木材顺纹抗剪强度测试方法的改进

在测量小径材或薄板抗剪强度时,常由于材料尺寸过小,无法按国标规定制作试样。本文提出了一个木材顺纹抗剪强度测试方法的改进方案,即在基本保持试样原有力学性状不变的前提下,将剪切试样的宽度缩小为国家标准试样的一半,并通过杉木和I-214杨的标准试样和改进试样的对比试验,论证了改进方案的可行性。对比试验表明:改进试样和标准试样的抗剪强度差异不显著(0.05水平),二者强度平均值相对差异的绝对值低于3%。

避免高温试验无效能耗的研究

高温板材拉伸是基础材料试验之一,用于测定各种材料的高温力学性能,过程中需要使用较多的电能。由于经常出现试样销钉孔首先破坏,断口位于试样平直段意外,无法获得预期数据的异常断裂现象,造成了无效的能源消耗。使用有限元方法及ANSYS软件,分析试验过程中试样的受力情况,确认销钉孔部分区域在试验过程中产生应力集中,是导致异常断裂的主要原因;同时通过改变试样的关键尺寸,降低销钉孔局部应力集中,保证试样正常断裂,避免无效的能源消耗。

一种基于SHTB的Ⅱ型动态断裂实验技术

冲击剪切载荷作用下动态断裂韧性的测定是材料力学性能和断裂行为研究中重要组成部分.为了测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,许多学者采用不同的试样与实验方法进行了实验,但限于实验条件,裂纹断裂模式往往是I+Ⅱ复合型,而不是纯Ⅱ型,因而不能准确测得材料的Ⅱ型动态断裂韧性.鉴于此,本文基于分离式霍普金森拉杆(split Hopkinson tension bar,SHTB)实验技术,提出一种改进的紧凑拉伸剪切(modified compact tension shear,MCTS)试样,通过夹具对MCTS试样施加约束,从而保证试样按照纯Ⅱ型模式断裂.采用实验-数值方法对MCTS试样动态加载过程进行分析,将实验测得的波形输入有限元软件ANSYS-LSDYNA,得到了裂纹尖端应力强度因子-时间曲线,并与紧凑拉伸剪切(compact tension shear,CTS)试样进行了对比.同时采用数字图像相关法进行了实验,验证了有限元分析结果.结果表明,MCTS试样在整个加载过程中K_I K_Ⅱ,裂纹没有张开;而CTS试样在同样的加载过程中K_I>K_Ⅱ,出现裂纹张开现象.这说明MCTS试样能够准确地测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,为材料动态力学测试提供了一种有效的实验技术.

路面材料比热容试验优化分析

为提高ASTM试验方法测试路面材料比热容的精确度,设计了一种基于智能数据采集系统的路面材料比热容测试方法——改进圆柱体试样法.采用ASTM法和改进圆柱体试样法对标准黄铜试件的比热容进行对比研究,并基于改进圆柱体试样法对美国4个州的路面材料比热容进行测试.试验结果表明,改进圆柱体试样法的试验时间较ASTM法减少10 min,多次重复试验结果的标准差仅为ASTM法的1/2,A类不确定度和相对误差也低于ASTM法,试验结果可信度较高.

应变片位置对动态应力强度因子求解的影响

为了研究应变片法在求解动态应力强度因子过程中随机误差的影响,提高求解精度,本文采用ABAQUS软件对Hopkinson拉杆加载改进的紧凑拉伸(MCTS)试样进行了数值模拟。通过对比应力强度因子渐近解与数值解之间的差异,探讨了应变片粘贴位置对动态应力强度因子求解精度的影响。结果表明,系数矩阵条件数取决于应变片位置。对于某些特定位置系数矩阵条件数可能超过500,此时应变片信号的微小随机误差会引起解的极大变化;而大部分位置系数矩阵条件数小于2,随机误差的影响不显著。此外,渐近解并非完全符合应力波加载下裂尖应变场的分布,在特定方向上2者存在30%左右的相对误差。本文的结论可以为应变片法测试材料动态断裂韧性提供依据与参考。