固体推进剂拉剪复合加载夹具设计及试验验证

为了研究固体推进剂在拉剪复合加载下的力学性能,设计了基于单轴拉伸试验机的拉剪复合加载夹具和试件。此夹具基于Arcan夹具进行改进,采用模块化设计,可兼容不同拉伸试验机,适用于多种加载角度加载;拉剪试件无需开孔,可直接夹持。根据所设计的夹具和试件,开展了单轴拉伸、纯剪切和拉剪试验研究,并将试验结果与有限元仿真结果进行了对比。研究表明,在不同加载条件下试件的极限载荷存在明显的差别,单轴拉伸试件的极限载荷最大,45°拉剪试件的极限载荷次之,纯剪切试件的极限载荷最小;试件的起裂方向也存在不同,单轴拉伸试件的起裂方向与试件轴线方向垂直,纯剪切试件和拉剪试件的起裂方向分别与试件轴线方向成45°和24.5°。所设计的夹具能有效完成不同加载角下的拉剪试验,试验结果与仿真分析结果吻合良好。

平行竹集成材复合型断裂性能研究

【目的】探究平行竹集成材在复杂应力下沿纤维方向的断裂性能,并根据断裂表面分析其破坏机理,最终得到平行竹集成材复合型断裂基本规律,并建立相应模型。【方法】运用Arcan试验测试平行竹集成材蝶形试件沿纤维方向的断裂性能,通过调整加载角度进行不同形式的测试,从而实现试验材料Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂。设置不同缝高比研究断裂韧带长度对试件断裂韧性的影响;通过测得的极值荷载计算其断裂韧度,并结合断面分析平行竹集成材不同形式断裂的破坏机理;最终通过复合型断裂包络图分析得到平行竹集成材沿纤维方向复合型断裂准则。【结果】平行竹集成材沿纤维方向Ⅰ型、Ⅱ型和复合型断裂均为脆性断裂,且试件在复杂应力条件下更容易发生破坏。Ⅰ型断裂试验裂缝主要在薄壁细胞层间和纤维/薄壁细胞组织界面沿纤维方向发展。在Ⅱ型断裂试验中,裂缝在纤维/薄壁细胞组织界面发展的同时,也在薄壁细胞组织多层间开展,形成薄壁细胞组织桥连机制,提高试件承载力。Ⅰ型和Ⅱ型断裂试验中竹纤维均基本不参与断裂。随着试件缝高比改变,Ⅰ型断裂韧度变化幅度较小,Ⅱ型断裂韧度在试件缝高比0.5时有最大值。平行竹集成材复合型断裂试验中,随着加载角度的增加,Ⅰ型断裂韧度分量逐渐减小,Ⅱ型断裂韧度分量逐渐增加;当试件缝高比0.3时,等效断裂韧度随加载角度的增加而增加,缝高比0.6时随加载角度的增加而减小。【结论】平行竹集成材试件缝高比为0.3时,复合型断裂准则曲线能够较好描述其复合型断裂特征。

沥青混合料Ⅰ型疲劳开裂虚拟离散元试验

采用离散单元法对Arcan I型开裂试验进行了虚拟试验.根据现实试验中的沥青混凝土试件集料-集料和集料-黏结料之间的力学关系,在虚拟试验中利用Burgers模型建模,并在电子扫描图像基础上使用Particle Flow Code3D软件建立虚拟试件.在虚拟试验过程中实时监测试件应力分布变化及观测点应变变化.结果表明：虚拟试验结果与实际试验符合良好;应力监测结果表明裂缝发展全程符合裂缝尖端应力集中现象,且初始微裂缝会沿尖端方向继续发展成为大裂缝;Arcan I型开裂试验中试件直接受拉,应力分布简单直观,应力-应变分析对比其他试验方法更为直观.