混凝土一维应力层裂实验的全场DIC分析

基于74 mm直径分离式Hopkinson杆(SHPB)实验平台进行了混凝土杆的一维应力层裂实验.采用超高速相机(采样频率:2μs/frame)结合数字图像相关法(DIC),记录混凝土试件中的动态位移场实时变化情况,探讨了混凝土在拉伸断裂过程中的表面位移场及速度场演化规律.针对实验中出现的多重层裂现象,基于一维应力波传播理论,指出各个位置在发生层裂时,其最大拉应力均由透射压缩波与反射拉伸波叠加而成,各处层裂发生时均处于一维应力状态.并提出了根据层裂位置左右两点速度趋势变化判断层裂发生时刻的判据.该判据可以给出所有层裂的起裂时间,结合DIC分析直接给出了混凝土多重层裂应变.结果显示混凝土的拉伸强度具有明显的应变率效应,在30 s-1的应变率下,其拉伸强度的动态增强因子(DIF)可以达到5.与传统的波叠加法和自由面速度回跳法相比,DIC全场分析法不受加载波形限制,可以精确给出每个层裂的位置和起裂时间,从而得到试件在高应变率加载下不同位置处的断裂应变、拉伸强度及相应应变率,提高了测量效率.

球链中冲击扰动的传播

采用Hertz接触理论处理牛顿摆中球与球之间的相互接触,建立球链碰撞模型,观察到碰撞过程中类似孤立波的传播现象.为了便于处理"n对m"碰撞的计算,编写了带有GUI(graphic user interface)界面的计算程序,可以研究不同撞击球个数对撞击过程的影响,包括球心位置、球心速度以及相邻小球间的变形量与相互作用力随时间的变化规律.进一步比较了一维球链模型和三维有限元模型的结果,并实验观察了碰撞过程的细节,得到一致性结论.

晶粒尺寸和应变量对高纯铝表面橘皮效应的影响规律

为了进一步揭示晶粒尺寸和应变量对金属材料表面橘皮化的影响规律,本文采用MTS810万能试验机、光学显微镜、扫描电镜以及电子背散射衍射技术,并结合宏观形貌和微观组织表征的方法,研究了不同晶粒尺寸和应变量对高纯铝板拉伸变形过程中的表面形貌、显微组织和表面粗糙度演化的影响。结果表明:晶粒尺寸对橘皮缺陷的演化规律有很大影响,且依赖于应变量。当应变量为5%时,尽管从晶粒尺寸为60μm的试样未观察到明显的橘皮缺陷,但随着应变量的增加,表面粗糙度略有增加;而晶粒尺寸为500μm的试样橘皮缺陷比较显著,且随着应变量的增加,橘皮缺陷越来越严重,表面粗糙度增加更为显著。在低应变量下,晶粒尺寸为60μm的试样,表面滑移带较晶粒尺寸为500μm的试样不明显;随应变量的增加,3种试样均有明显的滑移带,并且晶粒尺寸为500μm的试样出现了大量微裂纹。表面粗糙度与晶粒尺寸呈近似线性的关系,与应变量之间则满足非线性关系。粗晶和高应变共同导致了表面橘皮效应,且二者耦合的影响是单个因素影响的3倍以上。

UHMWPE背板铺层角度对陶瓷复合靶板抗弹性的影响

由于背板强度对陶瓷/纤维复合装甲的抗弹性能存在明显影响,采用12.7 mm穿燃弹(刚脆性)冲击实验研究了不同UHMWPE背板铺层角度对陶瓷/纤维复合装甲弹道冲击性能的影响.通过观测回收的弹芯、靶体陶瓷及纤维背板宏观破坏特征,分析了陶瓷/纤维复合装甲的耗能机理及抗弹性能.试验结果表明,陶瓷锥是陶瓷面板的主要破坏模式,其宏观裂纹主要有:径向、环向及与锥形裂纹;纤维背板变形模式为动态锥形鼓包及边界褶皱,其破坏失效模式有:剪切失效及层间剥离.并且,背板强度对陶瓷/纤维复合靶板的抗弹性能有明显影响,随着UHMWPE背板铺层角度的减小,背板强度以及陶瓷/纤维靶板整体结构刚度随之增大,靶板对弹芯的破碎作用越明显,冲击后剩余弹芯最大碎片质量减小,小碎块数量增多,弹丸碎块穿透靶板后剩余侵彻能力减弱,复合靶板整体抗弹性能增加,同时背板鼓包高度减小,锥形鼓包所形成的角度增大,纤维层合板的破坏失效模式从剪切失效向层间剥离转变.

嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构的力学性能及损伤失效

设计并采用嵌锁组装工艺制备了碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构,开展了面外平压性能和三点弯曲性能试验研究,获得了夹芯结构在平压载荷作用下的破坏模式,分析了其损伤失效机制及吸能特性,讨论了在三点弯曲载荷作用下面板质量非对称性和槽口方向对夹芯梁的破坏模式及承载能力的影响。研究结果表明嵌锁式碳纤维/树脂基复合材料方形蜂窝夹芯结构在准静态压缩载荷下表现为从槽口附近纤维断裂到开槽侧肋板失稳断裂,再到未开槽侧肋板断裂和压溃的渐进式损伤破坏模式;压缩应力-应变曲线出现明显的二次应力平台,体现出夹芯结构优异的吸能特性;配置较厚的上面板及芯材长肋板槽口向上时,结构的承载能力和初始失效载荷更高。