单轴拉伸计算结果分析

2023-06-27 理论教育版权反馈

【摘要】：我们注意到，单轴拉伸下的失效应变仅为0.004 1，说明PBX 9501 是一种脆性材料。图8－20应变率为10－3s－1时的单轴拉伸应力－应变曲线图8－21 所示为应变为0.16%、0.41%、0.45%和0.5% 时的Y 方向应变云图和损伤断裂演化图。从图中可以看出，整个拉伸过程黏结剂承受了大部分的变形。该结果表明PBX 9501 的拉伸力学性能与界面黏结强度有关，而失效路径与界面强度无关。

1.应力－应变响应和损伤断裂机理

图8－20 所示为计算得到的单轴拉伸应力－应变曲线。该曲线可分为弹性段、损伤演化段和软化段三部分。由图中可以看出，在峰值应力之前应力首先随应变单调非线性地增加，然后由于界面脱黏和损伤而快速降低。我们注意到，单轴拉伸下的失效应变仅为0.004 1，说明PBX 9501 是一种脆性材料。

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图8－20　应变率为10－3s－1时的单轴拉伸应力－应变曲线

图8－21 所示为应变为0.16%、0.41%、0.45%和0.5% （如图8－20 虚线所示）时的Y 方向应变云图和损伤断裂演化图。从图中可以看出，整个拉伸过程黏结剂承受了大部分的变形。随机的颗粒尺寸形状和界面脱黏行为等细观结构特征导致应变分布的不均匀性。由图8－21 （a）中可以看出，应变达到0.16%时，在一些颗粒周围存在局部应变集中现象，但是没有发现微裂纹。当应变达到0.41%时［图8－21 （b）］，此时的应力达到最大值。由于颗粒和黏结剂界面的强度较低，在界面首先发生界面脱黏并形成微裂纹，微裂纹降低了材料的承载能力，导致应力－应变曲线出现软化段。微裂纹的形成降低了细观结构的有效力学性能。随着外载的增加［图8－21 （c）］，更多的界面脱黏使得微裂纹沿界面不断扩展，并且可以看到，裂纹上、下两侧黏结剂中的应变减小，细观结构的应变随着裂纹的扩展而重新分布。应变达到0.5%时，从图8－21 （d）中可以看到一条垂直于加载方向的主裂纹，这时黏结剂里的局部最大应变达到了0.588。在裂纹路径上，箭头所示的残存黏结剂使得细观结构可以继续承受一定的载荷，这也说明了图8－20 的应力－应变曲线中最终的应力维持在0.1 MPa 左右。由图8－21 可以看出，单轴拉伸下PBX 9501 的失效机理主要为界面脱黏，这与Rae 等［18］、Chen 等［19］实时显微观察的实验现象一致。

2.界面强度的影响

下面用1 MPa、1.66 MPa 和3 MPa 三种界面黏结强度考察不同界面强度下PBX 9501 单轴拉伸的力学性能。图8－22 所示为计算得到的不同界面黏结强度下的应力－应变曲线。由图中可以看出，随着界面强度从1 MPa 增加到3 MPa，拉伸强度从0.78 MPa 增加到2.41 MPa，失效应变从0.003 5 增加到0.008 6。值得注意的是，计算得到的裂纹路径几乎相同，如图8－23 （a）～（c）所示。该结果表明PBX 9501 的拉伸力学性能与界面黏结强度有关，而失效路径与界面强度无关。

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