項(xiàng)大林,榮吉利,何軒,劉函,陳鵬萬(wàn),馮志偉

(1.北京理工大學(xué)宇航學(xué)院,北京 100081;2.北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081)

基于三維數(shù)字圖像相關(guān)方法的水下沖擊載荷作用下鋁板動(dòng)力學(xué)響應(yīng)研究

項(xiàng)大林1,榮吉利1,何軒1,劉函2,陳鵬萬(wàn)2,馮志偉1

(1.北京理工大學(xué)宇航學(xué)院,北京 100081;2.北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100081)

基于數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)方法搭建了三維動(dòng)態(tài)DIC方法測(cè)試系統(tǒng),利用沖擊加載實(shí)驗(yàn)設(shè)備,對(duì)噴涂散斑的鋁靶板進(jìn)行沖擊加載實(shí)驗(yàn),獲得了靶板的實(shí)時(shí)離面位移場(chǎng);并利用安裝在水靶艙壁面的壓力傳感器,測(cè)取了水中沖擊波壓力時(shí)程曲線;建立了針對(duì)沖擊實(shí)驗(yàn)的二維軸對(duì)稱仿真模型,分析了水靶艙內(nèi)沖擊波的形成與傳播過(guò)程以及靶板的動(dòng)態(tài)響應(yīng)變形進(jìn)程。研究結(jié)果表明,靶板的變形是由邊界向中心呈環(huán)形擴(kuò)展的,而且靶板極容易在法蘭約束邊界處出現(xiàn)剪裂現(xiàn)象。靶板實(shí)時(shí)變形與測(cè)點(diǎn)壓力時(shí)程的實(shí)驗(yàn)值與仿真值具有良好的一致性,這表明結(jié)合三維動(dòng)態(tài)DIC方法測(cè)試系統(tǒng)與等效加載設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的水下沖擊響應(yīng)分析研究工作。

爆炸力學(xué);水下沖擊載荷;鋁板;動(dòng)力學(xué)響應(yīng);三維數(shù)字圖像相關(guān)

0 引言

艦船、潛艇以及其他水下結(jié)構(gòu)極容易遭受諸如水下爆炸、彈體沖擊以及船體相互撞擊等水下沖擊載荷的沖擊毀傷,因此了解材料與結(jié)構(gòu)在水下沖擊載荷作用下的動(dòng)力學(xué)行為就顯得尤為重要[1-2]。水下沖擊載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的作用,涉及到大變形、流-固耦合、邊界非線性等問(wèn)題,相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究手段有限,缺乏相關(guān)產(chǎn)生水下沖擊載荷的實(shí)驗(yàn)設(shè)備與方法,過(guò)分依賴水池爆炸實(shí)驗(yàn),大大地制約了科研工作者對(duì)寶貴實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的獲取。當(dāng)前,較為熱點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)方法是利用高速撞擊充水容器獲得水中沖擊載荷,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)典型結(jié)構(gòu)與材料的水下沖擊響應(yīng)研究。該方法具有不使用炸藥、效率高而且在實(shí)驗(yàn)室范圍即可開展的優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。在沖擊實(shí)驗(yàn)的測(cè)試方法方面,基于數(shù)字圖像相關(guān)(DIC)方法作為非接觸光學(xué)測(cè)試方法[3-5],已經(jīng)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在沖擊動(dòng)力學(xué)方面的研究工作中。因此將考慮流-固耦合的沖擊加載設(shè)備與DIC方法相結(jié)合,研究典型結(jié)構(gòu)與材料在水下沖擊載荷作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng),將極為有意義。

James等[6-7]使用一種爆炸激波管裝置產(chǎn)生平面水下沖擊波,研究E-Glass/Epoxy材料的沖擊響應(yīng)與毀傷機(jī)理,實(shí)驗(yàn)時(shí)采用三維DIC方法,獲取了靶板的實(shí)時(shí)響應(yīng)曲線。Espinosa等[8]設(shè)計(jì)并采用水下沖擊加載實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)退火304鋼的水下沖擊性能開展了研究,并使用投影云紋法測(cè)取了靶板的實(shí)時(shí)響應(yīng)過(guò)程。Mori等[9-10]使用該裝置開展了一系列針對(duì)爆炸沖擊作用下輕質(zhì)點(diǎn)陣材料的變形和能量吸收特性研究。Avachat等[11]利用設(shè)計(jì)的水下沖擊加載裝置,著重研究了面板厚度對(duì)三明治板的水下沖擊性能。McShane等[12]研究了聚合物涂層對(duì)銅板遭受水下沖擊載荷時(shí)的強(qiáng)度增強(qiáng)作用,使用高速相機(jī)拍攝了薄銅板的4種典型毀傷模式。項(xiàng)大林等[13]也設(shè)計(jì)并搭建了基于撞擊產(chǎn)生等效水下爆炸沖擊載荷的實(shí)驗(yàn)裝置,并探討了水靶艙中沖擊波的形態(tài)。

