocityBtasurewnt•odthearrang<«entofthecoftiialFins测压传感器（箔片〉用聚四氟乙烯绝缘薄膜包燉。所标定的压阻测压计算式为AV式中a=0.021GPa,b=34AGPa,c=1.01GPa,§=1.0

8、11。一为传感器上电压相V对变化量，歹为修止系数。传感器包敷膜将影响压力信号的起跳时间，其修正值为0.054“s。同轴电子探针的布置示意如图2.2。借助于a、b、c、d四个探针测得的时间，利川下式可计算出飞片撞靶的速度叫:(2.7)H-H2+[仏+/〃)_(—+—)]表2」列出的是该实验测得的叫及相应的冲击压力数据。速度D值是利用前面的冲击波关系式算出的。表2.1—级轻