共混/填充高分子复合材料界面力学行为实验研究进展

本文首先介绍了高聚物复合材料界面微观结构的特点和界面破坏的微观形式,在此基础上,详细回顾了粒子填充高分子复合材料和共混高分子合金两类材料的界面力学性能实验研究的进展,总结了研究粒子/基体界面力学性能的实验方法和用这些方法获得的实验结果。介绍的实验方法从宏观拉伸实验到细观在位拉伸实验,从定性的断口形貌分析到定量的界面强度和粘结能计算,从不同层次和角度阐述了研究界面性能各种方法的优缺点,最后,作者根据综合分析的结果,指出了实验研究界面力学性能遇到的主要困难来自实验仪器的局限性和实验方法的匮乏性,为了获得可靠的界面性能,一方面应该设计出利于表征的界面,另一方面需要在实验技术上有所创新,相信该文对于深入了解和研究共混/填充高分子复合材料的界面问题,以及其它类型材料的界面问题具有一定的借鉴意义。

粘着摩擦系数的分形几何研究

计及作用于接触斑点上的切向力,通过比较作用于接触斑点上的法向弹性载荷与法向塑性载荷,确定了区分弹性接触与塑性接触区域的临界接触斑点面积.总的粘着摩擦系数被表示为弹性接触区与塑性接触区的粘着摩擦系数的组合.假设屈服压力及局部粘着摩擦系数不依赖于接触斑点且等于塑性接触区中的平均值,则总的粘着摩擦系数可用简单的表达式描述.分形几何参数及归一接触面积对于粘着摩擦系数的效应已通过算例表明,研究中,分别考虑了忽略与计及接触斑点的微粒问的相互作用,两种情况的结果完全不同.

泡沫铝夹芯板动态抗侵彻性能的实验研究

本文研究了铝板-泡沫铝夹芯板的抗侵彻性能。设计了铝板-泡沫铝夹芯复合材料板,采用SHPB设备,测试了不同子弹冲击速度下纯铝板和泡沫铝夹芯板的动态响应,并研究了其破坏形态。结果表明应力波在纯铝板中的传播与在铝板-泡沫铝夹芯板中的传播有很大差异,由于泡沫铝的粘性效应使应力波在传播过程中有明显的波幅衰减现象。实验结果表明,铝板-泡沫铝夹芯板相对于纯铝板具有不同的破坏形态。由于铝板-泡沫铝夹芯板的特殊结构和性能,使其具有良好的抗侵彻性能。

三角形波致LY12铝层裂的平板冲击实验研究

采用基于冲击波衰减动力学的实验技术,使平板碰撞层裂实验的LY12铝样品中,产生三角形冲击脉冲.采用VISAR技术记录样品自由表面历史,获得样品中发生层裂的信号.在经过高应力三角形波实验的软回收样品上,发现了两个层裂面.就样品中呈现三角形脉冲的平板冲击实验而言,样品中可以存在一些高拉伸应力区域并发生多次层裂.将该文提出的基于空穴聚集的层裂模型用于数值模拟这些特定条件的平板冲击试验,并将计算的样品自由面速度历史及样品中的损伤分布与实测的VISAR数据及软回收的样品层裂面等作了比较.研究表明,人为粘性、状态方程、本构方程以及层裂模型对于数值模拟三角形冲击脉冲引起的层裂有严重影响.

水泥砂浆石在一维与准一维应变状态下动态力学响应的比较和讨论

分别采用改进了的SHPB被动围压试验方法及一级气炮 ,研究了水泥砂浆石在准一维应变及一维应变下的动态力学响应。分别得到了水泥砂浆石经摩擦力修正后的动态弹性常数、屈服强度以及高压下含损伤水泥砂浆石的冲击绝热关系。对水泥砂浆石在准一维应变、一维应变、一维应力下的应力 应变关系与高压下静水压缩曲线进行了比较和讨论。发现若以一维应变代替准一维应变 ,其弹性区模量。

材料在准一维应变下被动围压的SHPB试验方法

本文提出了改进的 SHPB被动围压试验方法 ,可用于研究材料在准一维应变下的动态力学响应 .分析中计及了试样的径向变形 ,并讨论了试验结果与围压套筒材料性质、几何尺寸等的关系 ,从而可进一步推得材料的动态泊松比 ν2 、动态杨氏模量E2 、动态剪切模量 G以及动态压缩强度 Y.又分析了试验中的摩擦力效应及其对围压下轴向应力应变关系的影响 ,完成了对材料弹性常数的修正 .

径向膨胀Al_2O_3陶瓷环动态拉伸破碎的实验研究

利用基于Hopkinson压杆技术设计的冲击膨胀环实验装置,开展了不同撞击速度下Al2O3陶瓷圆环的冲击拉伸和破碎实验研究.实验结果显示:随撞击速度增大,陶瓷环破碎产生的碎片数目增加,断口分析表明绝大多数的断口都是沿径向断裂,说明陶瓷环的破碎由膨胀环的径向拉伸应力产生;利用实测入射杆和透射杆的应力波形,获得陶瓷环发生破碎的时间和载荷信息,在一定的近似假定下,初步估算陶瓷环的表观动态拉伸强度介于160 MPa和250 MPa之间,比静态强度130 MPa显著提高.