本文基于DIC方法,搭建了動(dòng)態(tài)三維測(cè)試系統(tǒng),利用設(shè)計(jì)的等效水下爆炸沖擊加載實(shí)驗(yàn)裝置,對(duì)鋁板進(jìn)行沖擊實(shí)驗(yàn)與數(shù)值仿真研究,分析了靶板的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)行為與不同撞擊速度下鋁板的毀傷情況,為開展板類水下沖擊響應(yīng)分析提供了一種可行的實(shí)驗(yàn)方法。

1 實(shí)驗(yàn)方法和方案

1.1 水下沖擊加載裝置

水中沖擊加載實(shí)驗(yàn)裝置原理[8,13]如圖1所示,裝置的核心部分是一個(gè)內(nèi)部為圓錐臺(tái)形空腔的水靶艙:大口徑端內(nèi)徑152.4 mm、外徑292 mm,可安裝靶板;小口徑端內(nèi)徑 66 mm放置活塞,活塞厚22 mm,側(cè)面有凹槽,可加裝橡膠“O”型圈,用于密封水靶艙。小口徑端有一段長(zhǎng)76 mm的圓柱腔,均勻過(guò)渡到錐角為7°的圓錐腔。水靶艙側(cè)壁開設(shè)A、B、C 3個(gè)壓力傳感器安裝口,可實(shí)現(xiàn)對(duì)水中沖擊波壓力的測(cè)量。采用一級(jí)輕氣炮驅(qū)動(dòng)飛片撞擊活塞,根據(jù)一維彈性波理論,飛片在撞擊活塞的瞬間將產(chǎn)生應(yīng)力波,之后應(yīng)力波在活塞與水界面處反復(fù)透射與反射(飛片與活塞材料一致,且撞擊后分離)。透射到水靶艙內(nèi)的應(yīng)力波形成水中沖擊波,并且呈現(xiàn)具有峰值與類似指數(shù)衰減形式的波形,而且峰值與衰減時(shí)間分別受飛片的撞擊速度與活塞厚度控制[13]。水靶艙中的沖擊波以水為媒介向前傳播并最終作用在靶板上,最終實(shí)現(xiàn)流-固耦合條件下,對(duì)氣背靶板的動(dòng)態(tài)沖擊加載。

圖1 沖擊加載設(shè)備原理示意圖Fig.1 Schematic diagram of shock loading test setup

1.2 靶板與法蘭盤

實(shí)驗(yàn)靶板材料選用常見AL1060鋁板,厚度為3 mm,考核鋁板在遭受水下爆炸沖擊載荷時(shí)的動(dòng)力學(xué)行為與毀傷破壞模式。為了利用DIC方法測(cè)量靶板的實(shí)時(shí)變形情況,需要制作散斑:在靶板上噴涂啞光白漆作為底色,使用黑色記號(hào)筆在靶板上隨機(jī)涂寫黑色斑點(diǎn),如圖2(a)所示。使用法蘭可以將靶板固定在水靶艙大口徑端,如圖2(b)。法蘭內(nèi)徑約為152.4 mm,與錐形水靶艙大口徑端內(nèi)徑一致,也就是靶板的濕表面,即受沖擊表面。法蘭厚25.4 mm,采用42CrMo鋼制成,強(qiáng)度與剛度都很大,足以確保在沖擊實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不發(fā)生變形進(jìn)而影響靶板的變形。

圖2 靶板及其與法蘭示意圖Fig.2 Schematic diagram of target and flange

1.3 三維動(dòng)態(tài)DIC測(cè)量系統(tǒng)

