相變應力波

目錄　
序
前言
第1章　緒論　1　
1.1　固體中的應力波　1　
1.2　材料的沖擊相變　2　
1.3　沖擊相變本構(gòu)模型　2　
1.4　相變應力波　3　
1.5　內(nèi)容安排　5　
第2章　應力波和相變熱力學基礎　7　
2.1　概述　7　
2.2　物質(zhì)坐標和空間坐標　8　
2.3　一維應力控制方程　10　
2.3.1　微分型控制方程　10　
2.3.2　間斷面守恒方程　10　
2.4　一維應變控制方程　11　
2.4.1　一維應變下的應力–應變約定　11　
2.4.2　一維應變守恒方程　12　
2.4.3　間斷條件和沖擊絕熱線　12　
2.5　相、相變及其分類　16　
2.6　相變的熱力學關系　18　
2.7　高壓沖擊相變的R-H線　22　
2.8　相變速率方程　25　
2.9　附錄：熱力學勢函數(shù)　29　
第3章　沖擊相變本構(gòu)模型　31　
3.1　相變本構(gòu)模型概述　31　
3.2　Hayes沖擊相變熱力學模型　32　
3.2.1　沖擊相變熱力學模型　32　
3.2.2　相變速率演化方程　35　
3.2.3　Hayes沖擊相變模型的討論　35
3.3　考慮靜水壓和偏應力共同作用的相變臨界準則　37　
3.3.1　簡介　37　
3.3.2　“應力誘發(fā)”相變臨界準則　39　
3.3.3　“形變誘發(fā)”相變臨界準則　41　
3.3.4　逆相變臨界準則　43　
3.4　沖擊下“應力誘發(fā)”相變的三維本構(gòu)模型　45　
3.4.1　N相系統(tǒng)中“應力誘發(fā)”相變的臨界準則　45　
3.4.2　“應力誘發(fā)”混合相變形過程的描述　47　
3.4.3　“應力誘發(fā)”相變的演化方程　52　
3.4.4　“應力誘發(fā)”相變本構(gòu)的一維形式　53　
3.5　沖擊下“形變誘發(fā)”相變的三維本構(gòu)模型　55　
3.6　一維簡化型唯象熱彈性沖擊相變模型　57　
3.6.1　典型一維熱彈性馬氏體相變的應力–應變曲線　57　
3.6.2　一維簡化熱彈性相變模型　59　
第4章　一維半無限介質(zhì)中相變波的傳播　63　
4.1　一維相變波概述　63　
4.2　一級熱彈性可逆相變介質(zhì)中的相變波　64　
4.2.1　不同類型間斷面和基本作用　64　
4.2.2　半無限介質(zhì)中一維可逆相變波的傳播　71　
4.3　弱間斷加卸載條件下一維相變波的傳播　74　
4.3.1　連續(xù)加卸載條件下的弱間斷相邊界　74　
4.3.2　高于相變完成應力的連續(xù)加卸載滯回條件下相變波的傳播　75　
4.4　不可逆相變材料中的相變波和梯度材料的形成　76　
4.4.1　強間斷加卸載條件下相變波傳播的解析解　77　
4.4.2　連續(xù)卸載條件下相變波傳播的數(shù)值方法　78　
4.4.3　連續(xù)卸載條件下梯度材料形成的分析　80　
4.5　二級相變材料中相變波的傳播　86　
4.5.1　二級相變波　86　
4.5.2　二級相變波傳播的一般規(guī)律　88　
4.5.3　外場作用下二級相變和一級相變的互相轉(zhuǎn)化　89　
第5章　一維有限介質(zhì)中相變波的傳播規(guī)律及其應用　93　
5.1　可逆相變材料中波在邊界的反射圖譜　93　
5.1.1　可逆相變材料中波在自由面的反射　93　
5.1.2　可逆相變材料中波在固定端的反射　94　
5.2　矩形脈沖載荷下可逆相變有限介質(zhì)中相變波的傳播　96
5.2.1　右端為自由面的有限介質(zhì)中相變波的傳播　96　
5.2.2　右端為固定端的有限介質(zhì)中宏觀相變波的傳播　103　
5.3　不可逆相變材料中波在界面的反射　106　
