基于非均匀性的平台巴西圆盘失效过程及损伤行为

为了探讨冲击荷载作用下裂缝对混凝土失效行为的影响,开展动态冲击荷载下混凝土预制裂缝平台巴西圆盘失效过程及损伤行为的研究.基于分离式霍普金森压杆试验,建立考虑混凝土细观非均匀性的数值模型,根据混凝土预制裂缝分布特征,分析混凝土预制裂缝角度和应变率对次生裂纹扩展规律和损伤演化程度的影响.结果表明,混凝土试件动态抗拉强度与应变率呈显著正相关,而与预制裂缝角度呈负相关.通过对混凝土单元的非均匀赋值,实现了冲击荷载下圆盘试件裂纹的萌生、扩展和贯穿的真实过程,当混凝土预制裂缝倾角大于60°时,主裂纹的扩展方向与预制裂缝近似垂直,次生裂纹数量则随预制裂缝倾角的增大逐渐增多.此外,基于破坏单元个数定量表征试件的损伤程度,发现当预制裂缝倾角为45°时,圆盘试件的损伤程度最低.研究成果可为混凝土材料的动态安全设计提供理论依据.

基于小尺寸Hopkinson杆的动态校准系统

针对高g值高安装谐振频率加速度计动态校准过程中高g值窄脉冲加速度激励信号难以产生的难题,提出了基于小尺寸Hopkinson杆的动态校准系统。该系统采用压缩空气作为激励源,小尺寸精密校准杆作为加载装置来产生窄脉冲加速度激励信号,并通过轴向激光干涉仪进行激励信号的测量。且校准实验结果表明,该系统可以充分激起安装谐振频率为180kHz的高g值加速度计B&K 8309的高阶谐振频率,校准结果较为理想。

微小型Hopkinson杆的动态校准系统

针对常用Hopkinson杆动态校准系统进行高安装谐振频率高g值加速度计动态校准时激励脉宽不能满足要求,且幅频特性曲线工作频带内不平直的问题,本文提出了微小型Hopkinson杆的动态校准系统,该系统采用微小尺寸精密校准杆,并对传感器安装结构进行了改进,且实验证明该系统对高安装谐振频率的高g值压阻加速度计和B&K 8309高g值压电加速度计进行动态校准得到的幅频特性曲线较为理想。

高g值微加速度计在冲击环境下的可靠性

详细分析了高g微加速度计在冲击环境下的失效模式和失效机理,对0150 000 g 4端全固支的压阻式梁-岛结构微加速度计进行霍普金森杆（Hopkinson bar）激光干涉冲击试验.由试验结果可知,该结构的微加速度计抗冲击过载能力达100 000 g以上,微加速度计的失效模式表现为梁的裂纹和断裂.微加速度计在冲击环境下的可靠性采用应力-强度干涉模型进行评估.

基于小尺寸Hopkinson杆的加速度计特性的研究

主要利用(小尺寸)Hopkinson杆作为加载手段,对CA-YD-125型号的加速度计进行动、静态校准。采用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值,通过积分运算法和最小二乘法的综合运用来获得准静态条件下加速度计的冲击灵敏度;利用FFT算法获得动态条件下的幅频特性曲线。试验表明,校准得灵敏度为0.07 8pC/(m/s2);工作频带内幅值在0.5 dB范围内波动。

MEMS高量程加速度传感器的动态特性分析

利用霍普金森杆激光干涉冲击试验台对实验室研发的MEMS高量程压阻式加速度传感器进行动态校准;采用两种不同解算方法对实验数据将进行分析处理,求解出该传感器的幅频特性,绘制了对数幅频特性曲线;通过对比两种算法的结果知道,镜像映射法优于FFT算法,其算法简单有效,能直接辨识出系统模型参数和模型阶次。

扭摆式高g值微机械加速度计的设计优化与冲击校准

设计实现了一种扭摆式高g值微机械加速度计。微结构采用十字形扭梁减小横向效应,摆片两侧使用梳齿结构作为止档和阻尼器,6个敏感单元并联的方式提高基础电容量。有限元仿真得到表头谐振频率约为56 k Hz,前两阶模态分离比大于4,高过载能力10万g,微结构灵敏度为8.94E-6p F/g,基于玻璃-硅(Silicon On Glass,SOG)工艺流片后单侧基础电容约为3.6 p F。分析了环形二极管电容检测电路的检测带宽问题,并设计了高g值加速度计的检测电路。搭建了霍普金森杆实验系统进行高g值的冲击校准,2万g范围内非线性度2%,5 V供电下标度因数约为24.5μV/g。

