6 500 kN液压冲击试验机刚性冲击特性分析

针对6500 kN大吨位液压冲击试验机在刚性冲击过程的安全性问题,基于撞击动力学建立了冲击油缸液压油与活塞杆中应力波波动方程,采用Ls-dyna显示动力学分析模块,对冲击油缸刚性冲击过程进行数值模拟。研究结果表明:刚性冲击过程中,施加载荷产生的应力波传递到结构边界位置会发生叠加,导致载荷激增;两次载荷突变位置分别对应冲击油缸液压油与活塞杆刚性边界位置,数值计算结果与理论分析相符合;根据分析结果可知,超大吨位液压冲击试验机应采用防刚性冲击保护装置进行保护,防止出现刚性冲击载荷过大造成自损问题。研究结论可为设计液压冲击试验机极限承载能力提供理论依据。

分层介质冲击响应的SHPB实验研究

借助SHPB实验装置建立了用于分层介质动态性能研究和数据分析的实验方法,通过调整子弹速度进行反复试验,测得由C30混凝土和泡沫混凝土组成的硬-软分层介质在冲击荷载下的应力、应变随时间的变化关系。实验结果显示,硬-软分层介质表现出的塑性性质明显强于硬材料的塑性,在应力、应变增加时,弹性模量逐渐减小,软材料的吸能作用很好的保护了硬材料,说明硬-软分层介质具有很好的抗高速冲击和削波作用。

应力波在用SHPB研究材料动态本构特性中的重要作用

在材料动态本构关系的研究中,不论是由波传播信息反求材料本构关系,即所谓解第二类反问题,还是利用应力波效应和应变率效应解耦的方法(如SHPB技术),应力波传播实际上都起着关键作用。在一般性讨论的基础上,就SHPB试验技术分析了应力波传播如何影响材料动态本构特性的有效确定。对于应力/应变沿试件长度均匀分布假定以及一维应力波假定,着重进行了分析。

冲击荷载作用下开口圆环的动应力分析

本文用动态光弹性法研究了冲击荷载作用下开口圆环的动应力分布，比较了动态和静态荷载作用下应力分布的差异，并描述了应力波在开口圆环内的传播过程。

应力波作用下散体岩料的密实与能量耗损

使用ＳＨＰＢ法，对不同类型的散体岩料分别进行了不同加载能级、不同散料厚度和粒级水平等条件下的冲击加载实验，获得了散料在各种条件下的能量耗损和密实效果，并对与散料工程有关的一些问题进行了讨论。

冲击作用下的载荷波形对动态应力集中系数的影响

本文从理论上证明了在一定条件下阶越波入射产生的最大应力集中系数是冲击作用下种瞬态波形入射时的极限值。有限元法计算结果不仅证实了这一结论，而且展示了在一般无理论解的情况下获得极值应力集中系数的可行性。

基于弹性应力波传播理论的冲击载荷测量

为了研究材料在不同冲击载荷作用下的动态力学性能,需测量冲击载荷与时间的变化规律。根据介质中弹性应力波传播理论和胡克定律,采用了冲击载荷间接测量方法、研制了相应的测试系统。利用钢球作为加载体对该测试系统进行验证,并得到了相应的测试结果。通过理论计算和测试结果的对比分析得出,所提出的冲击载荷间接测量方法正确、研制的测量系统可靠,可为后期的测试装置研制提供有效依据。

流-固冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲研究

基于应力波理论,对轴向流-固冲击载荷作用下的直杆进行了研究,根据能量转换率守恒条件导出了求解直杆动力学平衡方程的波前附加约束条件,给出了一种定量求解流-固冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲问题的半解析半数值方法。用差分法定量求解了直杆临界屈曲长度、动力特征参数和屈曲模态,分析了流-固冲击载荷作用下直杆弹性动力屈曲的规律,分析结果表明:载荷幅值和载荷持续时间对临界屈曲长度和屈曲模态具有重要影响。

应力波载荷作用下材料断裂韧性J_(Id)测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性 JId的方法。该方法利用改进的 Hopkinson压杆加载 Charpy冲击试样 ,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波 ,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移。在建立的裂纹尖端张开位移 COD和裂纹扩展量Δa的关系中 ,令Δa =0 ,可得到裂纹起裂时的临界 ( COD) c从而确定裂纹的动态起裂点。与其它方法相比 ,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数 ;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间 ,所以该方法可在较高或较低的温度下使用 ;在动态弹塑性断裂韧性 JId的计算中 ,考虑了材料的动态应力—应变行为 ,使测得的 JId 值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。

冲击载荷作用下圆环开口处镶嵌不同材料介质的动态响应

本文用动态光弹性法研究了在冲击勒荷作用下圆环开口处镶嵌不同材料介质后，模型内部应力传播过程及应力波在介质材料介面反射、透射等情况，同时给出了与圆环和开口圆环模型动态响应的差异。