5.3.1　自由面的反射　106　
5.3.2　固定端的反射　107　
5.4　動載下不可逆相變波在有限桿中的傳播　108　
5.4.1　矩形脈沖加載下不可逆有限桿中相變波的傳播　108　
5.4.2　突加載荷連續(xù)卸載下不可逆有限桿中梯度材料的形成　110　
5.5　相變引起金屬靶板異常層裂的應力波分析　113　
5.5.1　傳統(tǒng)層裂和“相變層裂”　113　
5.5.2　純鐵DT2和FeMnNi合金層裂實驗結(jié)果簡介　114　
5.5.3　本構(gòu)模型和簡化假定　117　
5.5.4　沖擊相變對純鐵異常層裂影響的應力波分析　119　
5.5.5　FeMnNi合金　120　
5.6　相變材料等厚對稱碰撞的層裂規(guī)律探索　122　
5.6.1　FeMnNi材料等厚對稱高速碰撞實驗　122　
5.6.2　FeMnNi合金等厚對稱碰撞的相變層裂規(guī)律探索　124　
5.7　脈沖載荷下半無限相變桿（板）的異常反向?qū)恿熏F(xiàn)象　127　
5.7.1　彈塑性半無限長桿受脈沖加載下的應力波響應　127　
5.7.2　半無限相變桿（板）中的異常反向?qū)恿选?27　
5.8　有限桿中不可逆相變波傳播理論的應用　129　
5.8.1　相變Taylor桿實驗　129　
5.8.2　實驗結(jié)果與分析　129　
第6章　溫度對相變波傳播的影響　133　
6.1　實驗裝置和瞬態(tài)測溫原理　133　
6.1.1　紅外測溫基本原理和裝置　134　
6.1.2　溫度標定和檢驗　135　
6.2　沖擊下NiTi合金溫度變化規(guī)律的實驗研究　137　
6.2.1　試樣和標定　137　
6.2.2　實驗結(jié)果和分析　138　
6.3　相變波和溫度界面的基本相互作用　140　
6.3.1　控制方程　140　
6.3.2　波系與溫度界面的基本作用　141　
6.3.3　波系與溫度界面作用的實驗測試　148　
6.4　相變波在溫度梯度桿中的傳播　153
6.4.1　相變模型和基本方程　153　
6.4.2　具有單一固定溫度界面桿中相變波傳播的解析解　154　
6.4.3　溫度梯度材料中相變波傳播的數(shù)值方法　155　
6.4.4　溫度梯度遞增分布時的SME桿中相變波的傳播　160　
6.4.5　SME桿溫度遞減分布時入射彈性波的傳播和演化　168　
6.5　熱力耦合作用下相變波的傳播　173　
6.5.1　相變過程中的熱效應　174　
6.5.2　相變波區(qū)域溫度場的分布　182　
6.5.3　考慮熱效應時相變波的傳播　187　
第7章　一維薄壁管中拉（壓）扭復合應力下的耦合相變波理論　194　
7.1　引言　194　
7.2　基本方程　195　
7.2.1　守恒方程　195　
7.2.2　混合相區(qū)的增量型本構(gòu)方程　195　
7.3　復合應力加載下混合相區(qū)的耦合相變波理論　199　
7.4　混合相區(qū)耦合快波和慢波應力路徑的分區(qū)特性　203　
7.5　薄壁管中耦合相變波的典型加載路徑和波形　205　
7.5.1　典型路徑1：突加扭轉(zhuǎn)剪應力至混合相區(qū)　205　
7.5.2　典型路徑2：預扭至混合相區(qū)再突加壓扭載荷　206　
7.5.3　典型路徑3：預扭至混合相區(qū)再突加拉扭載荷　207　
7.6　耦合相變沖擊波理論　208　
7.6.1　耦合相變沖擊波假設　208　
7.6.2　廣義雨貢鈕方程　209　
7.6.3　不同加載條件下的耦合相變沖擊波　211　
7.7　耦合相變沖擊波的數(shù)值模擬　215　
7.7.1　數(shù)值模擬理論　215　
7.7.2　材料參數(shù)和初始條件　216　
