相变应力波

　　《相变应力波》是作者团队在7个国家自然科学基金项目的连续资助下，历经二十余年，系统开展了冲击相变理论和实验研究成果的基础上，凝练总结而成，主要涉及应力波的新分支：相变应力波。由于相变能强烈改变材料的力学性质和应力波传播特性，对于材料和工程结构的响应和破坏特性具有显著影响，其机理和规律不同于传统弹塑性波。相变对工业生产、加工、新材料合成、国防工程、武器效应，也具有很高的应用价值，因此，《相变应力波》具有重要的参考价值。

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目录　
序
前言
第1章　绪论　1　
1.1　固体中的应力波　1　
1.2　材料的冲击相变　2　
1.3　冲击相变本构模型　2　
1.4　相变应力波　3　
1.5　内容安排　5　
第2章　应力波和相变热力学基础　7　
2.1　概述　7　
2.2　物质坐标和空间坐标　8　
2.3　一维应力控制方程　10　
2.3.1　微分型控制方程　10　
2.3.2　间断面守恒方程　10　
2.4　一维应变控制方程　11　
2.4.1　一维应变下的应力–应变约定　11　
2.4.2　一维应变守恒方程　12　
2.4.3　间断条件和冲击绝热线　12　
2.5　相、相变及其分类　16　
2.6　相变的热力学关系　18　
2.7　高压冲击相变的R-H线　22　
2.8　相变速率方程　25　
2.9　附录：热力学势函数　29　
第3章　冲击相变本构模型　31　
3.1　相变本构模型概述　31　
3.2　Hayes冲击相变热力学模型　32　
3.2.1　冲击相变热力学模型　32　
3.2.2　相变速率演化方程　35　
3.2.3　Hayes冲击相变模型的讨论　35
3.3　考虑静水压和偏应力共同作用的相变临界准则　37　
3.3.1　简介　37　
3.3.2　“应力诱发”相变临界准则　39　
3.3.3　“形变诱发”相变临界准则　41　
3.3.4　逆相变临界准则　43　
3.4　冲击下“应力诱发”相变的三维本构模型　45　
3.4.1　N相系统中“应力诱发”相变的临界准则　45　
3.4.2　“应力诱发”混合相变形过程的描述　47　
3.4.3　“应力诱发”相变的演化方程　52　
3.4.4　“应力诱发”相变本构的一维形式　53　
3.5　冲击下“形变诱发”相变的三维本构模型　55　
3.6　一维简化型唯象热弹性冲击相变模型　57　
3.6.1　典型一维热弹性马氏体相变的应力–应变曲线　57　
3.6.2　一维简化热弹性相变模型　59　
第4章　一维半无限介质中相变波的传播　63　
4.1　一维相变波概述　63　
4.2　一级热弹性可逆相变介质中的相变波　64　
4.2.1　不同类型间断面和基本作用　64　
4.2.2　半无限介质中一维可逆相变波的传播　71　
4.3　弱间断加卸载条件下一维相变波的传播　74　
4.3.1　连续加卸载条件下的弱间断相边界　74　
4.3.2　高于相变完成应力的连续加卸载滞回条件下相变波的传播　75　
4.4　不可逆相变材料中的相变波和梯度材料的形成　76　
4.4.1　强间断加卸载条件下相变波传播的解析解　77　
4.4.2　连续卸载条件下相变波传播的数值方法　78　
4.4.3　连续卸载条件下梯度材料形成的分析　80　
4.5　二级相变材料中相变波的传播　86　
4.5.1　二级相变波　86　
4.5.2　二级相变波传播的一般规律　88　
4.5.3　外场作用下二级相变和一级相变的互相转化　89　
第5章　一维有限介质中相变波的传播规律及其应用　93　
5.1　可逆相变材料中波在边界的反射图谱　93　
5.1.1　可逆相变材料中波在自由面的反射　93　
5.1.2　可逆相变材料中波在固定端的反射　94　
5.2　矩形脉冲载荷下可逆相变有限介质中相变波的传播　96
5.2.1　右端为自由面的有限介质中相变波的传播　96　
5.2.2　右端为固定端的有限介质中宏观相变波的传播　103　
5.3　不可逆相变材料中波在界面的反射　106　
5.3.1　自由面的反射　106　
5.3.2　固定端的反射　107　
5.4　动载下不可逆相变波在有限杆中的传播　108　
5.4.1　矩形脉冲加载下不可逆有限杆中相变波的传播　108　
5.4.2　突加载荷连续卸载下不可逆有限杆中梯度材料的形成　110　
5.5　相变引起金属靶板异常层裂的应力波分析　113　
5.5.1　传统层裂和“相变层裂”　113　
5.5.2　纯铁DT2和FeMnNi合金层裂实验结果简介　114　
5.5.3　本构模型和简化假定　117　
5.5.4　冲击相变对纯铁异常层裂影响的应力波分析　119　
5.5.5　FeMnNi合金　120　
5.6　相变材料等厚对称碰撞的层裂规律探索　122　
5.6.1　FeMnNi材料等厚对称高速碰撞实验　122　
5.6.2　FeMnNi合金等厚对称碰撞的相变层裂规律探索　124　
5.7　脉冲载荷下半无限相变杆（板）的异常反向层裂现象　127　
5.7.1　弹塑性半无限长杆受脉冲加载下的应力波响应　127　
5.7.2　半无限相变杆（板）中的异常反向层裂　127　
5.8　有限杆中不可逆相变波传播理论的应用　129　
5.8.1　相变Taylor杆实验　129　
5.8.2　实验结果与分析　129　
第6章　温度对相变波传播的影响　133　
6.1　实验装置和瞬态测温原理　133　
6.1.1　红外测温基本原理和装置　134　
6.1.2　温度标定和检验　135　
