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中文摘要
为了研究模块化装药榴弹炮炮闩闭气环所用氯丁橡胶（PCR）的机械响应行为，使用通用试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）进行了单轴压缩实验，获得了不同温度和应变率下的应力-应变响应。实验结果表明，与其他聚合物材料相比，闭气环材料的应变软化和硬化效应并不显著；同时，应变率对机械响应的影响大于温度。随后，基于ZWT模型，提出了一个简洁的黏弹性损伤本构模型，包含十个待定参数，引入三个并联组分捕捉高应变率下的黏弹性响应，并将一个三参数威布尔函数整合进一步增强对损伤的描述。与ZWT模型相比，改进后模型能够有效描述闭气环材料在高应变率下的机械响应行为。本研究为进一步探讨弹膛密封问题对火炮发射的影响奠定了理论基础。
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https://doi.org/10.1016/j.dt.2024.05.003
主要结论
本研究通过应用SHPB装置、通用材料试验机及其他相关设备，对用作闭气环材料的氯丁橡胶进行了系统的实验研究。分析并讨论了应变率和温度对PCR机械性能的影响及其作用机制。基于朱-王-唐现象学模型和连续损伤理论，提出了一个非线性黏弹性本构模型，通过引入应变率和损伤的影响，精确捕捉PCR的机械响应行为。研究得出的主要结论如下：
1) 应变率对PCR的机械响应影响显著，而温度的影响相对较小。这可能部分解释了为什么PCR适合作为闭气环的材料。此外，还观察到应变率不仅影响初始弹性模量，还影响初始损伤，且两者的值都随应变率的增加而增加。因此，在瞬态密封条件下准确捕捉材料的机械性能至关重要。
2) 该分析深入研究了不明显的软化现象引起的伪屈服效应，以及不明显的硬化行为。两者都取决于应变率。需要强调的是，PCR在高应变率和低应变率下都表现出双线性响应特性。因此，在低应变率下获得的数据在分析瞬态密封问题方面的相关性较低。
3) 通过假设损伤与速率有关，开发并验证了一个结合应变率效应的非线性黏弹性本构模型。实验数据与模型预测结果之间表现出良好的一致性，最差的判定系数也超过了98%。该模型为准确分析闭气环在工作条件下的结构响应提供了坚实的理论基础。
本模型可提高对PCR 机械行为的理解，并为进一步研究炮膛密封问题对火炮发射的影响奠定理论基础。然而，动态实验结果需在严格控制一致温度的条件下获得。此外，还可以拟合应变硬化组分，而不是使用固定值作为参考应变，从而建立更精确的模型。
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编辑：陈微，曹文丽
审核：田丽
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《Defence Technology》是由中国兵工学会主办的科技类综合性学术期刊，目前已被SCI、EI、Scopus、中国科技核心期刊数据库、中国引文数据库核心版和瑞典开放获取指南等多家数据库收录，期刊主要发表基础理论、应用科学和工程技术领域高水平原创性学术论文，包括理论研究、数值模拟和实验研究类文章。
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