DNP基熔铸炸药的力学性能和失效准则

3,4-二硝基吡唑(3,4-dinitropyrazole,DNP)基熔铸炸药由于兼具高能量和高安全性,在含能材料领域具有广阔的应用前景,研究该炸药在不同应力状态下的力学性能和失效形式,将对其工程化提供理论和试验支撑。采用美国伊斯特朗(INSTRON)5965万能材料试验机、分离式霍普金森压杆对DNP基熔铸炸药典型配方进行准静态压缩力学性能、动态压缩力学性能以及准静态拉伸力学性能测试,分析添加剂(Cellulose Acetate Butyrate,CAB)含量、应变率等因素对力学性能的影响,研究DNP基熔铸炸药在准静态压缩、动态压缩和准静态巴西劈裂条件下的失效形式。研究结果表明:DNP基熔铸炸药的抗压强度整体随应变率的升高而增加;在准静态加载下,抗压强度随着添加剂含量的增加而降低,而在动态加载下则呈相反的变化趋势,当添加剂含量达到一定值时,熔铸炸药的抗拉强度显著提高;不同加载条件下DNP基熔铸炸药满足的强度失效准则不同,其中准静态压缩符合最大剪应力准则,动态压缩符合最大拉应变准则,巴西圆盘试验符合最大拉应力准则。

ZL114A铝合金本构关系与失效准则参数的确定

针对航空发动机机匣材料ZL114A铝合金,构建描述该材料在较大温度范围下大变形及失效行为的材料模型。通过万能试验机及分离式霍普金森压杆试验装置测试ZL114A铝合金在常温准静态、高温和高应变率下的力学性能,分析温度和应变率对材料流动应力的影响。采用有限元程序和优化算法反求25~375℃内材料的硬化参数,结合高应变率(1310~5964 s^(-1))下材料的动态行为关系,构建包含塑性应变、温度及应变率的经验型本构模型。开展缺口拉伸、缺口压缩等试验并建立相对应的有限元模型,获取材料在不同应力三轴度下的失效应变,标定分段形式的Johnson-Cook(J-C)失效准则参数。通过不同温度下的平板侵彻试验和数值模拟验证失效准则及其参数的有效性。结果表明,ZL114A铝合金具有明显的应变硬化、温度软化及高应变率强化特性;具有应力饱和特征的Hockett-Sherby(HS)硬化模型较为准确地描述材料大变形下的力学行为;构建的材料本构关系可以描述ZL114A铝合金在大应变、宽温度、高应变率下的力学行为;分段形式的失效准则具有预测不同温度下材料失效行为的能力。

基于GISSMO失效准则的1500 MPa热成形钢断裂失效模型分析

以CR1000/1500HS为研究对象,基于GISSMO断裂失效准则,设计表征不同失效形式的5种测试试样;基于万能拉伸试验机和DIC测试系统,获取不同试样拉伸过程的力-位移曲线和断裂时刻的极限塑性应变;基于LS-DYNA搭建各失效试样的仿真分析模型,提取各试样断裂区域的应力三轴度;拟合获得断裂失效曲线和塑性失稳曲线,迭代获取其他模型参数;采用车门防撞梁动态三点弯曲冲击试验和仿真模型对承载特性进行分析;对比GISSMO失效模型、传统应变失效模型与试验测试的力-位移曲线差异,以验证失效模型的准确性。结果表明:Swift和Hockett-Sherby混合硬化模型可准确描述材料的塑性变形行为,关键参数误差小于5%;GISSMO失效模型获得的车门防撞梁承载特性关键参数和承载力-位移曲线与试验测试结果保持一致,误差低于5%;而采用传统应变失效准则获得的结果误差较大,最大位移的误差达到30%;表明基于GISSMO失效准则的材料模型可以准确表征CR1000/1500HS的塑性变形行为及断裂失效行为。

高温下碳纤维复合材料动态力学性能及相关失效准则的研究进展

研究碳纤维复合材料的动态力学行为及其失效准则对于理解其性能至关重要,可以更好地预测材料在极端条件下的表现,从而提高其在实际应用中的可靠性和安全性。从力学行为特性和失效准则着手,归纳和总结了碳纤维复合材料在高温下的动态力学性能,指出应变速率和温度对材料动态力学行为的影响是当前研究的重点与难点。总结了现有的复合材料失效准则,并讨论了这些准则的适用性差异。指出温度和应变速率耦合环境下的力学行为研究、相关失效准则建立和基于多尺度分析方法数值模拟是今后研究的重点。

基于Hashin准则的单层板渐进失效分析

以Hashin准则作为复合材料单层板的失效判据,基于材料的参数退化准则,并考虑单层板的累计损伤,利用渐进失效分析方法对受单向拉伸的[0]16单层板进行损伤数值分析。数值分析结果与实验结果相当吻合,表明该方法预测单层板的损伤失效比较准确。在此基础上,运用该方法对含圆孔单层板的单向拉伸破坏进行了失效扩展仿真分析,计算了不同单层板的初始和最终失效载荷,揭示最终失效载荷与铺层角度的关系,这对进一步认识复合材料的失效机理有着重要的意义。

