Page 127 - 《爆炸与冲击》2023年第2期

第 43 卷 李嘉皓，等： 液压膨胀环恒应变率加载技术 第 2 期

环向速度基本为零，表明膨胀环在加载过程中为 80
均匀的拉伸加载，在环向上没有应力波扰动；而
40
当膨胀环发生显著颈缩后，环向速度会有一个明
显的速度突变，表明相邻断口发出的 Mott 卸载 0
波传播到了相应位置。 Stress/MPa −40
图 8 给出了非颈缩区外壁及内壁单元的环 Circumferential stress of inner wall
Circumferential stress of outer wall
向应力和径向应力时程曲线。在整个膨胀过程 −80 Radial stress of inner wall
Radial stress of outer wall
中，外壁处的径向应力基本为零，但内壁在水流 −120
的冲击下径向应力存在较大的变化；同时，内外 0 50 100 150
Time/μs
壁的环向应力整体接近，并且环向应力卸载阶段
图 8 膨胀环环向应力和径向应力时程曲线（应变率 6 000 s ）
−1
与图 7 中环向速度突变时间相近，也可佐证此时
Fig. 8 Time history curves of radial stress and
断口发出的 Mott 卸载波传播到了相应位置。
circumferential stress at the strain rate of 6 000 s −1
由图 6 可见，应变率增长阶段能较好地达到
预定的应变率，但是稳定应变率阶段前期的应变率下降较快。因此，在理论基础上，人为调高稳定应变
率阶段的加载曲线的斜率，如图 9 所示。数值模拟结果表明，提高加载速率能有效地提高应变率的幅
值，更好地实现恒定应变率加载，如图 10 所示。

120 Theoretical loading 10 Theoretical loading
1.4 times of theoretical loading slope 1.4 times of theoretical loading slope
100 1.6 times of theoretical loading slope 8 1.6 times of theoretical loading slope
Load velocity/(m⋅s −1 ) 80 Strain rate/(10 3 s −1 ) 6 4 Fracture point

60

40
20 2

0 50 100 150 200 0 50 100 150 200
Time/μs Time/μs

图 9 改进后的水流加载曲线 图 10 改进后的应变率曲线
Fig. 9 Modified curves of loading velocity Fig. 10 Modified curves of strain rate

进一步探究应变率增长阶段的时间 t 对膨胀环应变率时程曲线的影响，其水流加载曲线如图 11 所
1
示。图 12 给出了断裂前应变率增长阶段不同时间 t 下的应变率时程曲线。结果表明，应变率增长阶段
1
80
8 t 1 =20 μs
t 1 =30 μs
Load velocity/(m⋅s −1 ) 40 t 1 =20 μs Strain rate/(10 3 s −1 ) 6 4 t 1 =40 μs
60
t 1 =50 μs
t 1 =60 μs
t 1 =30 μs
t 1 =40 μs
20
t 1 =50 μs
t 1 =60 μs 2
0 50 100 150 200 0 40 80 120 160 200
Time/μs Time/μs

图 11 不同应变率增长阶段下的水流加载曲线 图 12 不同应变率增长阶段时间下的应变率时程曲线
Fig. 11 Loading curves in different strain rate growth phase Fig. 12 Strain rate curves in different strain rate growth phase

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