纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结特性试验研究

目的探究纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结特性。方法分别开展准静态拉伸试验、界面法向和切向黏结强度试验。采用超弹性理论,分析纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶材料的拉伸行为,采用双线性和指数内聚力模型,分析纳米Fe_(3)O_(4)增强与铁氧体的界面破坏行为。结果通过拉伸试验获得了不同纳米Fe_(3)O_(4)含量的硅橡胶的工程应力应变曲线及两参数Mooney-Rivlin模型,小变形范围的模型误差在1%以内,大变形范围的最大误差为3.8%。通过界面强度试验,获得了不同纳米Fe_(3)O_(4)含量的硅橡胶和铁氧体界面的法向和切向力-位移曲线、黏结强度和界面断裂能,得到了界面法向和切向黏结强度内聚力模型参数。结论随着纳米Fe_(3)O_(4)含量增加,硅橡胶的拉伸强度增加,界面法向黏结强度和断裂能增大,而切向黏结强度和断裂能变化不显著。双线性内聚力模型更适合作为纳米Fe_(3)O_(4)增强硅橡胶与铁氧体的界面黏结强度表征模型,界面法向和切向黏结强度变化规律与实测值的吻合程度更高。

宽相对密度范围TPMS结构材料等效弹性模量研究

在宽相对密度范围内,为研究结构参数和相对密度对于TPMS结构材料(即胞元结构)的几何特征和等效弹性模量的影响,针对4种典型的TPMS结构材料,建立三维数字模型,进行单轴压缩试验与有限元模拟。结果表明:结构参数不仅可以直接调控其胞元结构的几何特征,也可以通过相对密度作为中间变量,间接调控结构材料的等效弹性模量;等效弹性模量与相对密度随着结构参数的增加而增加,并在开闭孔转换的位置附近发生一定变化。研究结果可为TPMS结构材料的设计与应用提供指导与依据。

基于XFEM与Cohesive模型分析PBX裂纹产生与扩展

利用扩展有限元法(XFEM)分析PBX-9502带孔板状试件在整体压缩下由局部裂纹萌生到裂纹扩展全过程的开裂破坏机理。采用应力状态相关的强度面、非关联流动法则及Cohesive模型,描述了材料在复杂应力状态下的非线性本构行为以及材料的破坏行为。进行了数值模拟结果与美国洛斯阿拉莫斯国家实验室(LANL)试验结果的对比。结果表明,含孔洞的平板在整体压应力环境下孔洞周围产生局部拉伸应力,这种拉伸条件导致局部裂纹萌生。数值模拟的裂纹发展趋势与试验结果相吻合,包括裂纹时程的整体走势和拐点、启裂时刻、裂纹初期扩展速度等。基于扩展有限元方法和内聚模型法,可模拟高聚物粘结炸药(PBX)含能材料的裂纹萌生、扩展。

撞击作用下泡沫铝填充结构吸能特征

泡沫铝是由金属铝制成,由于铝具有较低的强度,导致泡沫铝本身的承载能力和吸能特性受到局限。典型的抗振吸能结构是泡沫铝填充结构或夹芯结构。采用实验和数值模拟方法分析了泡沫铝填充结构在冲击作用下的变形特征与吸能特性。研究表明,填充结构中钢制圆柱壳在整个冲击吸能过程中占主要地位,它与泡沫的相互作用使得变形过程中的能量吸收和初始失稳载荷随冲击速度的提高而增加;当钢制圆柱壳的壁厚增加时,峰值塌陷载荷和总的吸能也提高。在100 kg范围内,冲击质量对初始峰值塌陷载荷的影响不大。由于钢壳是主要的承载和吸能部件,要想提高泡沫铝填充结构的吸能特性,需要合理地设计泡沫密度与钢壳厚度,充分利用它们之间的相互作用关系。

2169钢细观损伤参数识别

采用Gurson模型对材料在拉伸状态下的颈缩、损伤与破坏过程进行分析。应用有限元数值模拟、最优化算法和实验研究相结合,对材料参数进行优化识别。将获得的Gurson损伤参数应用于2169延性金属材料在拉伸状态下的破坏分析。

缺口试件拉伸试验中的材料失效函数确定方法

为了能合理建立材料的失效函数,基于变形路径对延性损伤破坏影响的研究结果,结合数值模拟和优化方法,对几种典型缺口试件的拉伸颈缩破坏试验进行了分析,给出了缺口试件拉伸试验中的失效函数的计算方法.