不同老化环境下粘接失效准则改进研究

文章通过筛选线性应力组合的方法建立了粘接结构失效准则,将失效准则嵌入到粘接接头仿真模型中,再通过试验与有限元仿真相结合的方法,验证了失效准则的准确性。对比试验与仿真结果,仿真模型展示了不同老化条件下胶层裂纹扩展及失效过程,与实物试验失效过程基本吻合;同时仿真模型计算得出的不同老化条件下失效峰值与试验测得的初始失效载荷相对误差均在20%以内。验证结果表明:该失效准则具有较高的准确性,可用于不同老化条件下粘接结构强度校核,具有较大的理论与工程应用价值。

立体车库钢结构失效模式分析简化模拟及失效准则

基于结构系统可靠性失效模式的概念 ,探讨立体停车库钢结构系统简化模拟方法 ,提出结构系统失效准则的合理性原则 ,即工程结构系统失效不能笼统地定义为结构系统蜕变为机构 ,而应定义为结构系统中某些关键元件失效后 ,整个结构系统失去继续承载能力或完成规定功能的能力。本原则不仅适用于立体停车库钢结构系统 ,而且对于其它结构系统也具有理论与实际指导意义。

基于J-C模型的Q235钢的失效准则

使用Instron材料试验机、霍普金森拉杆(SHTB)对Q235钢试件进行了不同温度下的准静态和动态拉伸实验,研究了温度、应变率及应力三轴度对Q235钢失效应变的影响,结果表明:Q235钢失效应变随温度的升高而增加,随应变率的增加而减小,随应力三轴度的增加先减小后增加再减小。基于实验结果对Q235钢J-C失效模型中的温度项进行了修正,并结合数值模拟提出了基于J-C失效模型的应力三轴度三分段式失效准则,通过Taylor撞击实验和数值模拟对给出的模型相关参量进行了验证,实验与模拟结果吻合较好。

基于不同失效准则的群桩可靠度分析

单桩可靠度分析是群桩可靠度分析的基础,但是由于各国采用的失效准则不同,得到的单桩极限承载力也不同,从而求出的单桩可靠度也不同,因此失效标准的选取对群桩可靠度影响很大。整理了国内外确定单桩极限承载力的失效准则,以国内习惯采用的s–lgt失效准则为基准,定义其他失效准则的偏差系数。同时利用群桩效应和偏差系数给出了不同失效准则下群桩可靠度的计算方法,为统一评价桩基安全提供了理论依据。算例分析表明:采用不同的失效准则得出的可靠度指标不同,且相差较大,但是群桩基础的可靠性并没有改变。因此,在衡量群桩基础的安全性时,要先确定采用的失效准则,仅利用可靠度指标的计算结果衡量基础的安全性会给工程带来安全隐患。另外群桩效应、系统效应、土体类别和承台类型对可靠度也有较大影响,在可靠度分析时,要对其进行充分的研究和分析。

核压力容器缺陷验收确定性准则的失效概率分析

在含缺陷结构完整性评定中,即使满足确定性分析要求,结构也会存在发生失效的可能。提出确定性缺陷验收准则所对应失效概率的分析方法,以计算在满足确定性分析要求的临界条件下结构的失效概率。采用该方法可以验证确定性缺陷验收准则是否能够满足结构的概率要求,也可依据概率要求指导确定性缺陷验收准则中安全系数的制定。针对ASME BPVC第XI卷中基于应力强度因子的缺陷验收准则,以正常降温工况和承压热冲击事故工况为例,对一典型含缺陷反应堆压力容器(Reactor pressure vessel,RPV)进行确定性分析和概率分析,得到相应工况下的临界裂纹尺寸及失效概率,并讨论安全系数对含缺陷RPV失效概率的影响。所分析案例表明,ASME标准中规定的安全系数在正常降温工况下尚不能保证RPV临界失效概率低于核安全的概率要求。

桥式起重机结构可靠性失效准则与剩余寿命评估准则

针对确定可靠性失效准则和剩余寿命评估准则时,未与起重机结构实际相结合的特点,笔者将机电类特种设备钢结构系统的可靠性分析失效准则与结构剩余寿命评估准则有机的统一起来,以桥式起重机结构系统为研究对象,确定了桥式起重机钢结构系统的具体失效准则,即从静强度、疲劳强度、刚度、整体稳定性、局部稳定性以及最大失效路径长度等多方面进行评价。通过对桥式起重机起重量摄动引起刚度失效比重变化结果对比,验证了结果的正确性。该方法可为起重机可靠性与剩余寿命评估做好前期准备,为机电类特种设备安全评估方法提供一条新理论新思路。

