泡沫铝动态力学性能的实验研究

本文主要利用分离式霍布金森压杆 (SHPB)对泡沫铝进行了三种应变率 (0 6× 10 3 s、1 0× 10 3 s和 1 9× 10 3 s)动态压缩实验。实验结果表明 :泡沫铝的动态应力 应变曲线也具有泡沫材料的动态应力 应变曲线的“三阶段”特征 ,并且应变率对其影响明显 ,流动应力随着应变率的增加而增加 。

骨料对混凝土材料冲击压缩行为的影响

利用大尺寸 Hopkinson压杆 ,以实验数据为依据 ,研究了四种不同骨料尺寸的普通混凝土材料和两种不同配比的钢纤维增强混凝土材料在冲击载荷下的压缩强度 ,从唯象的角度分析了骨料性质及其粒径对混凝土材料动态压缩性能的影响及可能的力学机理 ,为在工程上更好地利用混凝土材料提供一定的理论和实验的支持 .

有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型动态断裂行为的实验研究

采用尖槽式中心切口圆盘试件,在分离式霍布金森压杆试验装置上对有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型加载条件下的动态断裂行为进行了实验研究。结果表明,加载速率对有机玻璃的断裂行为有显著的影响,有机玻璃纯Ⅰ型和纯Ⅱ型断裂韧度的测试结果均表现出明显的加载速率相关性,且随着加载速率的增加而增大。

弹塑性材料裂纹扩展的动态J阻力曲线实验研究简介

为得到弹塑性材料裂纹扩展的阻力曲线 ,采用较大外径和较大韧带直径的周边切口短圆柱小试件 ,在自行研制的间接杆—杆型冲击拉伸试验装置上进行动态断裂和起裂止裂试验。采用数值分析提出的修正方法得到韧带面上的载荷 ,结合测得的裂纹嘴张开位移 (crackmouthopeningdisplacement,CMOD) ,推广Rice远场J积分公式来计算动态J积分 ;依据柔度变化率法确定起裂点 ,获得动态起裂韧度JⅠD。利用柔度标定法得到裂纹扩展轨迹 ;提出周边切口拉伸试件裂纹扩展阻力的动态 ^JM(t)积分表征的修正形式 ,从而得到弹塑性材料裂纹扩展至止裂前的阻力曲线 ,并对相关问题进行讨论。试验结果表明 ,修正后的 ^JM(t)可以作为裂纹扩展阻力的表征参量 ,不仅适用稳态扩展过程 ,对裂纹扩展较大时也是适用的 ;对弹塑性材料裂纹扩展阻力曲线是唯一的 。

泡孔尺寸对开孔泡沫铝合金力学性能的影响

在分离式霍普金森压杆(SHPB)和MTS810材料试验机上对多组孔径、多组密度的开孔泡沫铝合金(AA6101)材料进行了准静态与动态压缩实验研究。泡孔尺寸不仅影响着材料的屈服强度和塑性模量等,还影响着材料的应变率敏感性。另外,不同孔径的泡沫铝合金有不同的理想吸能效率。

泡沫材料的应变率效应

对泡沫材料的应变率敏感性进行了系统深入的讨论,认定这种材料是应变率敏感材料,这种敏感性主要是由于泡孔的变形特性产生的。泡沫材料变形的局部化、微观惯性和致密性导致压垮应力明显提高,基体的应变率效应及泡孔的形状大小并不能对泡沫材料应变率敏感性起主导作用。

两点应变测量法在SHPB测量技术上的运用

介绍了两点应变测量法在分离式Hopkinson压杆 (SHPB)测量技术上的运用。该方法通过测量一根压杆两个不同地方的应变 ,利用一个简单的反复过程将压杆中相对传播并叠加在一起的“右行波”与“左行波”分离 ,从而利用输入杆对试件的多次加载来研究软材料的动态力学性能。利用该方法计算所得的最大应变比利用传统SHPB测量技术得到的最大应变增大了 2～ 3倍。

A95陶瓷材料的动态压缩测试研究

为了得到陶瓷材料有效的实验结果,必须采用多种改进措施(PulseShaper、高强度和高刚度垫块、直接测试试样应变以及使用较大长径比的试样)来满足SHPB装置所要求的基本假设条件。研究以A95陶瓷的测试为例,通过数值模拟分析证明:针对陶瓷材料改进的SHPB装置,可以得到陶瓷材料的有效压缩应力 应变曲线和压缩破坏强度。但是在分析材料的压缩破坏强度时,必须排除劈开破坏的干扰。数值模拟研究发现,压缩测试中出现的劈开破坏是由卸载过程中出现的局部横向(沿直径)拉伸造成的拉伸破坏。在修正了弥散对压缩破坏强度的影响后,研究得到了A95陶瓷的压缩破坏强度为3.5GPa。A95陶瓷的高应变率压缩应力 应变曲线显示了良好的线弹性,并且曲线的斜率与杨氏模量相同。

