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Engineering Fracture Mechanics Vol. 21, No. I, pp. 3148. 1985 Printed in the U.S.A. 0013-7944/85 $3.00 + .oo Pergamon Press Ltd. 三种金属在不同的应变、应变速率、温度和压力下的断裂特性 GORDON R. JOHNSON Honeywell Inc., Defense Systems Division, Edina, MN 55436, U.S.A. and WILLIAM H. COOK Air Force Armament Laboratory, Eglin Air Force Base, FL 32542, U.S.A. 摘要：本文考虑了OFHC铜，Armco铁和4340钢的断裂特性。对这些材料分别进行了扭转试验（在一定范围内的应变速率条件下），霍普金森杆试验（在一定范围内的温度），准静态拉伸试验（在不同的切口尺寸下）。通过介绍一个累积损伤断裂模型，说明了断裂应变是应变率，温度和压力的一个函数。这个模型，通过计算结果与气缸冲击试验、双轴（扭转-拉力）试验的比较，而被evaluated. INTRODUCTION 当材料承受动力荷载条件时，如高速冲击、炸药爆炸、金属成型，该材料会经历很大范围的应变、应变率、温度和压力。在一些例子中，已经有一种趋势来区分“动力”材料特性和“静态”材料特性。他基本的假设是， “动力”和“静态”属性的区别仅归因于应变率。然而，常与高应变率联系在一起的是，大应变，高温和高压。因此，对每一个变量作用进行适当的评估是很重要的，而不能仅假设所有不同的特性都归因于单独的应变率。 本文介绍了OFHC铜，Armco铁和4340钢的断裂特性。一系列的试验室试验都已被用到测定应变率、温度、压力对断裂的影响上。通过一个独立系列的试验和计算，一个累积损伤断裂模型被开发和评估。 TEST DATA 三种材料的描述见Table 1. 所有试验样本都是从同一库存中制备，在Table 1中还明确了各种材料的热处理数据。 扭转试验数据见Fig. 1.扭转测试仪器见Ref. [1]，分析试验数据的程序见Ref. [2]，其他许多材料的数据见Ref. [3] and [4].在Fig. 1中的数据，平均切应变，，是假设仅在薄的试验截面发生的，并且沿着该截面是均匀的。然而在高应变率时，由于绝热增温（adiabatic heating[2].），扔可能会有一些局部应变（localizations of strain？？？）。 Armco铁和4340钢在断裂时的平均切应变可以清晰的看见，而在Fig. 1中OFHC铜的所有样本都没有断裂，是由于扭转试验设备的旋转限制。另一种较短尺寸（shorter-gage翻译为短边？？）的OFHC铜样本所得试验数据为：=0.008 s-1，断裂时平均切应变=8.7. 三个扭转样本的金相截面见Fig. 2. 在OFHC铜样本中，在gage section的中心附近，出现了应变局部化（strain localization）现象。每一个截面上都没有明显的空隙（void）。 霍普金森杆拉伸试验数据见Fig. 3.霍普金森杆试验的代表仪器和数据（针对各种材料）见[5].得出该实验数据的霍普金森杆位于Eglin空军基地的Air Force Armament Laboratory(AFATL).在试件的周围放置一个烤箱来提升温度，在试验前，提前几分钟施加温度。 Fig. 3中的真实拉应变，是基于在拉伸试件上，应变是轴向均匀的假设。这个应力-应变数据只是相对小应变而言的，因为在拉伸试件出现颈缩后，应力-应变数据不能被准确评估。但是这些数据，对于检查强度特性是很有用的，断裂特性则只能通过检查试验后的试件来确定，如Fig. 4. Fig. 4种的照片和Fig. 5的金相截面展示了，和4340钢对比下OFHC铜和Armco铁的相对塑性断裂（relatively ductile fracture）. 在Fig. 5中，Armco铁和一些OFHC铜上都有明显的空隙。4340钢在更高的温度下，也出现一些空隙结构。 Fig. 6是准静态拉伸数据。The notched geometry specimens are identical to those used elsewhere and give a concentration of hydrostatic tension in the test specimen [6].这些都在Fig. 6的数据中清晰的展示。对于一个指定真是应变，应力（包括静水压力）变大，切口变得更严重。也可以看出静水压力的存在显著降低了材料断裂时的应变。 Figure 7