圖3是本文搭建的三維DIC方法動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng),主要包括水中沖擊加載實(shí)驗(yàn)裝置、兩臺(tái)高速攝相機(jī)、光源,以及一臺(tái)控制相機(jī)并存儲(chǔ)靶板變形過(guò)程圖像的計(jì)算機(jī)。實(shí)驗(yàn)前仔細(xì)檢查并清潔靶板散斑場(chǎng)和鏡頭,保證靶面與鏡頭上無(wú)灰塵。將兩部高速攝影機(jī)分別固定在穩(wěn)定的支架上,調(diào)節(jié)兩臺(tái)高速相機(jī)之間的角度及其與靶板之間的距離,使兩臺(tái)相機(jī)處于水平并垂直于靶板表面。采用穩(wěn)定、均勻的光源照射到靶板表面。選擇鏡頭、光圈,調(diào)節(jié)焦距使得到的圖像清晰、大小合適,確保靶板散斑場(chǎng)中心基本處在拍攝區(qū)域中心位置。

2 靶板變形場(chǎng)

使用美國(guó)CSI公司研發(fā)的VIC-3D數(shù)字圖像處理軟件,處理計(jì)算實(shí)時(shí)散斑場(chǎng)。VIC-3D所用的DIC方法數(shù)字圖像相關(guān)技術(shù),是一種通過(guò)圖像相關(guān)點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比的算法:用兩臺(tái)高速相機(jī)拍攝不同時(shí)刻靶板變形的圖像,基于雙目立體視覺原理,在拍攝散斑區(qū)域追蹤到每個(gè)像素并與初始時(shí)刻對(duì)應(yīng)像素進(jìn)行三維匹配對(duì)比計(jì)算,得出所有像素點(diǎn)的三維位移與方向,并計(jì)算得出測(cè)試靶板的位移場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)。

圖3 三維DIC動(dòng)態(tài)測(cè)量系統(tǒng)Fig.3 3D DIC dynamic measurement configuration

2.1 離面位移場(chǎng)

圖4為初始鋁靶板中心區(qū)域的散斑圖,框內(nèi)的區(qū)域?yàn)檫x定的DIC方法計(jì)算區(qū)域,其中DIC方法計(jì)算子相關(guān)窗口大小為120 mm×46 mm.使用兩臺(tái)Photron SA5高速相機(jī)進(jìn)行拍攝,拍攝速率為50 000幀/s,即每隔20 μs拍攝一張變形圖片。選取不同時(shí)刻的變形圖像和初始圖像,然后利用VIC-3D軟件計(jì)算得到該區(qū)域的全場(chǎng)變形信息。

圖4 三維DIC方法動(dòng)態(tài)測(cè)量區(qū)域與計(jì)算域Fig.4 Dynamic measurement area and computational domain of 3D DIC method

圖5所示的是在97.7 m/s撞擊速度下,3 mm厚鋁板在不同時(shí)刻的離面位移場(chǎng),s為離面位移值,左圖是位移場(chǎng),右圖是計(jì)算區(qū)域的三維變形示意圖?？擅黠@觀察到,在t=0 μs時(shí),水靶艙內(nèi)水中沖擊波波頭達(dá)到鋁靶板,鋁靶板開始產(chǎn)生變形,隨著時(shí)間推移,鋁靶板變形逐漸增大,并最終維持在穩(wěn)定變形位置。從鋁靶板具體的變形過(guò)程可以看出,在未達(dá)到最大變形之前,鋁靶板的變形形式是由外緣圓周向圓心呈現(xiàn)環(huán)形增長(zhǎng)的,這說(shuō)明水靶艙內(nèi)的沖擊波載荷對(duì)鋁靶板的加載是均勻軸對(duì)稱的,沖擊波狀況較為理想。

2.2 應(yīng)變場(chǎng)

圖6是在97.7 m/s撞擊速度下,鋁板表面的應(yīng)變場(chǎng)分布情況。圖6(a)與圖6(b)分別是兩個(gè)方向的主應(yīng)變場(chǎng)ε1與ε2,最大主應(yīng)變出現(xiàn)在靶板中心區(qū)域,且呈現(xiàn)橢圓形式分布,長(zhǎng)軸與水平夾角分別約為145°與 45°,最大值分別為 0.041 1與 0.038 0.圖6(c)與圖6(d)分別是鋁靶板的x、y方向的拉應(yīng)變場(chǎng)εxx與εyy,最大值區(qū)域也都橢圓形分布,傾角分別為90°與0°.

