在分离式Hopkinson拉杆实验中确定临界实验条件的经验方法

在分离式Hopkinson拉杆实验中,常常需要获得试样在经历一个拉力脉冲拉断情况下的最低应变率,而在分离式Hopkinson拉杆装置中确定对应最低应变率的发射压力需要进行多次尝试性实验。为了更好地解决这一问题,提出一种简单的经验方法,可以通过一次拉断的实验结果计算出一个拉力脉冲拉断试样需要的最小发射压力及相应的应变率,进一步可以预测不同发射压力下的应变率。对4种铝合金试样进行拉伸实验,结果表明,利用提出的经验方法得到的应变率结果与实验结果吻合较好,可以有效地对发射压力和实验应变率进行预估。

SHTB加载紧凑拉伸试样断裂韧性测试仿真

由于动态断裂问题的复杂性,目前对动态断裂测试尚未形成标准。针对金属动态断裂测试问题,提出了一种测试紧凑拉伸(CT)试样动态断裂韧性方法,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,对改进的Hopkinson拉杆系统加载下的CT试样断裂测试过程进行了数值仿真研究。分析了CT试样中应力波的传播过程、起裂时间和应力平衡条件,说明整个加载过程能够满足一维应力波假设,验证了改进方法的可行性,同时得到CT试样在该种实验装置加载下的动态断裂韧性。

SHTB的拉伸冲击波谱加载方法研究

为了理解动态变形和塑性流动过程中,加载历史和应变率变化对材料性能的影响,基于直接拉伸式Hopkinson杆原理,使用不同几何形状的反射杆代替凸缘法兰,在加载杆中连续产生多个不同幅值的加载冲击波,使材料在动态变形的过程中应变率阶跃变化。结果表明:(1)该方法可以将加载波的脉宽延长3倍以上,有利于进行低应变率、大变形的材料试验;(2)加载应力波的幅值阶梯变化,使试样在加载过程中应变率发生跳跃变化;(3)通过控制反射杆的长度可以有效控制加载脉冲的间隔,将材料的应变率效应和温度效应解耦,用于揭示不同脉冲幅值作用下试样变形损伤机制。试验证明,基于SHTB原理的拉伸波谱的加载方法可以快速、精准、稳定地实现对试样的连续多次动态加载。

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.

高应变速率下Mg-Gd-Y镁合金动态拉伸性能与失效行为

为了研究Mg—Gd—Y镁合金在高应变速率下的动态拉伸性能及失效机制，采用分离式Hopkinson拉杆（SHTB）装置在室温下且应变速率为1400～3000S。范围内对其进行了动态拉伸实验，并利用光学显微镜和扫描电子显微镜对动态拉伸后的镁合金试样进行了分析．结果表明，在动态拉伸载荷作用下，Mg—Gd—Y镁合金沿ED方向呈现连续屈服现象．应变速率增大后，Mg—Gd—Y镁合金具有正应变速率效应．在动态拉伸载荷作用下，Mg-Gd-Y镁合金的断口形貌呈解理断裂特征，镁合金的变形方式为孪生和滑移，且滑移为主要变形方式．

Hopkinson拉杆的入射波波形整形实验研究

目前,分离式Hopkinson杆实验技术已经被广泛用于测试材料在10~2~10~4s^(-1)应变率范围内的动态力学特性。为了抑制入射波的高频振荡,实现恒定应变率加载,本文利用分离式Hopkinson拉杆(SHTB)实验装置,研究了加载金属短杆(2A12T4铝合金)及整形垫片(纸板、PVC软塑料及带磁性胶皮)对入射波波形的影响。实验结果表明,整形垫片降低了入射应力脉冲的高频振荡,获得了比较平滑的入射应力脉冲,延长了上升时间。同时,利用所得的波形整形结果,对2A12T4铝合金进行了拉伸应力波脉冲加载的拉伸和断裂实验测试。

不同温度下TiB_2/2024Al复合材料的高应变速率剪切行为

采用改进的分离式Hopkinson拉杆试验装置和新设计的帽形剪切试样,研究了混合盐法制备的TiB_2/2024Al复合材料在不同温度(25,150,300,450℃)下的高应变速率(动态)剪切行为,并观察了复合材料的剪切断口形貌。结果表明:不同温度下,复合材料的动态名义剪切应力-剪切应变曲线相似,变形初期剪切应力随剪切应变的增大而增大,当剪切应变超过一定值时,曲线呈稳态流变特征;随着温度的升高,复合材料的剪切强度降低而断裂应变增大;复合材料剪切断口主要呈金属撕裂棱和韧窝形貌,局部有熔铝带存在,部分TiB_2颗粒上出现裂纹,随着温度的升高,断口中孔洞的数量增加,尺寸增大。

三维正交机织物的冲击拉伸响应

本文利用MTS 810.23材料测试系统和自行设计的分离式Hopkinson拉杆装置对三维正交机织物(3D Orthogonal Woven Fabric,3DOWF)进行测试,得到不同应变率(1×10-3s-1～2 308 s-1)下该织物的冲击拉伸响应。结果发现:3DOWF是应变率敏感材料,随着应变率提高,拉伸强度和失效应变均明显提高,且高应变率下应力-应变曲线具有双阶段韧性现象。研究表明:织物特殊结构效应引起应力波反射与透射差异,从而导致3DOWF双阶段韧性现象。

铆钉动态剪切力学性能仿真分析及试验验证

针对航空制造中的常用铆钉,利用有限元软件ABAQUS进行无预应力和有预应力2种情况下的数值仿真,研究铆接预应力对铆钉剪切力学性能的影响。利用分离式Hopkinson拉杆动态剪切试验,验证仿真方法的可行性。结果表明:铆钉铆接时的预应力使铆钉的剪切强度增大,因此在利用有限元分析铆钉的力学性能过程中,应该考虑预应力的影响。

三维正交机织物的冲击拉伸响应

本文利用MTS810．23材料测试系统和自行设计的分离式Hopkinson拉杆装置对三维正交机织物（3DOr-thogonalWovenFabric，3DOWF）进行测试，得到不同应变率（1×10-3s-1～2308s-1）下该织物的冲击拉伸响应。结果发现：3DOWF是应变率敏感材料，随着应变率提高，拉伸强度和失效应变均明显提高，且高应变率下应力一应变曲线具有双阶段韧性现象。研究表明：织物特殊结构效应引起应力波反射与透射差异，从而导致3DOWF双阶段韧性现象。

航空铆钉连接件的抗冲击性能

以分离式Hopkinson拉杆装置为基础,设计了特殊的铆接试验件,对MS20615铆钉的铆接结构开展了动态加载下不同加载角度、不同加载速率的力学性能试验。结合其准静态试验结果,获得了铆接结构在纯剪切、30°拉剪耦合、45°拉剪耦合、60°拉剪耦合和纯拉伸试验下的力学性能参数。试验结果表明,加载角度、加载速率对铆接结构的失效载荷与失效模式有显著的影响。在试验结果的基础上,使用有限元软件LS-Dyna建立了铆接结构的简化模型,对比了试验和数值模拟得到的铆接结构载荷-位移曲线,并对简化数值模型进行了网格相关性分析,验证了简化的铆钉单元模型的可行性。