6.2　冲击下NiTi合金温度变化规律的实验研究　137　
6.2.1　试样和标定　137　
6.2.2　实验结果和分析　138　
6.3　相变波和温度界面的基本相互作用　140　
6.3.1　控制方程　140　
6.3.2　波系与温度界面的基本作用　141　
6.3.3　波系与温度界面作用的实验测试　148　
6.4　相变波在温度梯度杆中的传播　153
6.4.1　相变模型和基本方程　153　
6.4.2　具有单一固定温度界面杆中相变波传播的解析解　154　
6.4.3　温度梯度材料中相变波传播的数值方法　155　
6.4.4　温度梯度递增分布时的SME杆中相变波的传播　160　
6.4.5　SME杆温度递减分布时入射弹性波的传播和演化　168　
6.5　热力耦合作用下相变波的传播　173　
6.5.1　相变过程中的热效应　174　
6.5.2　相变波区域温度场的分布　182　
6.5.3　考虑热效应时相变波的传播　187　
第7章　一维薄壁管中拉（压）扭复合应力下的耦合相变波理论　194　
7.1　引言　194　
7.2　基本方程　195　
7.2.1　守恒方程　195　
7.2.2　混合相区的增量型本构方程　195　
7.3　复合应力加载下混合相区的耦合相变波理论　199　
7.4　混合相区耦合快波和慢波应力路径的分区特性　203　
7.5　薄壁管中耦合相变波的典型加载路径和波形　205　
7.5.1　典型路径1：突加扭转剪应力至混合相区　205　
7.5.2　典型路径2：预扭至混合相区再突加压扭载荷　206　
7.5.3　典型路径3：预扭至混合相区再突加拉扭载荷　207　
7.6　耦合相变冲击波理论　208　
7.6.1　耦合相变冲击波假设　208　
7.6.2　广义雨贡钮方程　209　
7.6.3　不同加载条件下的耦合相变冲击波　211　
7.7　耦合相变冲击波的数值模拟　215　
7.7.1　数值模拟理论　215　
7.7.2　材料参数和初始条件　216　
7.7.3　终态位于区域3的模拟结果　217　
7.7.4　模拟解和理论解的比较　222　
第8章　耦合相变波的薄壁管实验　224　
8.1　引言　224　
8.2　薄壁管压扭复合加载实验方法和原理　224　
8.3　率相关弹塑性薄壁管中的复合应力波　227　
8.3.1　钢管中的典型实验信号　227　
8.3.2　材料的几种动态弹塑性本构模型　229
8.3.3　模型预测和实验波形的对比　231　
8.4　NiTi合金薄壁管中的复合应力相变波　232　
8.4.1　预扭–纵向冲击实验的设计和信号预测　232　
8.4.2　NiTi管压扭复合冲击加载实验和初步结果　236　
8.5　拉扭复合加载技术　240　
8.5.1　实验原理　240　
8.5.2　实验装置　240　
8.6　304不锈钢管的预扭冲击拉伸实验　241　
8.6.1　纯冲击拉伸实验　241　
8.6.2　预扭冲击拉伸实验　242　
8.7　NiTi薄壁管中拉扭耦合相变波的实验研究　243　
8.7.1　NiTi合金薄壁管的纯冲击拉伸实验　243　
8.7.2　NiTi薄壁管的预扭–冲击拉伸实验　244　
8.8　NiTi合金薄壁管预扭冲击拉伸的数值模拟　245　
8.9　小结　246　
第9章　一维应变压剪复合加载下的相变波理论　248　
9.1　基本方程　248　
9.1.1　守恒方程　248　
9.1.2　本构方程　249　
9.2　混合相的特征波速解的理论推导　251　
9.3　典型的波系结构讨论　255　
9.3.1　相变临界条件　255　
9.3.2　相变临界条件为椭圆　257　
9.3.3　相变临界面交线为双曲线　259　
9.3.4　拉压不对称系数为0　260　
9.4　Escobar等的NiTi合金压剪复合冲击实验　262　
9.5　实验结果的进一步分析　264　
9.6　拉压不对称条件下反射波对剪切信号的影响　265　
9.6.1　分类　265　
9.6.2　类型一　268　
9.6.3　类型二　270　
9.6.4　类型三　271　
9.6.5　类型四　272　
9.7　综合两次实验考虑α的范围　273
第10章　压剪复合冲击下材料近界面的剪切失效及机制　276　
10.1　引言　276　
10.2　聚合物试件压剪冲击实验以及剪切波衰减现象　277　
10.2.1　压剪实验构型及测量原理　277　
10.2.2　聚合物试件中的剪切波衰减现象　280　
10.3　回收试样的显微观测和剪切失效物理机制的探讨　282　
10.3.1　偏光显微镜原理简介　282　
10.3.2　尼龙66的横向失效细观分析　283　
10.3.3　聚丙烯的横向失效细观分析　285　
10.4　理想弹塑性近似时的压剪复合波的解析解　286　
10.4.1　简介　286　
10.4.2　理论推导　287　
10.5　压剪复合加载过程中剪切波衰减的力学机制　294　
10.6　讨论　299　
第11章　横向冲击下梁中相变弯曲波的传播　304　
11.1　引言　304　
11.2　半无限长梁弹塑性弯曲波理论简介　304　
11.2.1　基本假定和方程　305　
11.2.2　弹性弯曲波　307　
11.2.3　塑性弯曲波　309　
11.3　矩形截面伪弹性（PE）梁的弯矩–曲率相变模型　313　
11.3.1　PE材料相变本构模型的简化　313　
11.3.2　PE梁弯曲变形假定　314　
11.3.3　PE梁截面内应力–应变分布和相边界的运动　315　
11.3.4　PE梁的弯矩–曲率