用巴西实验评价炸药的力学性能

对巴西实验的原理、特点及其在炸药力学性能研究中的应用现状进行了介绍。设计了巴西实验装置 ,用巴西实验对炸药的力学性能进行了实验研究 ,对巴西实验进行了粘弹性近似分析。巴西实验能够比较准确、敏感地反映炸药的力学性能 ,具有试样制备简单、实验费用低等优点 ,是评价炸药力学性能的可行方法。

基于XFEM的PBX炸药巴西实验断裂行为研究

为研究巴西实验测量PBX炸药间接拉伸力学行为中加载方式的影响,采用扩展有限元方法对标准巴西实验、圆弧巴西实验和橡胶垫巴西实验中PBX炸药的裂纹起裂、扩展和断裂行为进行了数值模拟,计算得到了位移和应力分布,分析了不同加载形式对圆盘试样的力学响应及变形破坏的影响.结果表明,计算得到的破坏过程,位移分布和应力分布与实验值及理论值相吻合,圆弧和橡胶垫巴西实验均可起到减小加载部位接触应力的作用,有助于防止次裂纹的产生,橡胶垫巴西实验最适合PBX炸药间接拉伸强度的测量.

基于EFG方法的PBX炸药圆弧巴西实验的数值模拟

为了对准静态圆弧巴西实验过程中PBX试样的裂纹形成和扩展过程进行模拟,基于EFG方法和内聚力模型,利用LS-DYNA软件的隐式分析模拟计算了实验过程。结果表明,计算结果和文献报道的实验结果吻合较好,证明了该方法的可行性;采用线性内聚力模型可较好地描述PBX炸药的断裂过程,PBX试样的起裂发生在压缩载荷达到峰值后,随着压头的进一步压缩,试样中心的裂纹沿直径向压头方向扩展。

基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态巴西实验的数值模拟

高聚物粘结炸药(PBX)是战斗部的关键组成部分,其动态力学行为,特别是动态断裂特性关系到战斗部的安全性和使用可靠性。基于内聚裂纹模型,对PBX模拟材料(PBX-M)的动态巴西实验进行数值模拟,对比霍普金森杆实验中测得的拉伸应力曲线,以及高速摄像结合数字图像相关方法得到的试样表面位移场和应变场。对比结果发现,拉伸应力峰值的数值模拟结果比实验结果小约5%,拉应变集中带的数值模拟结果与实验结果的偏差小于15%,验证了内聚裂纹模型的有效性。根据数值模拟结果,探讨了PBX-M试样在动态巴西实验过程中的起裂和裂纹扩展规律,给出了裂纹宽度的定量化信息。

用平台巴西圆盘实验确定金属粉末压坯的力学性能参数

为确定金属粉末压坯的力学性能,本文采用平台型加载方式的巴西圆盘实验对铜、铁两种不同相对密度的金属粉末压坯进行直径压缩。利用同步实验图像记录,研究了圆盘中心裂纹的生长和金属粉末压坯的拉伸断裂过程。通过压缩实验获得了金属粉末压坯的位移-载荷曲线,结合弹性力学理论和数值分析方法,确定了压坯的三个力学性能参数:由直线段确定弹性模量E、由线性段与非线性段的转折点确定抗拉强度σ_t和由局部最小载荷确定张开型断裂韧度K_(Ic),它们与相对密度的关系均符合幂指数函数变化规律。

含层理面煤试样的巴西圆盘劈裂实验及数值模拟研究

对含层理的煤岩试样进行巴西圆盘劈裂实验和有限元法-离散元法(FDEM)数值模拟,结果表明层理角度对劈裂破坏模式和抗拉强度有明显影响。随着层理角度不断增大,可将劈裂破坏模式划分为4类:垂直层理面的张拉破坏;折线形张拉-剪切复合型破坏;沿层理面的剪切破坏;沿层理面的张拉破坏。对抗拉强度值进行分析可知:当垂直于层理面加载时,层理角度影响最小,抗拉强度等同于煤试样基质的抗拉强度;随着层理角度增大,抗拉强度逐渐减小;平行于层理方向加载时,抗拉强度最小。此外,从能量角度分析可知:随着层理角度增大,试样破坏所耗散的能量越来越少,破坏越容易。

基于巴西圆盘实验的金属粉末压坯力学性能研究

采用圆弧型加载方式的巴西圆盘实验对2种成分相似的水雾化铁粉(Hgans ASC 100.29和Hgans Distaloy AE)压坯的力学性能进行研究。综合考虑实验装置、压坯的几何特征及材料属性对压坯抗拉强度的影响,引入系数C对巴西圆盘经典抗拉强度公式进行修正,以更加准确地描述压制过程中压坯的力学性能变化。采用高清摄像机进行实时拍摄,对粉末压坯从变形到完全断裂破坏的全过程进行详细的分析描述,利用实验不同阶段获取的数据及巴西圆盘的位移解析解,分别计算压坯的抗拉强度和弹性模量,同时拟合出抗拉强度与相对密度以及弹性模量与相对密度相关的幂函数方程,并将其用于基于广义塑性力学的金属粉末成形数值模拟;此外,将详细的实验图像和数据进一步用于压坯断裂性能的分析。