7.7.3　終態(tài)位于區(qū)域3的模擬結(jié)果　217　
7.7.4　模擬解和理論解的比較　222　
第8章　耦合相變波的薄壁管實驗　224　
8.1　引言　224　
8.2　薄壁管壓扭復合加載實驗方法和原理　224　
8.3　率相關彈塑性薄壁管中的復合應力波　227　
8.3.1　鋼管中的典型實驗信號　227　
8.3.2　材料的幾種動態(tài)彈塑性本構(gòu)模型　229
8.3.3　模型預測和實驗波形的對比　231　
8.4　NiTi合金薄壁管中的復合應力相變波　232　
8.4.1　預扭–縱向沖擊實驗的設計和信號預測　232　
8.4.2　NiTi管壓扭復合沖擊加載實驗和初步結(jié)果　236　
8.5　拉扭復合加載技術(shù)　240　
8.5.1　實驗原理　240　
8.5.2　實驗裝置　240　
8.6　304不銹鋼管的預扭沖擊拉伸實驗　241　
8.6.1　純沖擊拉伸實驗　241　
8.6.2　預扭沖擊拉伸實驗　242　
8.7　NiTi薄壁管中拉扭耦合相變波的實驗研究　243　
8.7.1　NiTi合金薄壁管的純沖擊拉伸實驗　243　
8.7.2　NiTi薄壁管的預扭–沖擊拉伸實驗　244　
8.8　NiTi合金薄壁管預扭沖擊拉伸的數(shù)值模擬　245　
8.9　小結(jié)　246　
第9章　一維應變壓剪復合加載下的相變波理論　248　
9.1　基本方程　248　
9.1.1　守恒方程　248　
9.1.2　本構(gòu)方程　249　
9.2　混合相的特征波速解的理論推導　251　
9.3　典型的波系結(jié)構(gòu)討論　255　
9.3.1　相變臨界條件　255　
9.3.2　相變臨界條件為橢圓　257　
9.3.3　相變臨界面交線為雙曲線　259　
9.3.4　拉壓不對稱系數(shù)為0　260　
9.4　Escobar等的NiTi合金壓剪復合沖擊實驗　262　
9.5　實驗結(jié)果的進一步分析　264　
9.6　拉壓不對稱條件下反射波對剪切信號的影響　265　
9.6.1　分類　265　
9.6.2　類型一　268　
9.6.3　類型二　270　
9.6.4　類型三　271　
9.6.5　類型四　272　
9.7　綜合兩次實驗考慮α的范圍　273
第10章　壓剪復合沖擊下材料近界面的剪切失效及機制　276　
10.1　引言　276　
10.2　聚合物試件壓剪沖擊實驗以及剪切波衰減現(xiàn)象　277　
10.2.1　壓剪實驗構(gòu)型及測量原理　277　
10.2.2　聚合物試件中的剪切波衰減現(xiàn)象　280　
10.3　回收試樣的顯微觀測和剪切失效物理機制的探討　282　
10.3.1　偏光顯微鏡原理簡介　282　
10.3.2　尼龍66的橫向失效細觀分析　283　
10.3.3　聚丙烯的橫向失效細觀分析　285　
10.4　理想彈塑性近似時的壓剪復合波的解析解　286　
10.4.1　簡介　286　
10.4.2　理論推導　287　
10.5　壓剪復合加載過程中剪切波衰減的力學機制　294　
10.6　討論　299　
第11章　橫向沖擊下梁中相變彎曲波的傳播　304　
11.1　引言　304　
11.2　半無限長梁彈塑性彎曲波理論簡介　304　
11.2.1　基本假定和方程　305　
11.2.2　彈性彎曲波　307　
11.2.3　塑性彎曲波　309　
11.3　矩形截面?zhèn)螐椥裕≒E）梁的彎矩–曲率相變模型　313　
11.3.1　PE材料相變本構(gòu)模型的簡化　313　
11.3.2　PE梁彎曲變形假定　314　
11.3.3　PE梁截面內(nèi)應力–應變分布和相邊界的運動　315　
11.3.4　PE梁的彎矩–曲率