用于大尺寸试件的SHPB装置

介绍了一种新研制的用于大尺寸试件的SHPB装置,并对影响测试结果的相关问题进行了讨论,给出了试件内的平均应力应变公式,最后对有机玻璃和工业用铝两种材料进行了测试,给出了令人满意的结果。

提高大直径SHPB装置试验精度的方法

在混凝土材料的 Hopkinson杆试验中 ,为保证试件材料的均匀性 ,必须采用大杆径的 Hopkinson装置。然而 ,大杆带来的弥散问题以及混凝土试件的平整度与脆性导致的试件应力不均匀问题 ,大大降低了混凝土 SHPB实验的精度 ,同时也限制了其实验应变率的提高。采用在入射杆贴软胶布减少弥散 ,以及使用万向头来消除试件的应力不均匀 ,是两个有效的试验改进方法 ,从试验所测的波形看 。

1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的电学响应

采用切割-浇注法制备1-3型水泥基压电复合材料,并利用分离式霍普金森压杆测量装置(SHPB),对PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷作用下的力电响应进行实验研究与分析。研究表明:在冲击载荷作用下,PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的电位移与应力具有较好的动态响应;在相同荷载作用下,两者的电位移随应变率的增加而增加,且产生相同应变所对应的应力值也随着应变率的增加而增加,表现出"率相关"的材料特征。

EPS轻质土动态压缩力学性能的试验研究

本文制备了聚苯乙烯(expandedpolystyrene,EPS)轻质土试样,利用分离式Hopkinson压杆(splitHopkinson pressurebar,SHPB)对其进行了冲击压缩;得到了三组不同应变率下的应力—应变曲线,分析了其应变率效应;研究了两种EPS粒径、两种水泥含量、五种EPS体积含量的EPS轻质土的动态抗压强度。结果表明,EPS轻质土单轴动态抗压强度随应变率的增加而增大,随EPS颗粒体积掺量的增加而降低,且高水泥含量组和小粒径组的强度相对更高。

冲击荷载作用下纤维混凝土动态劈裂试验与分析

为研究不同纤维材料对混凝土动态劈裂力学性能的影响以及作用效果的差异,采用直径为100 mm的分离式霍普金森压杆试验装置和V2512超高速数字摄像机,分别对素混凝土、棕榈纤维混凝土以及钢纤维混凝土试件进行了巴西圆盘动态劈裂试验研究。通过DIC软件技术分析不同纤维混凝土试件的破裂过程和裂纹扩展规律,获得不同纤维混凝土试件的动态抗拉性能与动态断裂韧性等。试验与分析结果表明:在相同冲击荷载作用下,纤维的掺入能够提高混凝土的抗冲击韧性,减少试件加载端部因应力集中而产生的崩坏现象,延缓试件的破坏时间并有效抑制裂纹的扩展,其中钢纤维对混凝土的阻裂作用时间长于棕榈纤维。在相同荷载作用时间情况下,棕榈纤维混凝土和钢纤维混凝土的峰值应变都低于素混凝土。钢纤维的掺入能够显著阻滞混凝土试件内部的破裂过程,损伤变量变化相对缓慢,试件开裂后在相同裂纹宽度下,钢纤维混凝土具有更大的残余应力。

SHPB技术研究混凝土动态力学性能存在的问题和改进

根据实验和理论分析,目前分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)间接测量混凝土材料动态应力—应变关系时主要存在三方面问题,分别是应力应变不均匀的限制、大尺寸SHPB压杆产生的应力波弥散及数据处理时应力波波头选取的影响。上述问题使得用传统SHPB方法在研究混凝土材料动态力学性能时的可靠性和精确性大大降低。因此,该文对上述问题的解决和改善进行了初步探讨。

绢云母石英片岩和砂岩的SHPB试验研究

利用液压伺服压力试验机和波形整形器改进后的φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究绢云母石英片岩和砂岩在50～160 s-1应变率等级下的准静态力学性能及其在不同冲击压缩荷载作用下的波形曲线、动态抗压强度、比能量吸收以及破坏形态的应变率效应问题。试验结果表明,绢云母石英片岩和砂岩的动态抗压强度、比能量吸收以及破坏形态均表现出显著的应变率相关性,但弹性模量的应变率相关性较弱。综合绢云母石英片岩和砂岩动态力学性能的对比结果可知,砂岩比绢云母石英片岩对应变率的变化更敏感。从材料的微观结构特征和能量吸收的角度对岩石动态破坏过程进行分析,探寻岩石破坏的本质。研究成果可为其他类型的脆性材料动态力学性能的研究提供参考。