轴向冲击作用下球柱组合结构的动力屈曲行为数值研究

球柱组合壳结构是潜艇耐压壳体的主要结构形式,在实际的工程中受到水下爆炸作用或者发生撞击时,球柱组合壳结构承受冲击载荷时易发生动力屈曲现象.采用有限元分析方法,对球柱组合壳结构在轴向冲击作用下的弹性和弹塑性动力屈曲问题进行研究,同时采用应力波理论分析了不同的几何参数(如厚度)、物理参数(如切线模量、屈服强度),以及条件参数(如载荷峰值)等对球柱组合壳结构的弹塑性动力屈曲行为的影响.通过研究得出以下结论:结构动力屈曲的过程中不能忽略应力波效应,简单地将弹塑性材料定义为弹性材料会影响到分析结果的准确性.

基于动态光弹性方法的冲击载荷作用下自由边界主应力研究

当物体在冲击载荷作用下,物体内部会产生应力波,研究应力波的传播过程及规律对研究物体受冲击载荷作用具有重大的意义。应力波在物体内传播时,在自由边界处产生的主应力状态对于理论求解和计算有着重要意义。采用动态光弹性方法,结合新型动光弹系统及相关实验设备采集物体在冲击载荷作用下的等倾线和等差线条纹图,通过分析等倾线的条纹,得出等倾线与自由边界相交所成角度不为0°或90°,得出在物体自由边界处两个主应力均存在且不为零的结论。针对上述结果,采用电测方法进行验证,两试验结果相符合,方案可行且准确。

顶板断裂产生的冲击载荷对深井巷道围岩变形的数值计算研究

针对义马矿区煤层顶板巨厚砾岩层垮落引起的动载荷,通过FLAC3D数值计算,研究动载荷幅值的大小对静压巷道围岩应力场、位移场及塑性区范围的影响。模拟结果表明:随着动载荷幅值的增加,巷道顶板下沉量和煤壁位移量迅速增大,但变形速率逐渐减小,最终趋于零。随着动载峰值增大巷道围岩塑性区范围增大。

爆炸加载下含裂纹试件的动光弹研究

本文对爆炸加载下含裂纹环氧树脂板试件进行了动光弹实验研究,给出了有关的实验照片,并对爆炸过程、应力波传播规律及其对裂纹的影响进行了讨论.

张开型节理角度和长度对类岩石材料动力学特性的影响

为探究冲击荷载作用下张开型节理对类岩石材料动态力学特性的影响,基于分离式霍普金森压杆实验装置(SHPB),研究完整试件和含不同角度和长度节理的水泥砂浆试件在动荷载下的应力波传播特征、峰值承载力、破坏形态,分析讨论了基于能量理论的损伤规律。结果表明:试件会形成一组沿轴向与节理面贯通的张拉裂纹面和一组几乎平行于试件端面的裂纹面;节理长度由5 mm增大到30 mm时,应力波的反射作用越明显,试件的峰值承载力越小,破坏产生的裂纹面越小,因而损伤也越小。当节理角度从0°增至90°时,应力波的反射作用越小,损伤越小;峰值承载力随节理角度增大先减小后增大,当节理角度为60°时,峰值承载力最小,当节理角度为90°时,峰值承载力最大。

应力波在不同介质界面上反射的动光弹实验

本文用动光弹方法研究冲击载荷下不同支撑条件的圆环的动态响应,给出部分实验结果。对内边界受冲击力作用的镶嵌圆环也进行了实验研究,结果表明,应力分布局限在有限范围内。

冲击载荷作用下弹、塑性组合煤体动态损伤特性研究

以掘进巷道前方分布的弹、塑性组合煤体为研究对象,基于应力波的传播规律,研究冲击载荷作用下煤体中应力波的传播过程,加、卸载波相互作用下拉应力波的形成及作用机理。研究表明:弹、塑性组合煤体在冲击载荷作用前后,加、卸载波在波阻抗不同的分界面将发生反射与透射,形成多束卸载波;卸载波的作用能产生拉应力,易致使煤体发生破坏;冲击载荷作用下掘进工作面前方塑性煤体与弹性煤体的分界面附近煤体中易形成拉应力较大的区域,导致煤体发生急剧损伤、瓦斯解吸速度急剧增加、瓦斯压力急剧上升,从而导致煤与瓦斯突出事故的发生,是由内至外的发展过程;加、卸载应力波在孔洞周围的弹、塑性煤体传播过程中会发生多次反射与透射产生多束卸载波,卸载波之间相互作用产生的拉应力,可使煤与瓦斯突出过程中呈现层裂现象。