鸟撞高速飞机风挡若干问题的冲击动力学研究

对鸟撞飞机风挡的动态响应问题作了冲击动力学的分析研究。由航空有机玻璃在应变率10^(-4)s^(-1)～10~3s_(-1)和温度-60～100℃的试验研究表明其本构关系的应变率效应和温度效应是不可忽略的。由铸镁合金的试验研究则表明其表观的应变率敏感性与铸态缺陷所引起的试验数据分散性相比是可忽略的。用特征线数值法对撞击界面载荷特性的计算分析表明,撞击载荷与结构动态响应间的耦合作用是不可忽视的。

高应变率下计及损伤演化的材料动态本构行为

材料在高速变形过程中常常伴有不同形式的内部缺陷或微损伤的演化。大量的实验观察表明,损伤演化同时依赖于应变、应变率和温度,而且高应变率和低温之间有某种等价性。由此基于热激活机制,提出了同时依赖于应变率和应变的微损伤演化律,及相应的计及损伤弱化效应的率型本构关系。以聚丙烯/尼龙(PP/PA)共混高聚物为例,具体研究了其计及损伤演化的ZWT本构关系,并区分其率相关的本构响应及率相关的损伤演化响应。

应力波在用SHPB研究材料动态本构特性中的重要作用

在材料动态本构关系的研究中,不论是由波传播信息反求材料本构关系,即所谓解第二类反问题,还是利用应力波效应和应变率效应解耦的方法(如SHPB技术),应力波传播实际上都起着关键作用。在一般性讨论的基础上,就SHPB试验技术分析了应力波传播如何影响材料动态本构特性的有效确定。对于应力/应变沿试件长度均匀分布假定以及一维应力波假定,着重进行了分析。

强动载荷下结构的柔性防护和刚性防护

通过研究柔性防护和刚性防护方面的实例,结合作者的研究结果,对应力波效应和材料动态特性效应如何影响强动载荷下的结构安全防护进行了分析和讨论。研究表明,在研究强动载荷下的结构安全防护时,不论结构承受的是爆炸冲击波还是弹体的直接撞击,都应该考虑结构与周围介质中的波传播效应与材料的应变率效应,以及这两者之间的互相联系和互相耦合。

高聚物计及损伤演化的动态变形和断裂

实验结果表明:高聚物在高应变率下的率相关的变形过程通常伴随着内部损伤的演化,这种演化导致了高聚物的最后断裂.采用改进了的熔丝网络模型及蒙特卡罗随机方法进行的数值模拟以及基于热激活机理所作的分析,得出了率相关的损伤演化律.相应地导出了计及损伤的率相关的非线性粘弹性本构关系,以考虑损伤弱化效应.进而提出了一个动态断裂判据,其同时与应变、应变率相关.采用SHPB技术与反向传播神经网络相结合的新方法,进一步证实了上述主要结果.

ZWT非线性热粘弹性本构关系的研究与应用

回顾和介绍了源于高分子材料非线性热粘弹性本构特性研究的ZWT（朱玉唐）本构模型。该模型揭示了高聚物在跨越准静态到冲击动态8个量级应变率范围和大应变下的本构非线性来自纯弹性响应而其率相关响应基本呈线性；发现准静响应和高应变率响应分别由各自的特征松弛时间控制，而各自的影响域仅为4．5个量级应变率；在同时考虑湿度效应后发展了非线性热粘弹性本构模型，并建立了相应的时间／速率与温度间的互换／等效关系；实验证实ZWT方程对热固性塑料、热塑性塑料和高聚物基复合材料都适用，并可推广到混凝土；在研究了材料内部损伤在冲击大变形下的率相关抽伤学化律后，进一步提出了计及损伤率型演化的ZWT方程和相应的双变量（应变、应变率）动态破坏准则；基于ZWT方程研究了粘弹性波的弥散和衰减特性，指出存在一个由高应变率松驰时间占统治地位的“有效传播时间”或“有效传播距离”；进而一方面提出了一个确定高聚物在高应变下粘弹性本构方程的反问题解法，另一方面把传统的SHPB弹性压杆技术推广到粘弹性压杆，从而可对低波阻抗材料进行冲击试验研究。

