爆轰波加载下多孔脆性介质破坏机制的模拟研究

摘要

利用爆电换能原理可以将PZT95/5铁电陶瓷制作成为理想的脉冲恒流源，但在爆轰波加载下PZT陶瓷的力电耦合失效现象严重地影响了其工程应用的可靠性。为了理解PZT陶瓷的力学破坏机制，本文开展离散元模拟，研究了一种与PZT陶瓷有相近气孔率和相近力学性质的多孔脆性介质在恒定冲击波和三角波加载下的力学响应特点和损伤机制。在恒定冲击波加载下，波剖面演化为双波结构，弹性前驱波的强度正好低于多孔介质的临界损伤应力；孔洞的塌缩过程作为“塌缩波”跟随在前驱波之后以较慢波速传播；塌缩波后方的介质变得完全致密。在三角波加载下，波头强度会随着传播不断地降低，直到应力低于多孔介质临界损伤应力后才以稳定强度传播；样品加载端面附近的多孔介质会完全塌缩；随波头强度降低，逐渐远离加载端面的介质损伤程度也逐渐减轻，直至不出现损伤。如果PZT陶瓷在爆轰波加载下的介电击穿与力学损伤直接相关，则陶瓷的爆轰波加载端面附近介质将是防护介电击穿的重点部位。