一种新型SHPB应力脉冲测试系统设计

设计的应力脉冲测试系统 ,用于分离式Hopkinson压杆 (SHPB)应力脉冲的测试 ,系统能实现模—数转换和数字信号的直接存储与处理 ,无需专门的数字存储示波器。该系统结构简单 ,减少了数据采集与处理的中间环节 ,结果更准确、可靠。

动静加载下微硅粉-橡胶/水泥砂浆的力学性能

为研究微硅粉(Micro silicon powder,MP)-橡胶/水泥砂浆的力学性能,试验设计了16组试件,通过单轴抗压试验与抗冲击试验(分离式霍普金森压杆(SHPB))分析不同微硅粉掺量、橡胶粒径和养护龄期试件的峰值应力、峰值应变、弹性模量、抗冲击强度、破坏形态与应力-应变曲线。单轴抗压试验表明:在相同的养护龄期下,橡胶颗粒的加入使砂浆试件的抗压强度与弹性模量降低,峰值应变增加,加入微硅粉后试件的强度与弹性模量会有所回升。抗冲击试验表明:橡胶会降低砂浆的抗冲击强度,但能改善砂浆的破坏形态,而微硅粉不仅能增强这种改善作用,还能提升橡胶/水泥砂浆的抗冲击强度,另外加入微硅粉后,试件的应力-应变曲线的峰值荷载会由于其弹性变形与弹塑性变形阶段的缩短而向左偏移,但破坏阶段明显延长。

一种适合于Hopkinson杆的实验测试方法探索

低阻抗脆性材料的动力学性能日益受到人们的关注,但是由于其破坏应变小,透射信号弱,传统的Hopkinson杆测试技术往往难以获得准确的测量结果。为此,提出了一种适用于Hopkinson杆动态力学性能测试的新实验方法,即将激光微位移测量技术应用到入射杆和透射杆的端面速度测量中,实现了Hopkinson杆中试样应力-应变关系的直接测量。通过实验和数值模拟,验证了该方法的有效性。

冲击荷载作用下岩石动态力学特性及破裂特征研究

采用分离式霍布金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验系统对灰岩,白云岩和砂岩3类岩石进行动态冲击试验,得到岩石的动强度因子,耗散能密度及破碎尺寸与应变率的变化关系。在此基础上结合晶体离散元方法,采用高分辨率扫描和图像处理技术建立了晶体尺度试样模型,研究岩石材料高应变率力学特性和损伤特征。通过与室内SHPB试验对比,验证数值模拟的准确性。结果表明:岩石材料的动态屈服强度具有明显的率相关性,但弹性模量没有随应变率的增加而显著增加;在高应变率下,材料的动强度因子与应变率更符合Ханукаев公式;随着应变率的增加,岩石的破坏形态出现完整型→劈裂破坏→粉碎性破坏转化,这是由细观裂纹的激活数目以及裂纹间的相互作用关系所决定的。裂纹密度的变化和扩展路径的选择是材料动断裂机制,其宏观表现为材料的率效应和破碎成形。

多应变速率下尺寸效应对黄铜微尺度塑性变形本构及损伤演化的影响

准静态微尺度塑性变形中,特征尺寸效应与晶粒尺寸效应会直接影响韧性断裂的应变能及断裂强度,其直接原因是由于表面层自由晶粒所占比例随着样品尺寸的缩小或晶粒尺寸的增大而逐渐增加从而影响流动应力。在高应变速率下,特征尺寸效应和晶粒尺寸效应对金属流动应力和损伤的影响则较少被提及。通过分离式霍普金森压杆试验得出高应变速率下黄铜微尺度等温流动应力,以Johnson-Cook本构模型为基础构建了包含尺寸系数的微尺度高应变速率本构模型,并将其与Freudenthal非耦合断裂准则相结合,提出了多应变速率微尺度混合损伤模型,量化了不同应变速率下特征尺寸效应及晶粒尺寸效应对金属损伤的影响,为飞刀切削样品表面改善提供了理论依据。