圖5 97.7 m/s撞擊速度下不同時(shí)刻鋁板的離面位移場(chǎng)Fig.5 The out-of-plane deformation fields of Al plate at different times with impact velocity of 97.7 m/s

圖6 鋁靶板的應(yīng)變場(chǎng)Fig.6 The strain fields of Al plate

3 數(shù)值仿真

3.1 數(shù)值模型

使用AUTODYN軟件對(duì)鋁板的沖擊響應(yīng)過(guò)程進(jìn)行數(shù)值仿真研究,圖7給出了二維軸對(duì)稱有限元模型。采用正四邊形歐拉網(wǎng)格描述水靶艙內(nèi)部的水,網(wǎng)格尺寸0.5 mm;采用拉格朗日網(wǎng)格描述艙壁結(jié)構(gòu)、活塞與飛片以及靶板,網(wǎng)格尺寸均為1 mm.

圖7 鋁靶板沖擊軸對(duì)稱仿真模型Fig.7 2D axisymmetric finite element simulation model

3.2 材料模型

水靶艙材料選用與實(shí)際材料性能相近的STEEL4340;活塞與飛片選用淬火硬化處理的ST-4140.用Shock狀態(tài)方程描述水的沖擊壓縮特性,它實(shí)際上是一種Mie-Gruneisen形式的狀態(tài)方程:

式中:pH=[ρ0c0(1+μ)]/[1+(λ-1)μ]2;e為參考能量;eH=(pHμ)/[2e0(1+μ)].這里λ和c0為常數(shù),由沖擊波實(shí)驗(yàn)確定:D=λu+c0,D為沖擊波速度,u為波后速度;μ=ρ/ρ0-1,ρw、ρw0分別為水的密度和水的初始密度。水的Shock狀態(tài)方程參數(shù)如表1所示。

AL1060鋁靶板采用Linear狀態(tài)方程以及考慮應(yīng)變率效應(yīng)的Johnson-Cook屈服模型描述:

表1 水的Shock狀態(tài)方程參數(shù)Tab.1 Parameters of shock equation of state for water

表2 AL1060的Linear狀態(tài)方程參數(shù)Tab.2 Parameters of linear equation of state for AL1060

表3 AL1060的Johnson-Cook屈服模型參數(shù)Tab.3 Parameters of Johnson-Cook yield model for AL1060

3.3 仿真結(jié)果

圖8給出了靶板的整個(gè)響應(yīng)變形過(guò)程以及空穴的產(chǎn)生位置。以飛片即將撞擊到活塞時(shí)刻為時(shí)間的零起點(diǎn),如圖8(a)所示;飛片撞擊活塞后,應(yīng)力波反復(fù)透射與反射,在水靶艙中形成帶狀壓力脈沖,如圖8(b)所示;大概在t=280 μs時(shí)沖擊波壓力達(dá)到靶板,并在t=300 μs時(shí)產(chǎn)生明顯的變形,而且這種變形具有一個(gè)特點(diǎn),即法蘭固定的邊界處產(chǎn)生很明顯彎曲變形,如圖8(c)所示;在t=450 μs時(shí),靶板中心出現(xiàn)空穴,如圖8(d)所示,這是因?yàn)榘邪遄冃闻c沖擊波反射聯(lián)合造成的;隨著靶板的變形與沖擊波的反射,在水靶艙邊緣位置也出現(xiàn)了空穴,如圖8(f)所示。從整個(gè)數(shù)值仿真結(jié)果來(lái)看,飛片在第一次撞擊活塞后就與活塞分離。

4 結(jié)果分析

4.1 直徑不同位置的變形值

圖9是根據(jù)DIC方法計(jì)算域的變形場(chǎng),獲得的不同時(shí)刻鋁靶板徑向的變形歷史與仿真值的對(duì)比。圖9中x是指以靶板圓心為原點(diǎn)且過(guò)靶板圓心水平線上的位置點(diǎn),將沖擊波剛剛到達(dá)靶板時(shí)刻看成時(shí)間零起點(diǎn)。從圖9可以看出,實(shí)驗(yàn)值與仿真值基本吻合,在前期,靶板的變形是由外向內(nèi)過(guò)渡的,此時(shí)靶板的形狀類似于 “M”形狀的回轉(zhuǎn)體,即中心凹陷,距離圓周邊界一定距離處凸起,這與DIC方法測(cè)試結(jié)果一致。在t=720 μs左右時(shí),鋁靶板達(dá)到了最大變形,之后又出現(xiàn)微小的“回彈”現(xiàn)象,后期仿真得到的靶板外圍變形較實(shí)驗(yàn)值偏小。