聊聊动态强度和损伤演化

材料强度在传统上常理解为材料在外载荷下抵抗流动/变形和破断的能力。由流变阶段到貌似突发的破断,其实源于一个隐含的应变率/时间相关的损伤演化过程。动态损伤演化研究的难点在于损伤与流变总是耦合在一起发展的。研究发现,热激活损伤演化模型可成功描述材料宏观损伤的动态演化。在此基础上,从实测的含损伤演化的表观应力应变曲线,可将两者解耦分开,并可确定各自相关的材料参数。这一思路可推广到中医脉诊的客观化研究,通过脉搏波信息定量反演脉搏波系统的正常及病态本构关系,可诊断生命体偏离正常状态的程度(病情),这可视为一种广义的损伤演化和强度问题。上述思路还可推广到地震预报研究,即"对地球把脉"。与加卸载响应比理论相结合,通过相邻3处的地震波信息来反演地球相关板块含损伤演化的非线性载荷-响应曲线,再区分出损伤演化程度,将有利于改进地震预报,这可视为另一种广义的损伤演化和强度问题。

船桥碰撞过程引发的冲击动力学论题

对船桥撞击过程引发的几个冲击动力学论题进行了分析。研究表明:1为降低船撞力,应采用柔性(低的结构动态广义波阻抗)防撞装置;2撞击力所做的功,通过应力波传播转化为内能(变形能)与动能之和;而变形能中的不可逆部分愈高,防撞装置发挥的整体作用愈大,则愈有利于防撞装置发挥缓冲耗能作用。并且如何让船舶尽早结束撞击并带走尽量多的剩余动能,应是防撞装置设计的关键点;3黏性耗能可缓冲撞击过程、延长撞击历时,有利于防撞装置发挥整体作用,进而为船舶在低应力下转向滑离、从而带走尽可能多的剩余动能创造条件。因此,船撞桥防护装置的设计应该建立在如下的科学设计理念上:ⅰ低波阻抗意义上的冲击柔性,ⅱ缓冲撞击过程意义上的粘性耗能,ⅲ防撞装置能及早发挥整体作用,化撞击集中力为分布载荷,以及ⅳ让船尽早滑离而带走尽量多的剩余动能。以钢丝绳防撞圈为主要元件的柔性耗能防撞装置是这一防撞理念的工程应用实例,其有效性已为工程实践和实船撞击试验证实。

锥杆中应力波传播的放大特性

从变截面杆中一维应力平面波的无量纲控制方程组出发,采用特征线数值解法分析了应力波在锥形杆段中的传播特性,讨论了无量纲参数和对透射波放大系数和波形的影响,为应力波放大器的合理设计提供了理论依据。在Hopkinson压杆装置上对锥杆中的应力波传播进行了实验研究。理论分析计算和实验研究结果一致地表明原先由Leftheris提出的计算公式和有关结论是错误的。

材料微损伤在高速变形过程中的演化及其对率型本构关系的影响

材料在高速变形过程中常常伴有不同形式的内部缺陷或微损伤的演化。根据锆合金中孪晶演化，钛合金中绝热剪切带演化，以及铸镁合金、有机玻璃和水泥砂浆中微裂纹演化的实验观察，基于热激活机制，提出了同时依赖于应变率和应变的微损伤演化律，及相应的计及损伤弱化效应的率型本构关系。

爆炸与冲击载荷下结构和材料动态响应研究的新进展

对激波与高应变率现象的基础问题及应用国际学术会议 (EXPLOMET 2 0 0 0 )和第 2 0届国际理论与应用力学大会 (ICTAM— 2 0 0 0 )上有关爆炸冲击载荷下结构和材料动态响应的研究论文进行了回顾和综合分析。分别从应力波。

爆炸力学数值模拟中本构建模问题的讨论

就爆炸力学数值模拟中的本构建模问题的有关内容作了讨论,包括:波传播研究与材料的动态特性研究的相互依赖、容变律与畸变律的解耦与耦合、率型本构关系与失效准则、应变率效应与温度效应的等效性、加载本构关系与卸载本构关系以及流变过程与损伤演化过程的耦合等,并展望了今后的有关发展动向。

脉搏波本构关系实验研究的探索

脉搏波本构关系决定着脉搏波的传播特征。如何通过实验研究来确定脉搏波本构关系,以及如何通过这些方法从现有文献数据来获得脉搏波本构关系,是当前研究的核心之一。本文中探索了3个可行途径:(1)由实测脉搏波波速对压力的关系C(p)进行反分析(无创法);(2)直接对脉搏波p-V本构关系进行实测(有创法);(3)由一系列实测脉搏波波形进行Lagrange反分析(无创法)。采用上述方法,根据现有文献数据,发现由C(p)关系的Rogers-Huang简化式可推得指数型p(V)本构关系;由MK-Hughes式可推得对数型p(V)本构关系。脉搏波传播特性随非线性本构参数发生显著变化。按中医体质分类观点,相应的脉搏波本构关系原则上也有不同类型,因人而定。在这个意义上,脉搏波的Lagrange反分析具有广阔发展前景,但它对正确选择测点和提高测量敏感性和精度等方面提出了更高要求。

