金属材料动态断裂韧性的研究是断裂动力学研究的一个前沿课题之一,涉及到固体力学、材料科学和固体物理等多门学科之间的互相交叉与渗透。由于试验装置及测试技术的限制,使得动态加载下材料(特别是弹塑性材料)中裂纹起裂韧度(亦称动态断裂韧性)、稳态扩展阻力及止裂韧度的表征与测试的研究进展缓慢,有些工作尚未进行或未见报道,而所介绍与取得的一些表征和测试方法均存在着不同程度的缺陷甚至错误,尚不能形成研究材料性能和工程应用的标准。因此,探索、研究以形成有效可靠的材料动态断裂特性的表征与测试方法是十分迫切的。不仅有重大的工程意义,而且对于研究在冲击载荷作用下裂纹运动具有重要的学术价值。 围绕断裂韧性的表征与测试,通过分析和研究,本文的主要工作有以下几个方面: 1、讨论了Hopkinson压杆装置上三点弯曲试样测试断裂韧性过程中,由于锥头的变化而对载荷(即对应断裂韧性)的影响。这一工作对已经讨论比较多的Hopkinson压杆装置三点弯曲方法测试断裂韧性有较好的参考作用。 2、改造了Hopkinson压杆装置。设计并改制出新型套枪(炮)管发射的Hopkinson压杆装置,使其不但具备不同口径发射子弹进行实验的能力,而且子弹的速度比常规同口径Hopkinson压杆装置的子弹发射速度更高。 3、设计了一种能在Hopkinson压杆装置上实现冲击拉伸试验的夹具,使Hopkinson压杆装置不但能实现各种试样的冲击拉伸,而且能对静态断裂试验中平面应变紧凑拉伸试样进行加载,实现了标准试样的动态冲击试验。为动态冲击拉伸和动态断裂力学中断裂韧性的测试提供了一种新的实验手段。 4、建立了用于求解动态应力强度因子的紧凑拉伸试样等效弹簧质量模型,给出了等效质量,得到了该试样的动态应力强度因子的表达式,为用真正平面应变条件下紧凑拉伸试样(静态试验国家标准试样)测试动态断裂韧性提供了一个理论模型,为用等效弹簧质量模型求解紧凑拉伸试样动态应力