圖8 v0=97 m/s時(shí)水的壓力云紋圖與靶板的變形過(guò)程Fig.8 Pressure contours and deformation of Al plate obtained from simulation with impactvelocity of 97.7 m/s

圖9 靶板沿徑向變形歷程的實(shí)驗(yàn)值與仿真值對(duì)比Fig.9 Comparison between experimental and simulated specimen deflections with impactvelocity of 97.7 m/s

4.2 水中沖擊波壓力

圖10反映的是使用壓電傳感器在水靶艙側(cè)壁兩個(gè)測(cè)點(diǎn)B點(diǎn)與C點(diǎn)測(cè)得的水中沖擊波壓力時(shí)程曲線與仿真值的對(duì)比。當(dāng)飛片撞擊速度為v0時(shí),假定波陣面動(dòng)量守恒,則測(cè)點(diǎn) B、C的壓力峰值[9-10]應(yīng)為

式中:S與F分別是活塞與水的波阻抗;D0是水靶艙小端口直徑;DB與DC計(jì)分別是測(cè)點(diǎn)B、C所在位置的水靶艙腔體直徑。

從圖10也可以看出,實(shí)驗(yàn)測(cè)量的B、C兩側(cè)點(diǎn)的峰值壓力分別為48.64 MPa與28.00 MPa,仿真值分別為45.4 MPa與30.7 MPa,理論值、實(shí)驗(yàn)值以及仿真值三者基本一致,誤差在12%以內(nèi)。從沖擊波波形來(lái)看,仿真波形與實(shí)驗(yàn)波形十分相似。由于C測(cè)點(diǎn)距離靶板較近,當(dāng)沖擊波作用在靶板上之后,會(huì)很快產(chǎn)生反射波,因而在C測(cè)點(diǎn)壓力時(shí)程曲線上體現(xiàn)出兩個(gè)波峰,第二個(gè)波峰即為反射波峰值。

圖10 壓力傳感器測(cè)量的壓力時(shí)程與仿真預(yù)測(cè)壓力時(shí)程對(duì)比Fig.10 Pressure histories measured by pressure transducer and predicted by finite element simulation

4.3 鋁靶板永久變形

圖11 130.8 m/s撞擊速度下3 mm厚鋁靶板的永久變形Fig.11 Permanent deformation of Al plate with impact velocity of 130.8 m/s

圖11是v0=130.8 m/s時(shí)3 mm厚鋁靶板的永久變形狀況。圖11(a)與圖11(b)反映出鋁靶板具有良好且均勻平滑的變形形貌,水介質(zhì)較好的將沖擊載荷傳遞并作用在靶板上;在法蘭夾持約束的內(nèi)邊緣位置,如圖11(d)與圖11(e)所示,存在明顯的邊界剪切撕裂現(xiàn)象,可以預(yù)知,如果沖擊速度較大時(shí),這個(gè)位置將極容易出現(xiàn)進(jìn)一步的撕裂破壞,致使受沖擊面整體撕裂脫落。此外,用于固定的螺孔形狀產(chǎn)生變化,形成橢圓形狀,這說(shuō)明法蘭的夾持與螺栓都是形成固定邊界的重要組成部分,但需要說(shuō)明的是這種固定邊界并不是嚴(yán)格意義上的固定邊界。

4.4 撞擊速度的影響

為了考察撞擊速度,即水中沖擊波壓力對(duì)鋁靶板變形與毀傷的影響,分別針對(duì)3 mm厚與6 mm厚的AL1060鋁靶板進(jìn)行了共10次沖擊實(shí)驗(yàn),表4是實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總結(jié)果。從表4可以看出,在靶板厚度不變的情況下,隨著撞擊速度v0的增大,到達(dá)鋁靶板的沖擊波壓力峰值ps越來(lái)越大,靶板的最大離面位移值sm也逐漸增大。當(dāng)v0超過(guò)130 m/s時(shí),在靶板與法蘭接觸邊界處發(fā)生邊界剪裂的情況。這種情況的出現(xiàn)應(yīng)該是兩種因素造成的:一方面是因?yàn)榉ㄌm內(nèi)孔處的倒角不大,過(guò)于尖銳;另一方面是由于靶板受沖擊變形較大,邊緣變薄,致使該位置更容易撕裂破壞。

