固体材料的动力学性质 dynamic properties of solid material

爆炸或冲击等短时载荷作用下材料所发生的变形和破坏的性质。表现为变形同应变、应变率（应变随时间的变化率）、温度或内能、压力等变量之间的复杂关系，可用各种本构方程来描述。

爆炸或冲击等动载荷一般会引起材料发生宏观的塑性变形及微观组织的特殊变化（如动态相变等），其中有些变化是不可逆的。通常根据在动载荷作用下材料的质点速度v和屈服强度的不同，可把动载荷分为以下三种，所引起的材料变形和破坏行为也有所不同：

①低速冲击载荷。为0.001～0.01（ρ为材料的密度）。介质变形量不大，时效现象明显，可用等温近似处理；而体积变化并不明显。

②中速冲击载荷。为10～100。介质发生有限弹塑性变形，时效、热与机械功的耦合都比较明显；还需要考虑体积变化。

③高速冲击载荷。超过100。不仅发生大的畸变，体积变形也很严重，且与热效应互相耦合。

1. 动态变形

有如下几种：

1.1. 中低速冲击载荷下的材料变形

材料表现出以下几方面的应变率和温度效应和其他时效。

①屈服应力随应变率的增大而增大。高应变率情况下，载荷虽已超过屈服应力，但屈服现象并不立即出现，称之为屈服滞后。

②流动应力随应变率的增大而增大。

③材料对过去所发生的应变率历史不会立即忘掉。即使应变率发生跃变，应力和应变的状态将从老应变率下的应力-应变曲线上的点连续地向新应变率下的应力-应变曲线的方向发展（图1）。

④弹性前驱波的波速保持恒值，但波幅却随传播距离而衰减，且在波峰后出现应力降低（松弛）的部分。

1.2. 高速冲击载荷下的材料变形

高速冲击载荷作用下，材料的畸变和体积变化都很大。载荷作用处附近及早期，以体积变形为主；而晚期或在远处，则以畸变为主。

20世纪60年代发展出一类流体弹塑性体本构关系，可近似描述冲击的全部变形过程。方法是把变形视为畸变和体积变化两部分之和。畸变部分的行为可采用小弹塑性变形的本构方程，并考虑到中低速冲击载荷下的变形特点来描写。体积变形部分的行为通常采用以内能、比容（比体积）和压力为参量的高压状态方程来描述。米•格吕内森方程是最常用的一种，即：

式中p为压力，V为比容，E为内能，Γ为格吕内森系数，和是反映晶体点阵的冷压和冷内能，该方程适用于帕。更高的压力下，有托马斯-费米方程等。

2. 动态破坏

爆炸或冲击载荷作用下，除了因大的塑性变形而引起的开坑、鼓包等破坏形态，还有如下一些特殊形态和效应。

2.1. 绝热剪切带

大的塑性变形区中存在一些白色亮带，称为绝热剪切带。这是由于在极高的应变率（大于）下，局部大塑性畸变产生的热来不及传输出去，使变形加剧而形成的。有时绝热剪切带有斜交的裂纹伴生。

2.2. 崩落

受冲击的材料中传播的压缩应力波到达自由表面时，会反射形成拉伸应力波，使自由表面附近发生断裂而引起崩落现象（图2）。

2.3. 动态脆性

由于应变率的增大，屈服应力和流动应力相应地提高，使塑性变形区缩小，导致材料的脆化和断裂韧性的下降。

2.4. 遗留效应

材料的组织结构和性能在卸载以后依然留下了永久性的变化，如不可逆的相变，显微结构和性能的变化等。已经在生产中得到广泛应用的高锰钢的爆炸硬化和奥氏体反磁钢的爆炸强化就是利用这些特点开发的技术。

摘自：《中国大百科全书（第2版）》第8册，中国大百科全书出版社，2009年