脉搏波系统的力学模型及反演兼对若干中医学问题的讨论

对脉搏波进行客观化定量研究,是我们面临的跨中医与西医、跨医学与数理学科的新挑战,是中国传统医学现代化发展的重点研究课题之一.本文遵循中医整体观点的传统思路,把脉搏波系统理解为生命能量以波的形式在血液中传播的整个系统,从连续介质力学的波动理论出发,为脉搏波系统建立一个等价的力学模型,并把力学反演方法推广发展到脉搏波.指出脉搏波是压力波P(X,t),质点速度波v(X,t)、比容波V(X,t)和内能波E(X,t)这些不同形式波动的总成.脉搏现象包含着血液的流动和在血液中以远快于血液流速之波速传播的携带能量的脉搏波.前者是人眼易见的实体血液的"物质流",而后者是人眼不易见、以波的形式传播的"能量流",可分别理解为中医的"血"和"气".脉搏波的传播特性由反映生命体整体系统的本构方程决定,就其重要性和地位而言,系统本构方程与中医的体质相当,应探索其内在联系.初步讨论了脉搏波系统本构关系非线性效应和黏性效应对脉搏波特性的影响.

冲击载荷下的材料动态失稳和动态屈服

对钛合金同时进行了绝热剪切带的显微观察和动态本构关系的宏观研究,发现材料在冲击载荷下的绝热剪切是一速率相关过程,而对应的热粘塑性动态失稳准则是一多变量准则,相联系地还讨论了材料在冲击载荷下的动态屈服准则和动态断裂准则,指出在给定环境温度下都类似地是双变量准则。

冲击载荷下高聚物动态本构关系对粘弹性波传播特性的影响

从广泛适用于工程塑料的ＺＷＴ非线性粘弹性本构方程出发，研究了冲击载荷下粘弹性波传播特性与本构特性间的相互依赖和影响。以有机玻璃、聚碳酸酯和环氧树脂为实例，通过数值模拟，对粘弹性波的传播特性作了分析比较。建议了一个在准静态试验基础上，通过测量粘弹性波两个主要传播特性参数（特征波速和衰减因子）来确定高聚物高应变率下动态本构方程的方法。理论预示和实验结果相符。

损伤引起的反向应变率效应及其对本构关系和热粘塑性失稳的影响

对于材料在高应变率下的应变率无关和应变率负敏感现象,本文根据铸镁合金的宏观与微观相结合的试验结果,提出了一个基于损伤弱化的反向应变率效应机制,并建议了一个计及这一反向效应的热粘塑性本构方程。由此可以解释材料的表观应变率强化、表观应变率无关和表观应变率弱化三类基本情况。相应地,随损伤引起的反向应变率效应的增强,热粘塑性失稳也有三种基本情况:或在更高应变率或更大应变下发生绝热剪切,或由临界ε—ε准则转化为临界应变准则,以及或在高应变率下不会发生绝热剪切。

聊聊动态塑性和黏塑性

固体力学研究者致力于具有应力-应变本构关系(以下简称为形变型本构关系)的变形体的力学响应研究,而流体力学研究者致力于具有应力-应变率本构关系(以下简称为流动型本构关系)的流动体的力学响应研究。当涉及结构和材料的动态塑性时,到底应该用“塑性变形”还是“塑性流动”来表示?本文从宏观塑性本构理论和微观位错动力学机理两个角度,分别讨论并指出塑性本构关系属于流动型黏塑性率相关本构关系,且同时适用于加载和卸载;因而不应该用应力-应变图来描述塑性加-卸载过程。弹塑性本构关系则是一种形变型和流动型本构关系的耦合。

高应变率下的率相关损伤演化及其对材料动态行为的影响(英文)

实验和数模结果都揭示动态损伤演化同时依赖于应变和应变率.基于热激活机理提出了一个新的损伤演化率和一个新的断裂准则.为确定材料的损伤参数,发展了两种途径:DM-ZWT途径和BP神经网络途径.两种途径的理论预示都与实验数据很好地相一致.

爆炸/冲击动力学学习研究中的若干疑惑

在爆炸/冲击动力学的学习研究过程中,“疑惑”是创新的前奏。本文中,与大家分享了我所经历的若干实例,包括:静力学平衡条件可以用于波传播分析吗?满足屈服条件(σeff=Y)就一定进入塑性了吗?ZWT方程的黏弹性松弛时间θ1和θ2为什么互相无关?有质量就有惯性吗?材料动态本构响应要考虑惯性效应吗?层裂是材料动态响应问题还是结构动态响应?塑性铰分析与波传播分析有相通的内在联系吗?