巴西圆盘实验测定金属粉末压坯断裂性能参数

压坯断裂性能参数的准确测定对压坯裂纹损伤预测分析至关重要。本文采用圆弧型加载方式的巴西圆盘实验对两种金属粉末(Hgans ASC 100.29和Hgans Distaloy AE)压坯的断裂性能参数进行研究。利用高清摄像机对实验过程进行拍摄,将金属粉末压坯从变形到完全断裂破坏的全过程进行详细地分析描述。结合相关理论研究及数值分析计算,提出压坯断裂性能参数包括断裂韧度KIc和断裂能量Gc的确定方法。将不同相对密度的压坯试样用于试验分析计算,得出金属粉末压坯断裂性能参数KIc和Gc与相对密度的函数方程。

白砂岩力学参数尺寸效应实验研究

岩石力学性质参数具有尺寸效应,这一重要性质在工程设计和建设中往往被忽略。进行不同尺寸岩石的力学性质实验是研究岩石材料尺寸效应的主要方法,但是目前的实验规程缺少针对不同尺寸试样的实验方法,并且缺少非标准尺寸试样的配套实验夹具装置。该文提出了岩石尺寸效应实验的试样制备标准,设计了配套的实验夹具装置,完善了岩石尺寸效应实验方法。选取白砂岩为研究对象开展抗压和抗拉强度尺寸效应实验,研究岩石力学参数与试样尺寸之间的关系。结果表明,岩石抗压强度和变形模量随着试样尺寸的增加而减小,泊松比没有尺寸效应规律,抗拉强度先增大后减小。

PBX炸药本构关系的实验研究

在SHPB装置上开展了某典型PBX炸药的单轴压缩、间接拉伸实验。利用入射波整形技术,结合半导体应变片和石英晶体联合测试的方法,实现了PBX炸药的应力平衡和恒应变率加载,得到了不同应变率下某PBX炸药的压缩应力应变曲线,初步建立了该炸药的修正Sargin唯象模型;开展了3种PBX炸药的动态巴西实验,通过高速摄影获得了炸药的破坏过程,结合数字相关技术,获得了试样裂纹附近的应变场分布,初步建立了描述3种炸药动态拉伸行为的修正Johnson-Cook模型。模型曲线与实验结果符合较好。

压缩载荷下陶瓷材料声发射特性的实验研究

对陶瓷材料在两种压缩加载下破坏过程中的声发射特性进行实验研究。三点弯曲和巴西劈裂实验中,采用多通道声发射系统监测了陶瓷试件的破坏过程。对声发射信号进行分析,结果表明,声发射能量数、事件数、振铃数等参数都反映了材料内部损伤演化扩展直至试件宏观断裂的过程。利用声发射参数可以定位陶瓷试件的破坏位置;试件断面的宏细观分析表明,陶瓷的脆性破坏机制主要是颗粒附近的微裂纹开裂。

两种拉伸实验的岩石细观参数反演分析

将颗粒流程序应用于解决工程问题的前提是对岩石试件的几个力学参数进行准确标定,抗拉强度的标定便是其中之一。通过比较分析巴西实验和直接拉伸实验,结合具有非线性映射能力的BP神经网络,对颗粒流岩石的细观参数进行反演研究。表明:巴西实验条件苛刻,难以保证大量实验成功进行,无法向神经网络提供高质量训练样本,反演精度仅为61%;直接拉伸实验条件宽松,可以保证神经网络训练样本的数量和质量,反演精度可提高到83%;在保证样本数量和质量的前提下,BP神经网络有能力实现宏细观参数的准确映射,是颗粒流岩石参数标定的有效手段。

含能材料的Brazilian实验研究评述

简述了巴西实验的基本原理及发展概况，着重介绍了含能材料的巴西实验研究现状，讨论了今后开展含能材料细观响应规律研究的巴西实验方法。

实验室测定脱硫石膏基混凝土的抗拉强度

采用劈拉法、巴西实验法和套筒致裂法对改性脱硫石膏基混凝土抗拉强度进行了系统的测试,系统地分析了这种材料抗拉强度值的分布特征,评价了不同试验方法得出的抗拉强度的差异性,为这种节能环保材料的抗拉强度指标在建筑工程中的应用提供了科学依据。