纤维束张紧力缠绕复合材料飞轮的预应力简化分析

在纤维束缠绕时施加张紧力,使得固化成型后的飞轮内部形成一定的预加径向压应力,这是提高飞轮径向强度的有效方法之一。基于过盈配合的思想建立了计算张紧力缠绕导致的复合材料飞轮内部预应力和变形的简化模型和方法。通过算例分析发现:等张力缠绕产生的环向应力在半径方向上先减小后增大,径向压应力不断变小;变张力缠绕过程中,张紧力由小逐渐变大时,飞轮的径向压应力增大,径向强度提高;飞轮设计中仅仅依靠张紧力缠绕是不够的,还必须和固化成型后的厚壁筒之间的过盈套装一起来设计合理的径向预加压应力。

复合材料空心飞轮多环套装整体变形及应力简化精细分析

采用多环过盈装配是解决复合材料飞轮径向强度过低的有效途径之一。本文作者采用平面应力简化模型,提出了计及过盈配合后变形导致实际过盈量增大计算飞轮套装后的初终应力分布的方法;提出了基于叠加原理计算多环过盈装配旋转飞轮应力的方法;提出了保证飞轮旋转时配合界面不脱离的相关临界转速的概念和计算方法。算例分析表明:过盈配合后的变形对初终应力的影响不能忽略;过盈量和套装环数与飞轮的初终应力和相关临界转速有密切的关系。

混凝土材料冲击压缩试验中的一些问题

本文简要介绍了在大直径(Φ74mm)直锥变截面式SHPB实验装置上进行混凝土试件冲击压缩实验方法,以及实验过程中出现的试件应力均匀性问题.对于由方波加载造成的试件内应力波反射次数不够,导致应力分布不均匀的问题,我们提出了波形整形的思想,将矩形波改造成三角波,增加试件破坏前的应力作用时间以获得应力均匀;对于由杆与试件接触不平引起的应力分布不均,我们设计了万向头加以消除.在此基础上进行了一系列试验并得出了一些结论.

高温-高应变率下MB2合金的动态力学性能及变形机理

利用分离式Hopkinson杆实验加载装置,结合入射波整形技术,进行MB2合金不同初始温度、不同温度、不同应变率下冲击压缩实验。并利用获得的应力-应变数据,采用修正的Johnson-Cook本构模型,拟合MB2合金的本构关系。同时,利用金相分析方法,分别对回收试样的横截面和纵截面的晶粒的变形情况进行显微组织观察分析,解释MB2高温-高应变率下的变形机理主要是特定的滑移系上的晶粒经历了长大-滑移的变形机制。

计及复合材料飞轮内孔卸载影响的多厚环套装的简化分析

纤维束张紧力缠绕的复合材料厚环固化成型以后,再抽出缠绕芯轴形成空心环,这一过程称为内孔卸载。本文作者在飞轮多环套装初应力分析和张紧力缠绕飞轮初应力分析的基础上,进一步给出了计及纤维束张紧力影响和复合材料厚环内孔卸载影响的多环过盈套装的简化分析,并给出了计算复合材料飞轮总体初应力场和变形场的公式。算例分析表明:内孔卸载后,纤维束缠绕的复合材料厚环的应力场和变形场均有明显的变化;和多厚环过盈套装的方法结合起来装配飞轮,可以有效地增大径向压应力,缓和环向应力;内孔卸载使得装配中的真实过盈量相对初始设定过盈量有较大的改变,必须充分考虑。

D6AC钢的动态力学性能研究

利用SHPB实验技术 ,通过测定不同初始温度 ( 2 5～ 30 0℃ )和不同应变率 ( 10 2 ～ 10 3 /s)条件下D6AC钢的应力 -应变关系 ,确定了D6AC钢的本构关系。还利用 10 0mm轻气炮加载技术 。

低温环境下光纤位移传感器测试系统的实验研究

作者进行了光纤位移传感器在低温环境下的实验研究 ,分析了传感器的原理 ,测试了其室温、液氮温度下的静态传输特性 ,并进行了标定 .实验时采取的参考光强度补偿的措施 ,消除了光源、光纤衰减等波动对测试结果的影响 .利用本传感器系统测试了 1 9芯纯 Ag包套的高温超导带材 Bi2 2 2 3在液氮温度下的应力 -应变关系 ,以及应力 -临界电流之间的关系 ,结果与理论分析相一致 .实验结果表明 ,该传感器可以在液氮温度下正常工作 ,且具有测量范围大、测试精度高等优点 ,同时还克服了低温应变片仅能测试出复合材料基体或者包套应变的缺点 .

