碳/碳复合材料高温动态拉伸试验技术研究

为了满足碳/碳复合材料和高温动态拉伸试验需求,将大电流加热装置应用于旋转盘式霍普金森拉杆装置,以实现试验所需高温环境加热试样,并辅以水冷装置构成升温系统,同时使用红外测温装置检测和采集系统温度,共同构建碳/碳复合材料的高温动态拉伸试验系统,并采用数值分析模拟不同试样参数对温度均匀性的影响,确定试样尺寸参数。基于所得系统获取了碳/碳复合材料在室温~1 300℃的高温动态拉伸应力-应变曲线。试验结果表明,随温度上升,试样的破坏应变和应力均呈下降趋势。建立的高温动态拉伸试验系统可为开展碳/碳复合材料高温动态拉伸力学性能提供试验技术支持。

酸腐蚀对煤动态拉伸强度及能量耗散影响的试验研究

地下煤层经常受到酸性水腐蚀作用和开采爆破等动荷载扰动作用,为了研究酸腐蚀对煤动力学行为的影响,利用分离式霍普金森杆(SHPB)实验技术,对经过pH=2和pH=4的酸溶液处理的煤样进行动态拉伸试验,并基于X射线衍射技术(XRD)测试结果,探究酸对煤的损伤机理与力学性能之间的相关性。结果表明:煤的动态拉伸强度表现出显著的速率依赖性,而酸腐蚀会削弱这种速率效应,酸性越强,削弱作用越显著。加载速率相同时,不同煤样的拉伸强度大小关系为原煤>pH=4>pH=2。经酸腐蚀后的煤耗散能与耗散能增长率都有明显降低。XRD测试表明,酸对煤的损伤表现在其对煤中无机矿物及小分子有机物的去除作用,这将导致煤力学性能下降。

水-温循环作用下千枚岩的动态拉伸特性

为研究水-温耦合作用下0°层理倾角千枚岩的动态拉伸特性变化规律,分别对3组试样进行0、1、3、5、7、8、11次温度循环自然降温、温度循环冷水降温、干湿循环后,采用霍普金森杆试验装置对0°层理倾角千枚岩试样开展动态巴西劈裂试验,从动态拉伸应变曲线、动态峰值抗拉强度、动态弹性模量、能量分析与宏观破坏5个角度研究水、温劣化条件下千枚岩的动态拉伸特性。结果表明:千枚岩应力应变曲线包括极速弹性变形阶段、屈服变形阶段、破坏变形阶段;随着水-温循环次数的增加,千枚岩应力-应变曲线极速弹性变形阶段逐渐缩短,屈服变形阶段的应变增长率不断增大;千枚岩动态峰值抗拉强度呈负指数函数关系变化,耗散能比不断减小;水-温耦合条件下,千枚岩峰值抗拉强度、耗散能比普遍小于温度循环自然降温时;动态冲击下,千枚岩发生贯穿层理的张拉破坏,主要破碎为2块;随着水-温循环次数的增加,千枚岩主碎块发生沿层理面的张拉与穿层理面的剪切复合破坏,千枚岩碎块的平均尺寸不断减小;温度循环冷水降温条件下,千枚岩碎块的平均尺寸更小,且降幅最为显著。

基于动态拉伸的青少年体育舞蹈专项柔韧性训练方法

柔韧性作为体育舞蹈运动员的基本素质之一,对于提高舞蹈表现力和预防运动损伤具有重要意义。动态拉伸可以在提高运动员柔韧性的同时,增强其肌肉力量和协调性。文章阐述了在青少年体育舞蹈专项柔韧性训练中应用动态拉伸的具体方法,并提出了一些注意事项,旨在为青少年体育舞蹈专项训练提供创新且有效的训练策略,以促进青少年的全面发展。

高应变率下砂岩动态拉伸性能SHPB试验与分析

为研究高应变率下煤矿砂岩的动态拉伸性能,将岩样加工成厚径比为0.5的圆盘试件,利用直锥变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,采用6种冲击气压对试件沿径向进行加载,实施不同加载速率的动态劈裂拉伸试验,测试试件的动态拉伸应力和应变率。试验结果表明:砂岩试件的动态劈裂破坏形态满足巴西圆盘试验有效性条件,试件内的径向应力分布达到应力均匀性要求;分析试验实测波形和应变率效应,得出高应变率下煤矿砂岩试件的拉伸应力和应变率特性。在试验采用冲击气压范围内,试件平均应变率由48 s-1增加至137 s-1,平均应变率与冲击气压近似为对数函数关系,动态拉伸强度与平均应变率近似为乘幂函数关系。