微波和传统加热下混凝土劈裂抗拉性能分析

近年来,微波辅助混凝土粗骨料回收技术因其绿色性、高效性及低损伤性引起国内外学者广泛关注。该文采用工业微波多模谐振腔及传统马弗炉对圆柱体混凝土试样进行不同条件下的加热实验,探讨了混凝土在两种加热方式下的加热效率、宏观裂纹扩展与破坏模式、劈裂抗拉强度弱化规律以及加热参数对能耗和能效的影响规律。此外,借助扫描电镜分析了微波照射下混凝土的抗拉强度弱化机理。实验结果表明:微波加热技术具有更高的加热效率,能够有效地促使裂纹沿砂浆-骨料界面扩展,从而削弱混凝土强度;并且高微波功率下混凝土加热效率更高,强度损失更大,能量消耗更少。反之,传统加热下砂浆-骨料界面结构紧凑,未出现可见裂纹,加热过程能量利用率仅1%左右。

基于声发射及其定位技术的岩石破裂过程研究

应用声发射及其定位技术,采用实验手段研究了不同加载方式(单轴加载、巴西劈裂及三点弯曲条件下)不同尺寸岩石以及不同岩样破裂失稳过程。实验结果表明,在岩石弹性变形阶段,声发射事件定位位置为岩样内部的应力集中位置;随着加载的进行,声发射仪器精确地定位出其裂纹初始位置、扩展方向,并直观地反映出其内部裂纹稳定扩展过程。从巴西劈裂实验的声发射事件定位结果可以看出,初始裂纹产生的位置具有随机特性,且初始裂纹产生是诱发岩石破裂失稳的首要因素。岩样尺寸影响其破坏模式,受加载过程裂纹初始时序不同影响其声发射活动规律表现不一致;不同岩样声发射活动随应力变化呈一定的规律性,其中砂岩在加载过程其声发射活动具有突跳特性,这主要与岩石均质程度相关。声发射定位结果直观地反映岩样内部裂纹初始、扩展的空间位置,这对于深入研究岩石破裂失稳机制具有一定的意义。

PBX炸药的拉伸断裂损伤分析

采用巴西实验作为间接拉伸加载手段,研究了某PBX(polymer-bonded explosive)炸药试样拉伸作用下的断裂损伤特性。发展了PBX炸药的光学制备技术,获得了试样在光学显微镜下的细观表面形貌和断裂损伤形貌,结合高速摄影和数字相关分析技术获得了试样的形变和破坏过程。实验结果表明该PBX炸药的静态拉伸强度低于3MPa,破坏应变也非常小。根据观测结果,运用晶体穿晶断裂和临界脱粘理论对PBX炸药的拉伸断裂模式进行了分析,认为脱粘裂纹在加载早期即可成核;当晶体开始发生断裂后试样发生宏观破坏。颗粒尺寸较大的晶体容易发生穿晶断裂,颗粒尺寸很小的晶体则容易发生界面脱粘。

三种PBX炸药的动态拉伸力学性能

为了获得几种PB X炸药的动态拉伸力学性能,结合平台巴西盘实验和霍普金森加载技术建立了动态拉伸实验测试系统,分别通过石英晶体片和数字图像相关方法来测量应力和应变信号,得到了PB X炸药在应变率102s-1附近间接拉伸条件下的应力应变曲线,并建立了对应的动态拉伸本构关系模型。结果表明,PB X炸药的拉伸强度、失效应变和拉伸弹性模量都表现出一定的应变率相关性,本构关系拟合曲线与实验数据吻合良好。

温度对高聚物粘结炸药模拟材料拉伸性能的影响

采用标准巴西实验研究不同温度条件(从室温到90℃)下高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料的准静态力学行为。采用电荷耦合器件相机和数字图像相关方法测量宏观变形场,测得PBX模拟材料的破坏载荷、拉伸强度等参数;采用平台巴西实验测量PBX模拟材料在不同温度下的平面应变断裂韧性,利用扫描电子显微镜观察巴西实验断面形貌。结果发现,拉伸强度和断裂韧性随温度的增加而降低,同时,随着温度的升高,PBX模拟材料脆性降低。其破坏模式主要由穿晶断裂向沿晶破坏转变,是温度产生的热损伤膨胀破坏和应力产生断裂的复合破裂模式。

成型温度对PBX装药内部质量及性能的影响

针对压制成型的PBX炸药装药,选择CT无损检测、巴西实验和扫描电镜检测等技术,对比研究了室温和加热两种温度下压制成型的炸药装药内部质量、静态力学性能和细观破坏形式。结果表明,加热压制有利于改善炸药装药的内部质量,可避免产生初始损伤,且提高了装药的力学性能。细观尺度上,室温压制成型的装药主要发生界面脱黏破坏,加热压制成型装药的主要破坏形式是穿晶断裂。