一种测定单向纤维增强陶瓷基复合材料组分“原位”弹性模量的方法

提出了一种将细观分析和宏观实验相结合的方法以测量纤维陶瓷基复合材料组分“原位”弹性模量,即利用混合率和Evans等导出的加载后卸载-再加载应力-应变曲线迟滞回环和组分材料力学性能之间的关系,反解出纤维的原位模量。将此方法成功地应用于C/SiC复合材料,初步结果表明此方法是行之有效的,还表明C/SiC复合材料中纤维的原位弹性模量有明显下降。

中心裂纹圆盘集中载荷作用下的应力强度因子

在无裂纹圆盘应力分量解析解的基础上 ,利用泰勒级数展开 ,并运用三角函数的倍角公式 ,得到了σθ、σrθ和σr幂级数展开式及其系数Aji的统一表达式 .然后 ,用权函数方法推导出Ⅰ +Ⅱ复合模式加载条件下中心裂纹圆盘试件应力强度因子KⅠ 和KⅡ 的计算公式及系数 fji 的统一表达式 ,可以解决任意相对裂纹长度或任意加载角(裂纹方向与载荷作用线夹角 )下 ,KⅠ 和KⅡ 的精确计算问题 .算例分析表明随着裂纹相对长度α的增大 ,计算应力强度因子时 ,必须取足够大的项数n(n>5 ) ,才能保证级数解的精度 ;对于中心裂纹圆盘试件 ,产生纯Ⅰ型裂纹的加载条件不随裂纹的相对长度而变化 ,而产生纯Ⅱ型裂纹的条件与裂纹的相对长度和加载角相关 ;此外 ,当实施纯Ⅱ型裂纹试验时 ,可根据实测的裂纹相对长度α ,计算出试验应设置的临界加载角θc.

卵形弹丸撞击下FRP层合板的侵彻和穿透

研究了卵形弹丸撞击下FRP层合板的侵彻和穿透性能,在局部化破坏模式假定的基础上改进了Wen提出的能量简化分析模型。改进模型仍假设弹体在侵彻过程中表面所受靶体的平均压力由靶体材料弹塑性变形所引起的静态阻力和速度效应引起的动阻力两部分组成,认为侵彻过程中靶体对弹的阻力不再是一个常数,而是与侵彻速度相关的函数。同时针对不同厚度靶板的破坏模式,建立了几种不同的侵彻和穿透模型。通过弹头长度与靶板厚度的比较,将侵彻过程分为部分侵彻和完全侵彻;穿透过程分为薄板穿透和中厚板穿透。并且根据不同的破坏方式给出了求解卵形弹丸的侵彻深度、残余速度和极限速度的预测公式。模型预测与实验数据进行了比较,发现侵彻深度和弹道极限速度的理论预测值与实验数据吻合得很好。

不同载荷和初始气压下滚动轮胎稳态温度场的测试与有限元分析

进行了转鼓试验下滚动轮胎稳态温度场的测试;采用试验与计算相结合的方法验证了轮胎在转鼓试验中的实际滚动状态为自由滚动状态;根据解耦的分析思想,进行了转鼓试验下滚动轮胎稳态温度场的有限元分析。用实测的轮胎内部点的稳态温度对有限元的分析结果进行了验证,二者的一致性表明了该分析方法的可靠性。着重讨论了轮胎载荷、初始气压等因素对轮胎稳态温度场的影响。结果表明:随着载荷的增加,整个轮胎的温度场都呈上升的趋势;随着初始气压的增大,轮胎胎侧区域的温度场呈下降的趋势;初始气压对胎冠区域温度场的影响较小。

准静态压缩应力-应变曲线测量方法的探索

本文介绍了用应变片直接测量材料的准静态应力-应变曲线的试验研究。在MTS810材料试验机上分别对93W、G50、砂浆等几种材料进行了准静态压缩试验。由于仪器的系统误差不能由MTSCod规准确的得到材料的真实的弹性变形。为此在试件的中部贴应变片得到材料的弹性变形,塑性变形仍旧由MTSCod规记录,从而得到试样的真实的应变,准确获得准静态压缩应力-应变曲线。试验结果表明:在试件中部贴应变片的方法能够准确得到该材料的杨氏模量;在试件两端垫块的刀口上安置Cod规可得到材料的应力应变曲线。两者的合理组合即可得到准确而完整的准静态压缩应力-应变曲线。试验中还发现准静态实验中试件的断面加工不平,偏心压缩等都会影响E的准确测量。