高速动态ZnS玻璃力学性能测试及分析

温庆荣,李 想,魏梦琦,刘宏旭,胡建飞

(华北光电技术研究所,北京 100015)

1 引 言

现有军用光电设备中,红外成像、红外制导、红外对抗、战舰导航、车载夜视、红外探测和红外瞄准等以红外应用为主的技术所占的比重越来越重要,而红外光学元件是红外光电系统中的关键部件。红外材料不仅需要具有良好的红外透过性能,要同时承受在高速飞行中雨水、沙尘和冰雹等颗粒物的冲击损伤和长期海面盐雾的化学腐蚀。

由于ZnS玻璃可透过可见光、激光到红外多个波段,因此在红外光电设备中得到广泛的应用。而ZnS属于特殊的脆性材料,力学性能参数并不唯一,而且不同批次的材料其力学性能差异也较大；并且在高速动态下,ZnS材料的力学性能会随着碰撞速度的增加发生变化。因此,本文通过设计试验方案对本批次的ZnS样件开展力学性能的测试,并针对试验结果进行数据分析,得出实际的力学参数,为后续的仿真分析提供真实的数据。

2 试验设计及方法

为了能够与试验的机器匹配,本文针对拉伸和压缩试验分别选用直径10 mm和直径5 mm的ZnS圆柱玻璃,高度均为4.2 mm,样件如图1所示。

图1 玻璃样件

2.1 试验矩阵

根据试验目标,设计的试验矩阵如表1所示。针对玻璃材料分别开展准静态、中高应变率下测试其压缩工况下极限应变、极限应力的试验。

表1 试验矩阵

2.2 试验方法和数据采集/处理

2.2.1 准静态试验方法

ZnS玻璃属于脆性材料,极限应变非常小,并且试验样本尺寸又比较小,在进行准静态压缩试验时,由于试验的压缩机的压头与被压缩的样本之间有一定的间隙,从试验机的位移数据来获得样件的应变数据不准确。……