3种岩石动态拉伸力学性能试验与对比分析

为研究不同岩性岩石动态拉伸力学性能的差异,选用岩石工程中较为常见且波阻抗差别较大的3种岩石:红砂岩、灰砂岩和花岗岩,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统分别对3种岩石巴西圆盘试件进行不同冲击速度下的动态劈裂拉伸试验,同时结合超高速数字图像相关(DIC)试验系统对试样表面应变场变化过程及其动态拉伸破坏过程进行了观测。对比研究分析了3种岩石的拉伸应变场和剪切应变场的动态演化规律,不同冲击速度和不同加载率下3种岩石的动态拉伸强度、拉伸敏感系数和破坏形态的变化规律,以及波阻抗对岩石动态拉伸力学性能的影响。研究结果表明:①3种岩石破坏形态的差异主要体现在圆盘试件两端的楔形局部剪切破碎区,且局部剪切破碎区面积受冲击速度的影响。②3种岩石动态拉伸强度随冲击速度和加载率的增大均表现出良好的线性增大的关系,且相同冲击速度下,花岗岩加载率和动态拉伸强度>灰砂岩>红砂岩。③红砂岩拉伸强度对加载率最敏感,花岗岩次之,灰砂岩敏感性最弱,且随冲击速度和加载率的增大,3种岩石拉伸敏感系数均呈线性增大关系。④相同应力波作用下,岩石的应力波传播过程、加载历史以及动态拉伸力学性能受岩石波阻抗影响,且几者之间存在递进影响的关系。

煤系砂岩动态拉伸破坏及能量耗散特征的试验研究

我国深部开采过程中,围岩处于显著的高应力扰动环境。动载作用下岩石拉伸力学特性的研究,是实现矿井围岩稳定性有效控制及安全生产的重要基础。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)试验系统,对煤层顶板砂岩进行动态巴西圆盘试验。研究结果表明:砂岩动态拉伸强度随加载速率的升高逐渐增强,这种依赖性在较高加载速率时更加显著;砂岩动态拉伸破坏经历主裂纹产生、微裂纹发育及裂纹相互贯穿3个阶段;随着加载速率的升高,试样破坏方式逐渐从单一张拉破坏逐渐发展为张拉破坏与局部剪切破坏共存,碎块平均体积逐渐减小,破坏程度逐渐提高;试验过程中,试样破坏所需的耗散能量随加载速率的升高逐渐增加,并且其占输入能量的比例逐渐提高,即砂岩破坏过程中能量利用率逐渐提高。

航空常用铝合金动态拉伸力学性能探究

利用分离式Hopkinson拉杆设备对五种航空常用铝合金2A12-CZ,2A12-M,2024-T351,7050-T74,7050-T7451进行了室温动态拉伸力学性能探究,并利用电子万能试验机对这五种材料进行了准静态拉伸力学性能测试,得到了五种铝合金在不同应变率下的拉伸真实应力应变曲线。试验结果显示:7050系列铝合金有较高的屈服强度,2A12M抗拉强度则最低。五种航空铝合金都表现出不同程度的正的应变率敏感效应,其中2A12-CZ敏感性最强,7050T7451敏感性最弱。五种铝合金动态拉伸失效应变明显大于准静态拉伸失效应变。2A12M与2024T351有较高的动态拉伸失效应变。在试验结果的基础上,选择Johnson-Cook本构模型,Cowper-Symonds本构模型来拟合这五种材料的动态本构,模型预测与试验结果吻合较好。

实现金属环动态拉伸的电磁加载技术研究

描述了实现金属环动态拉伸的电磁膨胀环实验方法,改进了快速放电和短路开关两个实现自由膨胀的关键问题,为研究材料本构关系、动态断裂和破碎提供了一条简单而实用的加载途径。主回路电流由Rogowski线圈测量获得,金属环的膨胀速度由狭缝扫描相机测量得到,并由电动力学方程可计算出金属环中的流动应力、应变、应变率以及温升等动态力学参数。