聚合物材料损伤理论

本文研究了外界环境如载荷、温度、湿度、辐射、腐蚀介质、非相容介质等对聚合物材料变形的影响，给出了微分型和积分型损伤演化方程；讨论了非线性弹性体和非线性粘弹性损伤变形以及腐蚀损伤·给出了粘弹性损伤变分原理·

45钢动态塑性本构参量与验证

运用静态实验机和SHPB装置,对45钢在常温～750°C、应变率为10 -4 ～10 3 s -1 下的力学行为进行了研究,拟合得到了Johnson-Cook本构模型参量.开展了Taylor圆柱撞击的火炮实验,运用LS-DYNA进行了相应的数值模拟,通过二者的比较对本构模型参量进行了验证,表明所得模型参量可以较好地描述材料在高速变形下的大应变力学行为.

SHPB系统圆柱形试件的惯性效应分析

在对分离式Hopkinson压杆 (SHPB)实验系统试件惯性效应分析的基础上 ,增加了界面摩擦做功对试件惯性效应影响的分析 .在理论分析的基础上 ,就如何减小摩擦效应、惯性效应对实验结果的影响 ,对SHPB试件尺寸比例的设计以及摩擦系数的选取作了进一步的分析 ,另外还对SHPB实验过程中 ,试件两端应力平衡情况做了初步的讨论 .

45钢的J-C损伤失效参量研究

为了在结构碰撞效应的有限元分析中描述材料行为,通过开展45钢在不同应力状态和温度下的准静态材料力学性能实验及拉伸SHB实验,考察了应力状态三轴度、温度和应变率对材料失效应变的影响。由实验数据得到了Johnson-Cook失效模型参量,并通过出现失效的Taylor撞击实验和数值模拟进行了一定的验证,表明模型描述与实验结果的趋势一致。

强动载荷下金属材料塑性变形本构模型评述

爆炸、高速冲击等强动载荷作用下金属材料塑性流动的本构模型研究是冲击动力学领域备受关注的课题。近几十年来的研究成果极大地推动了冲击波物理、冲击动力学、材料科学等领域的发展.本文对金属材料塑性变形动力学数值计算中重要的、得到普遍应用的本构模型进行了回顾和评述,进一步明确其适用范围、优点和不足,为冲击载荷下材料响应的数值模拟对本构模型的选取提供参考.其中最新的、适用范围最广的PTW本构模型应给以特别地关注,其研究方法及应用前景都值得我们借鉴和期待.

三种加载方向下云杉静动态力学性能研究

利用INSTRON和Hopkinson压杆对含水率为12.72%,密度为413 kg/m^3云杉木材试件沿顺纹、横纹径向和横纹弦向进行准静态和动态压缩实验,获得了云杉木材3个方向的抗压模量、准静态压缩应力应变曲线和3种应变率下的动态应力应变曲线.结果表明云杉木材沿顺纹方向加载破坏形式表现为木材纤维轴向屈曲、褶皱;横纹径向和弦向加载失效行为表现为木材纤维间的滑移破坏.云杉顺纹方向抗压弹性模量最大,分别约为横纹径向抗压弹性模量的21倍和横纹弦向抗压弹性模量的32倍;横纹径向和弦向准静态压缩屈服应力基本相等,试件沿顺纹方向准静态压缩屈服应力约为横纹径向和弦向屈服应力的9倍;动态压缩屈服强度具有率敏感性,在应变率为500～1 000 s^(-1)动态压缩实验中顺纹、横纹径向和弦向动压屈服强度均随着应变率的增加而显著提高.同时对不同方向压缩下木材胞壁失效行为进行了理论分析,表明产生完全压缩失效的平均极限载荷与胞壁屈服强度、胞元结构和产生的褶皱长度相关.

