Page 8 - 《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

了 不 同 初 始 速 度 刚 性 球 （ 0.7～ 3.0 km/s） 冲 击 3.0 0.7 km/s

HEA 板过程中刚性球的速度随时间的变化，该 0.8 km/s
2.5 0.9 km/s
过程中刚性球的速度变化以及相应的时间信息 2.0 1.0 km/s
1.5 km/s
如表 2 所示，表中 v 为刚性球的初始冲击速度， 1.5 2.0 km/s
1
3.0 km/s
i
t 为刚性球穿透 HEA 板所需的时间，t 为刚性球 v/(km·s −1 )
p
0
速度降为零所需的时间，v 为刚性球的剩余速度。 1.0
r
0.5
通过刚性球的速度变化曲线判断其是否穿
透 HEA 板，刚性球的速度在刚性球与 HEA 板相 0
互作用后逐渐下降，若穿过图 2 中速度为零的界 0 10 20 30 40
t/ps
限（粉色虚线），进入负值区域，表明刚性球发生
图 2 不同初始速度的刚性球在冲击 HEA 板的过程中
了反弹，未穿透 HEA 板；若刚性球的速度未下降
速度随时间的变化
至零以下，则表明刚性球穿透了 HEA 板。随着
Fig. 2 Velocity-time histories of rigid balls with different initial
刚性球初始速度从 0.7 km/s 升至 1.0 km/s，速度 velocities in their impact processes on HEA plates
降至零所需的时间从 14.4 ps 增长至 26.3 ps，该
现象表明低速冲击时 HEA 板通过渐进式塑性变形吸收动能。即在冲击载荷作用下，HEA 板中的塑性变
形并非瞬时完成，而是随着时间的推移逐步发生和扩展的过程。随着刚性球初始速度的提高，冲击能量
升高，HEA 板塑性变形区域的扩展和累积需要更长时间，从而导致刚性球速度降至零的时间增长。

表 2 不同初始速度刚性球冲击 HEA 板过程中刚性球的速度变化以及相应的时间信息
Table 2 Velocity variation of rigid balls with different initial velocities during their impact on HEA plates
as well as the corresponding time information
−1
−1
−1
−1
−1 2
v i1 /(km·s ) t p /ps t 0 /ps v r /(km·s ) 2 2 )/(km·s ) v i1 /(km·s ) t p /ps t 0 /ps v r /(km·s ) 2 2 )/(km·s )
−1 2
v −v r
(
i1
i1 ( v −v r
0.7 14.4 0 0.49 1.5 31.7 0.519 1.980 639
0.8 17.4 0 0.64 2.0 18.4 1.240 2.462 400
0.9 19.8 0 0.81 3.0 11.9 2.268 3.856 176
1.0 26.3 0 1.00
当刚性球的初始速度高于 1.0 km/s 时，冲击过程呈现典型的三阶段动态穿透特征。在第 1 阶段，刚
性球的速度快速衰减，在与 HEA 板接触后的 5 ps 内，刚性球的速度损失高达整个冲击过程速度总损失
的 40% 以上，反映了初始冲击引发的强烈能量耗散；在第 2 阶段，刚性球的速度缓慢下降，持续时间随初
始速度的提高而缩短；在第 3 阶段，刚性球的速度恒定，此时刚性球已穿透 HEA 板，剩余速度趋于稳定。
从表 2 可以看出，穿透时间随初始速度的提高而缩短，从 1.5 km/s 时的 31.7 ps 缩短至 3.0 km/s 时的
11.9 ps。然而，速度变化率（定义为速度损失与时间的比）随初始速度的提升而显著提高，表明 HEA 板吸
收的能量随之增多，进一步说明高冲击能量促进了 HEA 内部缺陷的生成并增强了能量的耗散 [32] 。
图 2 与表 2 表明，冲击过程中存在显著的速度阈值。在初始速度不高于 1.0 km/s 和高于 1.0 km/s 等
2 种条件下，尽管能量损失均随初始速度的提高而增大，但速度变化的阶段特征存在显著差异，且速度变
2
v −v 2 ），呈现相反的变化趋势。
化量，即初始冲击速度的平方与剩余速度的平方之差（ i1 r
2.1.2 相结构演变
图 3 展示了 HEA 板在刚性球以 0.7、1.0 和 2.0 km/s 的初始速度冲击作用后的相结构变化分布。
表 3 为 HEA 板受刚性球冲击后不同相结构原子数占总原子数的比例 φ，进一步量化了上述相结构变化
的程度。本研究中所得到的相结构分布在相界面演变、相转变时间尺度及局部相结构特征等方面与
Liang 等 [41] 的研究结果吻合较好，验证了所构建模型用于捕捉 HEA 相结构演变过程中核心物理机制的
合理性和有效性。

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