低应变率下混凝土动态拉伸破坏尺寸效应细观模拟

在混凝土静态破坏尺寸效应方面已取得了较完善的成果,而在动态破坏尺寸效应方面,包括其产生机制及对应的尺寸效应律的研究则非常匮乏。为探讨动态荷载作用下混凝土尺寸效应行为,从细观角度出发,结合混凝土细观结构特征,考虑动态加载下细观组分应变率效应的影响,建立了混凝土破坏行为研究的细观力学分析模型与方法。以双边缺口混凝土试件为例,对其在低应变率(10^-5 s^-1~1 s^-1)下混凝土动态拉伸破坏行为及尺寸效应进行细观数值模拟,并分析了应变率效应对动态破坏尺寸效应的影响。最后,结合应变率效应对强度及尺寸效应的影响规律—“强度增强效应”与“尺寸效应削弱效应”,在静态破坏尺寸效应律的基础上,建立了混凝土拉伸强度的“静动态统一”尺寸效应理论公式,并验证了理论公式的准确性和合理性。

高氮奥氏体不锈钢动态拉伸的SEM原位观察

利用动态拉伸台和SEM对两种高氮奥氏体不锈钢进行了动态拉伸的微观形貌原位观察 实验表明滑移和孪生在高氮奥氏体中同时存在;随着形变量的增加,晶粒内部的滑移线加宽,逐步成为微裂纹;而晶界的结合力较强,没有观察到沿晶断裂;氮的加入会产生固溶强化和间隙强化,增大点阵滑移的阻力,从而降低奥氏体不锈钢的塑性 随着氮含量的增加。

不同赋存深度新疆天湖花岗岩的动态拉伸力学特性研究

基于SHPB装置,进行了高放废物地质处置新疆预选区天湖地段花岗岩的动态拉伸力学特性试验,试验所用岩芯均取自于同一钻孔的不同深度处(深度范围为350 m^580 m)。测试结果显示:该花岗岩在加载率处于105 MPa/s这一中高等加载率下,其动态拉伸强度一般在15 MPa^35 MPa。并且随着加载率的提高,无论哪一赋存深度的花岗岩样品,其动态拉伸强度均随之增大,这说明了花岗岩的率相关加载效应特性。此外,对该花岗岩冲击破坏后的形态进行了观测,发现其加载破坏模式呈现拉伸破坏,与静态拉伸加载下的劈裂破坏特征基本一致。进一步分析试验数据,认识到花岗岩样品其动态拉伸强度之所以随着深度会产生增大或者减小的现象,是因为深部岩石其自身的物理特性已经发生了变化,从而造成了岩石力学特性随之发生改变。其密度、孔隙度等均不相同,正是这些物性的差异导致了其力学特性的差别。该研究的试验数据与理论可支撑于深部地下工程的爆破开挖及高放废物的深地质处置。

高强度纤维束的动态拉伸性能

用动态拉伸装置及薄臂杆组合夹头测试了5种高强度纤维(PBO,UHMWPE,Kevlar,Glass fiber S-2,Basalt)束的动态力学性能.动态拉伸和静态拉伸结果的对比表明,5种纤维束具有应变率效应.5种纤维束的动态抗拉强度均高于静态抗拉强度,除UHMWPE外动态断裂应变均大于静态断裂应变.应变率效应对5种纤维束动态拉伸失效应变的影响无统一的规律.

超高强铁素体-马氏体双相钢在动态拉伸变形条件下组织和性能研究

通过分段淬火连续退火实验,获得两组铁素体晶粒尺寸大致相同、马氏体体积分数不同的双相钢。选取应变速率为10-4s-1进行准静态拉伸实验;选取应变速率为500s-1和2250s-1在分离式霍普金森拉杆技术进行动态拉伸实验。利用动态因子、Feret比率等定量分析方法研究超高强铁素体-马氏体双相钢在动态拉伸变形条件下的组织和性能。结果表明:应变速率效应在双相钢的动态变形行为中主要起强化作用;马氏体体积分数越低的双相钢应变速率敏感性越大;相比抗拉强度而言,超高强冷轧双相钢屈服强度的应变速率敏感性更大。计算在应变速率为2250s-1动态拉伸变形下产生绝热温升分别为98K和89K,并抵消部分应变速率强化作用。