SHPB系统试件恒应变率加载实验方法研究

为了获得材料准确的动态力学性能参数,提出了两种对试件实现恒应变率加载的实验方法:双试件SHPB方法和将圆柱形子弹改变成柱锥形子弹的SHPB方法。对三种金属材料进行了实验,并用数值模拟的手段对这两种方法进行了验证和比较。

钨合金的冲击动力学性质及细微观结构的影响

简单介绍了钨合金(主要为w-Ni-Fe)的制备工艺和常用热处理方法,其后着重从动态力学性能、剪切带的实验观察和研究、细微观结构对材料力学性能的影响等几方面总结和评述了近年来针对钨合金取得的主要结果.并在文章的最后初步提出了有前景的几个研究方向.

高聚物黏结炸药的力学性能研究进展

从材料的力学行为特性、实验方法、本构模型和强度理论4个方面对高聚物黏结炸药(PBX)的力学性能特征进行了归纳和评述。指出应变率和温度对材料应力状况的影响及动态力学性能分析是目前PBX研究的热点和难点。认为可以借鉴研究混凝土和高聚物的一些方法来建立PBX的本构模型和失效准则。指出选择和改进现有测试技术时,须考虑PBX的含能敏感性、大变形等特性。对PBX力学性能的理论研究、实验技术及数值模拟等方面需要开展的工作提出了一些看法。认为复杂环境下的力学响应和细观建模模拟应是今后研究的重点方向。附参考文献93篇。

一个新的非线性迟滞隔振系统动力学模型

提出了一个新的非线性迟滞隔振系统的动力学模型,并导出了系统动力学模型的实用表达式。该模型由非线性刚度和非线性阻尼构造,迟滞非线性阻尼力被表示为位移的函数,从而使数值计算变得简单易行,试验中的测量工作减少。模型中的各个参数物理意义明晰,各阶刚度系数能很好地反映系统中存在的线性和非线性特性,而阻尼函数能很好地反映系统的迟滞和耗能特性,运用阻尼函数还可对隔振系统中可能存在的干摩擦阻尼、粘性阻尼及高阶阻尼等各种阻尼成分进行有效的识别。

泡沫金属材料的孔径效应

在分离式霍普金森压杆(SHPB)和MTS810材料试验机上分别对泡沫纯铝材料和铝硅合金泡沫材料进行了动态与准静态压缩实验研究。实验结果表明:孔径的大小对泡沫铝的弹性变形包括弹性模量没有影响,但对泡沫铝的屈服强度和塑性硬化模量有影响,且这种影响主要取决于泡沫铝基体材料的韧脆特性,泡沫铝的相对密度也会影响这种孔径效应。

泡沫铝泡孔动态变形特性研究

在SHPB实验中采用"应变冻结法"将试件"冻结"于设定的压缩应变,然后观察内部泡孔的变形情况并讨论其变形机理。分别对同一相对密度(40%)、不同基体材料的两种泡沫铝以及两种相对密度(19%和8%)、相同基体材料的泡沫铝进行实验,讨论了基体材料的本构关系、泡沫的相对密度对变形模式的影响。利用ANSYS/LS DYNA软件对泡沫铝在动态压缩时泡孔的变形进行数值模拟计算,进一步说明泡沫铝泡孔变形的模式与基体材料本构关系及相对密度的关系。

冲击拉伸实验试件几何尺寸的研究

应用分离式Hopkinson拉伸实验技术研究了圆柱形冲击拉伸试件的长径比(L/D)对实验结果的影响,其中长径比从1到5。研究结果表明:对于LY12材料,L/D≥2.67的试件满足材料实验的要求,L/D≤2不能得到准确的材料参数。

不同拉压特性结构振动分析的双线性近似方法

对拉压特性不同的双模量结构的非线性自由振动进行了研究。给出了恢复力-位移曲线由三段斜率不 同的直线构成的单自由度系统自由振动频率的精确解。应用双线性近似方法讨论了有间隙双模量结构和无间隙双模量 结构非线性自由振动频率的近似求解问题。结果表明,不管恢复力-位移表达式多么复杂,应用双线性近似方法都可以 方便地求得结构的等效线性刚度,进而获得结构固有频率的近似解。通过近似计算结果与精确解之间的比较,验证了双 线性近似方法对于工程中大量存在的一类具有不同拉压特性的结构进行振动分析的实用性。