玄武岩纤维对混凝土的增强和增韧效应

采用φ100mm分离式Hopkinson压杆试验装置,研究了玄武岩纤维混凝土在冲击荷载作用下的动态力学性能,并将其与相同纤维掺量的碳纤维混凝土的冲击力学性能进行对比分析。结果表明:冲击荷载作用下,玄武岩纤维混凝土与碳纤维混凝土的强度与比能量吸收随平均应变率的增加而近似线性增长,体现了显著的应变率相关性;均匀分布的玄武岩纤维与碳纤维能够在混凝土内部形成致密的纤维网状结构,限制了混凝土内部微裂纹的产生和发展,对混凝土的冲击力学性能具有一定的改善效果;玄武岩纤维对混凝土的增强、增韧效果总体上优于碳纤维;当纤维掺量为0.1%(体积分数)时,玄武岩纤维对混凝土的增强、增韧效果最佳。

三轴SHPB岩石材料动力学特性试验研究的现状和发展趋势

岩石材料的三维动力特性试验研究是岩石冲击动力学中很重要的一个领域,也是目前研究的一个热点。本文论述了三轴SHPB岩石力学试验机的研制情况,对各类试验机的特点进行了比较。综合分析了三轴SHPB试验相关研究文献,总结了一些共有规律:①在围压一定的情况下,岩石的动态抗压强度会随着应变率的增加而增加,呈现出线性函数或者指数函数增加形式,并且脆性减弱,塑性显著增加;②在应变率一定的情况下,岩石抗压强度会随着围压的增大而增大,线性关系比较显著;③岩石动静组合加载时,在轴压一定时,岩石的动静组合抗压强度会随着围压的增大而增大,呈现出近似线性增加趋势;在围压固定时,抗压强度随着轴向静压的增大呈现出先增大后减小的趋势。由于SHPB试验装置和岩石材料本身的特点,目前在一些基本问题上,如加载应力波形、试样尺寸要求等方面,还没有统一的试验规范要求,很多试验结果只能进行定性比较,无法在统一尺度上进行定量分析。最后,针对该领域的发展趋势进行了论述,指出尽快建立一套国际性的建议试验方法是将来的一个关键问题。

动静组合加载下岩石的吸能特性研究

地下工程中的岩体多处于复杂应力状态下,采用100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了不同应力状态的砂岩在冲击荷载作用下的动态力学性能,将不同应力状态下砂岩的冲击力学性能进行对比分析。结果表明:砂岩的强度和比能量吸收(SEA)随平均应变率的增长而近似线性增长,具有显著的应变率相关性;在同一应变率水平下,围压对砂岩的动态力学性能有显著影响,砂岩的SEA大幅提高;围压作用下砂岩的损伤度与SEA成非线性正相关。

冲击载荷下玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系

为了研究玄武岩纤维增强混凝土的动态本构关系,利用Ф100mm分离式霍普金森压杆装置,对玄武岩纤维增强混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析,根据试验结果,通过叠加应变率强化效应和损伤软化效应,对混凝土静态Ottosen非线性弹性本构模型进行修正,建立了玄武岩纤维增强混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,玄武岩纤维增强混凝土的动态性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法可行,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述玄武岩纤维混凝土的动态力学行为,并能为玄武岩纤维增强混凝土的进一步研究和工程应用提供参考依据。

复合射孔枪枪身材料动态本构关系的试验研究

为确定复合射孔枪枪身材料32CrMo4钢在井下高温、高加载率工作环境下的动态性能,利用MTS试验机和分离式Hopkinson冲击压杆装置做了应变率为0.001、1000和3000/s,温度为294、373、473和573K的单轴动态压缩试验,得到32CrMo4钢各组温度及应变率下的流动应力-应变曲线。拟合得到该钢Johnson-Cook本构关系模型所需的5个参数,模型拟合曲线与试验曲线吻合。

聚丙烯纤维增强轻骨料混凝土SHPB试验

为研究聚丙烯短纤维增强轻骨料混凝土的动力特性,采用大尺寸SHPB（split Hopkinson pressurebar）装置,对聚丙烯短纤维增强轻骨料混凝土进行了冲击试验,得到了60-110 s^-1应变速率下的应力—应变曲线和破坏现象。分析了该材料力学性能指标与应变速率的关系,对其静力与动力状态下的性能作了比较。试验结果表明,聚丙烯短纤维增强轻骨料混凝土是良好的抗冲击材料。

