基于数字图像相关性方法的脆性材料拉氏反分析实验技术

利用分离式Hopkinson压杆作为加载系统,借助超高速数字图像相关性分析方法,发展了长杆试件拉氏反分析实验技术,并用于研究脆性材料在小变形条件下的动态本构特性。通过超高速相机实时拍摄冲击加载下长杆试件变形的散斑图像,再对散斑图像进行数字图像相关性(digital image correlation,DIC)分析,获得长杆试件表面速度场和应变场。随后,以脆性材料PMMA(polymethyl methacrylate)为例,从DIC分析得到的速度场中提取出不同拉格朗日位置上质点速度时程曲线,构建路径线连接整个速度场,再结合零初始条件,数值求解得到了试件中的应力时程曲线,消去时间参数后,获得了脆性材料PMMA的动态应力-应变曲线,并与Hopkinson压杆实验和准静态压缩实验的结果进行了对比,揭示了PMMA材料在小应变条件下的黏弹性本构响应特征。

基于全光纤激光干涉测速技术的拉氏反分析方法应用于脆性材料动态本构关系研究

基于多探头全光纤激光干涉测速技术,在分离式Hopkinson压杆系统上,搭建了长杆试件拉氏反分析实验装置,用于研究脆性材料的动态本构关系。为了监测长杆试件轴向质点速度,提出了激光斜入射新方法,并检验了新方法的可行性和准确性;基于一维应力波传播理论,建立了欧拉质点速度与拉格朗日质点速度之间换算关系,对于脆性材料而言,其断裂应变很小,在拉氏反分析时可以忽略两者之间的差异。利用实测的多质点速度时程曲线,通过构建路径线连接整个速度场,再结合零初始条件,实现了拉氏反分析方法的数值求解,获得了脆性材料有机玻璃(PMMA)的动态应力-应变曲线,并与Hopkinson压杆实验和准静态压缩实验的结果进行了对比。

依球面波粒子速度研究材料的本构关系

材料的本构关系是研究应力波在材料中传播衰减规律的基础,拉格朗日方法可以通过几组实测数据得到材料的本构关系,是研究材料动态力学行为的常用方法。在适当假设下,利用拉格朗日反分析方法,对爆炸球面波实测数据进行处理,得到材料的动态应力应变关系曲线。给出了方程的主要推导过程,建立了利用径向粒子速度数据反演其他物理量的计算方法。分析和比较了有机玻璃和花岗岩的动力学特性。对粒子速度波形进行傅里叶变换得到其频谱曲线,讨论波传播过程中频波分量的变化对路径线构造的影响,对拉氏方法的实际应用提出几点认识。