重复冲击载荷下Al0.3CoCrFeNi高熵合金的动态响应机制与累积损伤效应

2025-06-16 20 1.92M 0

  摘要:高熵合金(High-entropy alloy, HEA)因其优异的力学性能和能量吸收能力,是抗冲击载荷响应的重要材料。通过分子动力学模拟,系统探讨了Al0.3CoCrFeNi HEA板在受单次及二次冲击载荷下的动态响应行为,揭示了其相结构演变、位错分布、能量吸收及冲击累积效应的规律。结果显示,首次冲击下,Al0.3CoCrFeNi HEA板的塑性区域相结构演变与能量吸收方式具有显著的速度依赖性。随着冲击速度的增加,FCC相结构的比例呈现出三阶段下降的趋势,而无序化结构则相应增加。在低速冲击下(0.5-1.0 km/s),能量主要通过位错网络进行吸收;在中速冲击下(1.0-2.0 km/s),位错与无序化原子共同吸收能量;在高速冲击下(2.0-3.0 km/s),无序化原子主导能量吸收。位错线长度在0.5-0.8 km/s内遵循线性增长方程l=3162.8v1-1239.9,而在更高速度下,因板厚度限制,位错线长度呈下降趋势。应力分析表明,冲击速度增加时,最大应力与速度呈二次关系:σ1=-14.48v1+114.04v12+29.02,而塑性区域边界应力与速度的关系为σ2=2.81v1-0.42v12+9.44。二次冲击下,几何特征方面,Al0.3CoCrFeNi HEA板在冲击后形成类梯形的破坏区域,其上坑半径与冲击速度的关系为r=3.29v1-0.45v12+2.67,二次冲击的最小影响区域为L=-0.45(v12+v22)+3.29(v1+v2)+2×h×cot(θ)+5.34;抗冲击性能方面,随着首次冲击速度的增加,二次冲击后的剩余速度增大,材料抵抗能力降低,在距冲击中心10 nm处,弹道极限与首次冲击的关系为vbl=-8.6ev1/769+1383.6,然而,二次冲击速度的增加会使首次冲击的影响减弱。本研究为提高HEA抗重复(多次)冲击性能的材料设计及优化提供了理论依据。

  文章目录

  1. 模型建立与分析方法

  2. 实验结果与分析

  2.1 首次冲击动力学响应

  2.1.1 冲击速度变化

  2.1.2 相结构演变

  2.1.3 位错分布

  2.1.4 开坑半径

  2.1.5 应力分布特征

  2.2 二次冲击动力学响应

  2.2.1 二次冲击下微观结构演化

  2.2.2 二次冲击的弹道极限

  2.3 首次冲击对二次冲击的影响分析

  3. 结论



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