冲击载荷下混凝土动力本构模型试验研究

为了研究混凝土的动力本构关系,利用100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,对混凝土进行冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线,对试验数据进行了分析。根据试验结果,在一种静态本构模型-Ottosen非线弹性模型的基础上,考虑了应变率强化效应和损伤软化效应的影响并进行了修正,建立了混凝土损伤型的动态本构模型,确定参数并将理论模型计算结果与试验结果进行了对比。研究表明,混凝土的动力性能存在明显的应变率强化效应,动态强度增长因子和峰值应变与应变率对数之间存在近似函数关系;建立模型的方法是可行的,理论模型计算结果与试验结果吻合较好,建立的本构模型可用来描述混凝土的动态力学行为,并能为混凝土类材料动力本构关系的进一步研究和工程应用提供参考依据。

循环动载下大理岩的力学响应及裂隙扩展规律

为研究大理岩在循环冲击载荷下的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB)及核磁共振装置(NMR),研究循环动载(1~10 s^-1)冲击下岩石内部的裂隙发展规律.结果表明:岩石在循环动载冲击下,峰值应力随应变率的增大变化很小,但是随着冲击次数增加,存在一个临界应变率或冲击次数,当达到该临界值时,峰值应变快速增大;岩石在最初冲击时,表现出明显的弹性后效,随着冲击次数增加,岩石内部裂纹起裂时间越来越早,且裂纹扩展越来越快,应变幅值增大;通过核磁共振成像发现,随着冲击次数的增加,裂隙集中发育(白色亮点)愈来愈明显,呈条带状分布,并逐渐贯通.从最终破坏形态来看,大理岩在动载下为轴向劈裂破坏,大块较多.

铜基粉末冶金(Cu-PM)摩擦材料冲击破坏机理研究

研究了铜基粉末冶金摩擦材料在准一维应变和一维应变下的冲击破坏机理 ,对该材料在被动围压准一维应变和一维应变情况在分离式Hopkinson压杆 (SHPB)上做了 1 0 2 ～ 1 0 3 /s应变率范围内的冲击试验 ,试样尺寸为 :1 2× 6 ,弹速范围为 4～ 1 6m/s,通过试验得到了该材料的两种动态应力应变曲线 ,发现一维应变时 :(1 )该材料有应变率弱化效应。通过对试验后的样品进行微观组织分析 ,在冲击载荷下材料在短时间内大量吸能使承载能力下降 ,同时伴随硬质颗粒破碎 ,但没发现绝热剪切现象。 (2 )材料的初始裂纹和孔隙在冲击时形成大范围的多源裂纹及孔洞分布群并迅速扩展 ;失效模式为冲击脆性破坏。在准一维应变时 ,同样应变率下 ,该材料有应变率强化效应 ,反映出良好的金属合金性能 ,与静态下有相似之处。从电镜扫描图片看 ,材料在准一维应变下的密实性提高 ,裂纹的扩展缓慢。

纤维增强复合材料动态拉伸力学性能的研究进展

阐述了国内外对于纤维增强复合材料动态拉伸力学性能的研究进展,并介绍分离式压杆装置(Split HopkinsonPressureBar,SHPB)应用于冲击拉伸的实验原理,提出了进一步研究编织复合材料相关力 学性能的期望。

应变和应变率对绝热剪切敏感性的影响

利用分离式霍普金森压杆装置(SHPB),对不同形状的铝合金、铜合金、45钢、82钢和钛合金进行动态冲击试验,通过扫描电镜观察绝热剪切带的微观形貌,从理论和实验中分析应变和应变率对绝热剪切过程的影响。研究表明,只有当材料具有一定大的应变量、足够高的应变率时,才会出现绝热剪切带。

多孔铁合金在高应变率下力学性能研究

利用分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),对多孔铁合金在高应变率下的力学行为进行了研究,分析了材料的相对密度和应变率对其力学性能的影响。提出了一个能够描述多孔铁合金的力学行为的多参数唯象本构模型,并将本构模型预测的结果与实验结果进行了对比,其误差不超过10%,模型预测结果与实验结果吻合较好。本研究对多孔铁合金在工业设计和工程应用有一定的指导意义。

SHPB模块化高低温测试系统设计

为了高效可靠地获得材料在高低温下的力学性能,基于典型的霍普金森压杆,建立了一套可移植性较强的模块化高低温测试系统。该系统由加载杆自动组装系统、非接触式高温加热系统及高效率低温环境箱组成,可实现试样的自动化加载,减少了手动作业带来的温差影响。相对于传统高低温测试方案,高温系统采用非接触式加热,减少了加载杆温度场对实验结果的影响;低温环境箱可实现多样品同时制冷,在不打开环境箱的条件下实现测试样品的更换与回收,大大提高了测试效率。基于高低温测试系统,完成了不同材料在不同应变率及温度条件下的动态压缩强度测试,测试结果真实稳定。