橡胶“O”形密封圈结构参数和失效准则研究

利用大变形、接触的非线性有限元理论建立了某固体火箭发动机密封结构的二维轴对称模型,用有限元软件计算出该结构在工作状态下的变形和应力。通过计算可知,在橡胶“O”形密封圈与上下法兰接触的位置产生最大的接触压应力,在密封槽槽口转角位置产生最大的剪切应力。对密封性能的各结构参数进行了分析,讨论了上下法兰张开间隙、初始压缩率、密封槽槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料等典型参数的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率对最大接触压应力的影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角半径对剪切应力影响明显。三维壳体结构的有限元分析结果表明,上下法兰在内压作用下产生不均匀的张开间隙,体现了三维结构的特点。不均匀的张开间隙与二维轴对称结果对比可知,以最小间隙作为设计间隙,二维轴对称分析模型可取代三维模型来分析该结构的密封性能。最后,确定了“O”形圈密封结构的最大接触应力和剪切应力失效准则。

枚举结构静强度广义可靠性主要失效模式的准则法

考虑模糊和随机因素的影响，提出广义可靠性的枚举结构静强度主要失效模式准则。此准则用模糊截集水平和置信水平定出的元件强度下限值代替原优化准则法中的强度均值，从而使得随机性和模糊性在元件强度变量中的影响得到充分的体现。

防止硫化氢应力腐蚀失效的EFC准则应用及验证

根据欧洲腐蚀协会 (EFC)关于防止SSC的失效准则 ,通过恒载拉伸及三点弯曲试验确定了国产低合金高强钢WH6 10D2的适用环境为含H2 S 10 0× 10 -6的酸性溶液 .同时进行了模拟压力容器现场工况条件的焊板系列试验 ,对EFC准则进行了有效性验证 .结果表明EFC准则有很好的应用价值 .

基于三种强度准则的PBX Ⅰ型裂纹尖端失效区研究

为了描述高聚物粘结炸药(PBX)裂纹尖端失效区域,采用Mohr-Coulomb、Twin-shear和Drucker-Prager强度准则,对PBXⅠ型裂纹尖端失效区进行研究,得到了描述PBX拉压不对称的裂纹尖端失效区表达式。研究表明,Drucker-Prager强度准则综合考虑了材料拉压比、平均应力及偏应力等因素,求解的裂纹尖端失效区相对最大。材料拉压比对裂纹尖端失效区有着显著影响,拉压比越小,材料拉压不对称越严重,裂纹尖端失效区越大。温度对PBX材料综合力学性能影响很大,60℃下裂纹尖端失效区较20℃下显著增大。

一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法

针对工程结构失效准则不确定性的时变可靠度问题,构造了一种考虑失效准则模糊性的时变可靠度分析方法,可处理模糊失效准则下抗力和荷载随时间变化的可靠性计算问题。该方法首先将模糊失效准则下的时变功能函数随机过程进行离散,然后应用模糊集基本理论,引入新的随机变量,得到不同时间段的等效功能函数,最终将模糊失效准则下的时变可靠性问题转化为常规的可靠性问题,通过一次二阶矩方法求解获得时变可靠度和失效概率。最后以某机械零件和齿轮传动为例,分别得出模糊失效准则下的时变可靠度曲线和失效概率曲线,验证了该方法的有效性。

机织物增强双层柔性复合材料拉伸异向性能及其失效准则

为进一步研究织物增强双层柔性复合材料的力学性能,对偏轴向试样的单向拉伸性能进行实验分析,研究了材料的拉伸破坏机制,并比较了2种强度失效准则下的预测值。结果表明:与机织物膜结构材料相比,该种材料表现出明显的拉伸异向性能;相对于Tsai-Hill强度失效准则,调和余弦级数强度失效准则可较好地适应各种破坏模式下失效强度的预测,且这种材料的拉伸性能指标之间表现出非同相特性。

拉伸条件下帘线/橡胶复合材料的失效准则

根据橡胶复合材料单向单层板的失效模式,提出了一个新的复合材料的失效准则,并通过尼龙6-帘线/橡胶复合材料单向单层板的双向拉伸试验数据,对失效准则进行了验证.结果表明,提出的失效准则完全可以用来预测帘线/橡胶复合材料单层板的拉伸失效.

杀爆战斗部破片冲击导致火炮身管失效的准则研究

研究了杀爆战斗部破片冲击身管引起管内鼓包导致身管失效的准则。采用量纲分析法对鼓包高度的影响因素进行分析,并建立了理论模型。以试验为背景建立了数值仿真模型,并进行了数值计算。采用最小二乘法对仿真结果进行回归分析,拟合得到了鼓包高度的计算公式。鼓包高度计算模型的计算结果与数值仿真结果比较一致。所建立的模型及给出的数据,对武器系统生存能力的分析和战斗部的设计与改进提供了参考数据。

复合材料强度准则在层合板失效预测中的适用性评估分析

对Tsai-Wu、Hashin及LaRC05等3种复合材料强度准则的预测能力及适用性进行了评估分析。首先对各准则进行了介绍和简要评述;然后在CCF300/5405及T300/QY8911材料体系下构建材料基本力学性能试验矩阵及层合板试验矩阵;并完成强度测试。最后依托有限元分析,以试验数据为基准,按照设定的评分标准对各强度准的预测精度进行了客观评估,分析了其适用性。结果表明:各强度准则均有不足,还待发展; LaRC05准则有着相对较好的综合表现; Hashin准则更适用于层合板拉伸强度计算。LaRC05准则更适用于层合板压缩强度计算。