TA2钛合金开口柱壳外爆碎片分布研究

摘要

金属柱壳爆炸膨胀断裂机制及其对碎片分布、特征尺寸的影响是应用物理、力学、兵器工程等领域共同关心的重要课题,但目前除数值模拟外,考虑断裂机制的简单二维碎裂模型尚未出现.开展TA2钛合金开口柱壳在不同装药条件下的碎裂实验研究,通过对软回收碎片的统计及微观分析,探讨金属柱壳外爆断裂模式及二维碎片分布规律,结果显示:(1) TA2钛合金柱壳在实验爆压(7～25 GPa)下宏观断口均为剪切断裂模式,但机制不同,在较高爆压下柱壳剪切断裂由多重绝热剪切带破坏控制,在较低压力下为剪切破坏;(2)与一维拉伸碎裂相比,柱壳爆炸碎裂不充分,碎片质量更符合β=1(或更接近1)的指数分布;爆炸碎裂越充分,碎片越小并趋于均匀,β趋于较小的值,趋向Mott和Linfoot提出的泊松统计分布形式;(3) Rayleigh分布可以较好描述柱壳碎片的宽度分布规律,不同爆压下柱壳碎片宽度归一化尺寸分布具有相似性,呈现"量子化"特性,即存在最小的特征尺寸;(4) TA2柱壳碎片特征尺寸远大于G-K剪切断裂公式预测的尺寸,G-K剪切式描述的是多重绝热剪切带间距.本研究为金属柱壳碎片特征、分布规律及其模型分析提供了重要参考.