动态拉伸条件下TWIP钢的断裂机制

采用SEM检测了TWIP钢动态拉伸后的组织形态。结果发现,TWIP钢具有典型的延性断裂断口特征,其变形和断裂过程为微孔洞的形核、长大和聚合。含有第二相的TWIP钢的断裂机制为:第二相和奥氏体相界面聚合力的减弱或第二相本身加工硬化导致的开裂促使微孔形核,形变过程中产生的应力集中使微孔长大、聚合直至发生断裂。全奥氏体的TWIP钢的断裂机制为:形变过程中位错的运动受孪晶界的阻碍,形变孪晶与位错的交互作用使微孔形核于孪晶界处,应力集中使微孔长大、聚合直至材料发生断裂。

易碎型钨合金动态拉伸强度测试方法研究

针对易碎型钨合金具有高的动态压缩强度和低的动态拉伸强度这一特点 ,根据一维应力波理论设计一种测试易碎合金动态拉伸强度的实验方法 .该方法与传统的Hopkinson拉杆试验方法相比 ,克服了螺纹连接和试样截面形状变化带来的误差 ,提高了测试精度 .

静水压下热损伤大理岩动态拉伸特性研究

处于高温高地应力等复杂地质环境下的深部围岩,可能遭受爆破、地震等动态荷载影响,在岩石工程开挖区附近多导致张拉破坏,因此,研究热损伤岩石在不同地应力条件下的动态拉伸特性,在深部岩石工程中具有重要意义.选取均质细粒房山大理岩,利用自主研发的多功能分离式霍普金森压杆(SHPB)系统,进行4种温度(25℃、250℃、450℃、700℃)损伤梯度下,4种静水压环境(0 MPa、5 MPa、10 MPa和20 MPa)下,房山大理岩巴西圆盘试样动态加载试验.研究结果表明:①随着温度的增加,房山大理岩内部微裂纹增多,矿物成分由CaMg(CO3)2向CaCO3和Mg O转变,密度和波速均随着损伤温度的增加而逐渐降低;②静水压条件下试样拉伸应力曲线呈现为双峰特征,这主要是由于侧向围压的存在抑制了试样的劈裂,使试样拉伸破坏后继续承载造成的;③在固定围压环境下,各温度梯度下热损伤大理岩的动态拉伸强度均具有明显的率相关性;同时动态拉伸强度随着温度的升高而明显降低;④在固定温度下,围压的存在明显提高了房山大理岩动态拉伸强度,但拉伸强度的增幅随着围压的增加而减弱.此外,当试样的热处理温度超过450℃后,动态拉伸强度的围压效应小于25℃和250℃热处理情况.这可能与高温处理后的岩石在高围压状态下发生了脆性向延性转变有关.

花岗岩和混凝土动态拉伸性能研究

为了研究岩石类材料在高加载率下的动态拉伸性能,利用纯铜波形整形器改进后的分离式Hopkin-son压杆装置(SHPB),在不同加载率下分别对花岗岩和混凝土试件进行了动态巴西圆盘实验.基于实验结果,分析了岩石类材料的动态拉伸破坏时间、劈裂破坏模式、动态拉伸应变和拉伸应力的加载率相关性规律.通过对比研究表明岩石类材料在高加载率下抗拉强度的加载率敏感性远大于其抗压强度,混凝土的动态力学性能的加载率敏感性大于花岗岩.

动态拉伸实验数据处理方法的改进及应用

通过对反射式霍普金森拉杆实验技术进行分析,发现加载杆和承压环之间配合不够紧密时,在加载波到达承压环处可能出现影响实验结果的干扰信号。为了修正实验测试结果,编写了带有修正功能的实验数据处理程序对实验数据进行修正处理。利用带修正功能的数据处理程序对一种铝合金的动态拉伸实验结果处理,结果表明,新的数据处理程序得到的结果是合理的。

动态拉伸疲劳对SBR胶料网络结构和物理性能的影响

研究动态拉伸疲劳对未填充SBR胶料和白炭黑填充SBR胶料网络结构和物理性能的影响。结果表明,随着拉伸疲劳次数的增加,SBR胶料的交联密度减小,且白炭黑填充SBR胶料的交联密度大于未填充白炭黑SBR胶料;拉伸疲劳后SBR胶料产生共轭的端二烯基结构;随着拉伸疲劳次数的增加,未填充和白炭黑填充SBR胶料的物理性能先提高后下降;拉伸疲劳后SBR胶料的弹性模量降低,高弹态温度区间内损耗因子增大。