Page 13 - 《爆炸与冲击》2026年第3期

第 46 卷 陈嘉琳，等： 重复冲击载荷下Al 0.3 CoCrFeNi高熵合金的动态响应机制与累积损伤效应 第 3 期

区域呈类梯形的形状。上开坑直径为 d ，下开坑 d 1
1
直径为 d ，d 和 1 d 之间的几何关系为： h
2
2 θ
d 2 = d 1 +2h cot θ (7)
d 2
式中：h 为梯形的高度，即靶板厚度；θ 为层错角
图 8 HEA 板受刚性球冲击后的损伤及塑性变化示意图
度，在晶粒取向不变的情况下，层错角度是固定的。 Fig. 8 Schematic diagram of damage and plastic deformation
根据式 (7)，确定了 HEA 板下开坑直径与下 in a HEA plate impacted by a rigid ball

开 坑 直 径 的 关 系 ， 便 可 通 过 冲 击 速 度 计 算 出 9.0
HEA 板相应塑性变形区域的下开口半径。 8.5 Data point
Fitting line
图 9 定量揭示了 HEA 板塑性变形半径 r 与 8.0
冲击速度 v 的非线性关联规律，通过对实验数 7.5
1
i
据进行二次多项式拟合得到： r/nm 7.0
6.5
2
2
r = 3.29v i1 −0.45v +2.67 R = 0.999 03 (8) 6.0
i1
式中：r 的单位为 nm，v 的单位为 km/s。HEA 板 5.5
1
i 5.0
的上开坑半径随着刚性球冲击速度的提高而增
4.5
大，但开坑半径的增大率逐渐降低，这一趋势与 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5
v i1 /(km·s )
−1
材料在高应变率下的塑性变形行为一致，主要由
于在较高的冲击速度下，材料的应变硬化效应增 图 9 HEA 板塑性变形半径随刚性球冲击速度的变化
强 ，导致开口半径的增大减缓。 Fig. 9 Radius variation of plastic deformation in a HEA plate
[6]
with the impact velocity of a rigid ball
2.1.5 应力分布特征
基于式 (8)，已确认 HEA 板开坑半径与刚性球冲击速度的关系。为进一步阐明刚性球首次冲击对材
料性能的作用，深入探讨了不同冲击速度下 HEA 板内部的应力分布，如图 10 所示。

Stress/GPa
20
15
(a) 0.7 km/s
10
5
z 0

(b) 1.0 km/s y x
(c) 2.0 km/s
图 10 HEA 板受不同初始速度刚性球冲击后的应力分布
Fig. 10 Stress distribution in HEA plates impacted by rigid balls with different initial velocities

从图 10(a) 可以看出，在较低的冲击速度下，应力主要集中在冲击点下方，形成一个相对有限的高应
力区域，应力分布较均匀，表明材料在低速冲击下主要发生局部塑性变形。从图 10(b) 可以看出，随着冲
击速度升至 1.0 km/s，应力分布范围显著扩展，高应力向周边扩散，形成更广泛的应力集中区域，这反映
材料经历了更大幅度的塑性变形，冲击能量的传播效应愈发显著。从图 10(c) 可以看出，当冲击速度达
到 2.0 km/s 时，应力分布发生显著变化，高应力区进一步扩大，材料表现出严重的塑性变形，并伴随局部
破坏。为进一步阐明冲击过程中 HEA 板应力场的动态演化规律，沿冲击方向中心线（图 10(c) 中的放大
图）选取了一系列监测点，以未受冲击时最上端监测点位置为坐标原点，构建了动态应力场的轴向梯度
演化图谱，如图 11～13 的右侧所示，S 为测点到坐标原点的距离。图 11～13 的左侧展示了刚性球的速
度 v 随时间 t 的变化。

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