表4 不同撞擊速度下鋁靶板的變形毀傷情況Tab.4 Deformation and damage of Al plate at various impact velocities

Xue等[14]給出了用于評(píng)估靶板遭受的沖擊載荷的無(wú)量綱化沖量^I:

對(duì)鋁靶板受到的沖量與最大變形值無(wú)量綱化處理,得到了鋁靶板無(wú)量綱沖量 ^I與無(wú)量綱最大離面位移sm/r(r為受沖擊面半徑,r=76.2 mm)之間的關(guān)系,如圖12所示。隨著沖量 ^I的增大,鋁靶板的最大離面位移逐漸增大,在未發(fā)生邊界剪裂前,最大離面位移與無(wú)量綱沖量基本呈線性關(guān)系;當(dāng)沖量^I≥1.61后,3 mm厚鋁靶板開始在與法蘭約束邊界處因變形較大而產(chǎn)生的局部剪裂,此時(shí)最大離面位移約為22.9 mm.

圖12 不同沖量作用下靶板無(wú)量綱化最大離面位移Fig.12 Normalized maximum deflection sm/r for different normalized momentum impulse^I

5 結(jié)論

基于DIC方法,搭建了三維動(dòng)態(tài)DIC方法測(cè)試系統(tǒng),使用水中沖擊加載實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)鋁板進(jìn)行了沖擊實(shí)驗(yàn),并進(jìn)行了仿真驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,結(jié)合三維動(dòng)態(tài)DIC方法與實(shí)驗(yàn)設(shè)備基本能夠滿足對(duì)氣背平板類結(jié)構(gòu)的水下沖擊響應(yīng)分析研究,測(cè)試系統(tǒng)能夠測(cè)得靶板的實(shí)時(shí)離面位移場(chǎng)與應(yīng)變場(chǎng)。對(duì)鋁板的沖擊實(shí)驗(yàn)與仿真研究均表明,靶板變形前期是由邊界附近向圓心呈現(xiàn)環(huán)形增長(zhǎng)的,并且在法蘭約束處極容易出現(xiàn)靶板的邊界剪切撕裂破壞形式。

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Dynamics Analysis of AL Plate Subjected to Underwater Impulsive Loads Based on 3D DIC

XIANG Da-lin1,RONG Ji-li1,HE Xuan1,LIU Han2,CHEN Peng-wan2,FENG Zhi-wei1
(1.School of Aerospace Engineering,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China; 2.State Key Laboratory of Explosion Science and Technology,Beijing Institute of Technology,Beijing 100081,China)

A three-dimensional dynamic digital image correlation(DIC)test system is set up based on the digital image correlation(DIC)method.The dynamic response experiment of AL1060 plate with speckles is conducted using the underwater impact loading device,and the out-of-plane displacement of Al target is obtained.The pressure-time histories of shock wave are measured by dynamic high-pressure transducers mounted on an anvil.A two-dimensional axisymmetric simulation model is established,and the formation and propagation of shock wave in water and the deformation process of Al plate are analyzed.The investigation shows that the deformation growth of the target presents an annulus expanding from the boundary to the center,and a shear cracking phenomenon easily appears at the constraint boundary.The calculated real-time deformation of target and the shock wave-pressure history are well in agreement with the experimental data,which confirms that it is feasible to study the underwater shock of platestructure using the underwater impact loading device in combination with 3D DIC.

explosion mechanics;underwater impulsive load;Al plate;dynamics response;3D DIC

O348

:A

:1000-1093(2014)08-1210-08

10.3969/j.issn.1000-1093.2014.08.012

2013-10-13

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(11272057);國(guó)家自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目(51209042)

項(xiàng)大林(1985—),男,博士后。E-mail:xiangdalin1985@sina.com;榮吉利(1964—),男,教授,博士生導(dǎo)師。E-mail:rongjili@bit.edu.cn