高导无氧铜材料动态本构关系的确定

金属材料的动态拉伸和压缩性质备受人们的关注,而金属材料动态拉压性质的同、异性更是人们所关注的。该文章通过经典Hopkinson杆实验,对国产高导无氧铜(OFHC)材料动态拉、压性质进行了对比研究,且利用已有经验动态本构关系模型,对国产高导无氧铜材料动态拉、压本构关系进行了拟合确定。

延性材料平面冲击波基本实验数值模拟的若干问题

假设屈服强度正比于剪切模量,分别构建了四种强度模型,并用于数值模拟Ly12铝的平面冲击波试验的质点速度剖面以及钨合金的平面冲击波试验的锰铜计应力记录.研究发现,基于Steinberg等的屈服强度模型比较符合实验.还对平面冲击波试验的层裂现象进行了简化的数值模拟,其中,采用了该文作者所提出的一种基于空穴聚集的层裂模型,该模型的特点是分别引入了层裂过程的早期及后期应力松弛方程.

与冲蚀有关的粘着与犁沟摩擦系数

提出一种与冲击磨损有关的有效摩擦系数,它被定义为冲击过程中,每一瞬间的切向有效摩擦力与法向载荷之比.有效摩擦力被表示为剪切项与犁沟项之组合.剪切项依赖于剪切金属接合点的状态——滑移或滚动.犁沟项依赖于冲击物在冲击途中使靶材料发生移动的状态.此有效摩擦系数被应用于研究刚性球自由斜冲击延性靶问题.在忽略剪切项仅计及犁沟项的情况下,研究表明,Hutchings实验中的有效冲击摩擦系数是冲击过程与初始冲击角的函数,就时间平均而言,大于Hutchings为拟合计算与实验结果所取的摩擦系数常值0.05.有迹象表明,对于与固粒延性冲蚀有关的刚性球自由斜冲击延性靶问题,在一定条件下,有效摩擦系数主要由犁沟效应确定.

多胞牺牲层的抗爆炸分析

运用一维冲击波模型和三维细观有限元模型分析了多胞牺牲层的抗爆炸行为.基于刚性-塑性硬化(R-PH)的多胞材料模型,建立了一维冲击波模型,得到了多胞牺牲层中冲击波传播的控制方程.揭示了冲击波在多胞牺牲层中的传播特性,并阐述了附加质量和爆炸载荷强度两个参数对牺牲层设计的重要影响.比较了基于刚性-理想塑性-锁定(R-PP-L)模型和基于刚性-塑性硬化(R-PH)模型的多胞牺牲层的结构设计,指出了两种模型的适用范围.通过基于三维Voronoi技术的细观有限元方法验证了基于R-PH模型的多胞牺牲层结构的设计准则.

用改进的基于质点速度测量的拉格朗日分析方法研究尼龙动态力学特性

采用改进的基于质点速度波形测量的拉格朗日分析方法,研究了率型材料的动态力学性能。首先用高磁感应强度的钕铁硼强磁材料研制出新型磁电式粒子速度计,其性能高于前人文献所报道的性能。其次,在理论分析和数值模拟的基础上得出,用实测的质点速度波形来求应力波形时,实测的应力边界是不可缺少的。在实际研究中,要同时测得质点速度以及应力量是很难的,本文采用Hopkinson压杆技术与拉格朗日分析相结合的新方法解决了这一问题,并对尼龙的动态力学特性进行研究,求得了尼龙的系列动态应力-应变关系曲线。研究证实了该方法的有效性和可靠性。

册子岛航道AB段水下炸礁及爆破安全监理

册子岛航道AB段内有2处浅区,深度小于航道的设计水深25.0 m以深要求,需在中石化册子岛原油码头开港前疏浚完毕。因该区域平均水深大于25 m,平均流速达1.4 m/s,本工程采用配备有4台钻机的钻孔船进行水下钻孔炸礁施工,对深水区钻孔爆破的技术设计、爆破参数的选择、具体施工方法的应用、爆破安全防护措施以及爆破安全监理的依据、监理内容和监理控制方法等进行了探讨,为此类深水区钻孔法爆破炸礁施工及爆破安全监理积累了一定的经验。

冲击波作用下铝的准弹性卸载行为

根据一维应变冲击波的基本关系,将Cochran等定义的有效剪切模量与准弹性卸载过程的纵波和体波声速关联起来,并藉此研究了冲击波作用下铝的准弹性卸载特性.利用VISAR高压声速测量技术获得了LY12铝在20～100 GPa压力下沿着准弹性卸载过程的有效剪切模量,结果表明LY12铝的有效剪切模量随卸载应力的下降而迅速下降.采用与卸载应力成线性关系的方程对有效剪切模量进行了近似描述,该方程的斜率随初始冲击压力的增加而增加,体现了准弹性卸载行为的压力相关性.将有效剪切模量结果与准静态实验结果进行了比较,由此分析了冲击波作用下准弹性卸载过程的可能物理机制.应用有效剪切模量方程对6061铝合金的准弹性行为进行了模拟,计算结果与实验结果符合很好.

高导无氧铜的高压与高应变率本构模型研究

基于Y/G及G/B为常数的假设,构建了高导无氧铜的七种高压与高应变率本构模型.对于高导无氧铜进行了平面冲击波试验,采用纵向与横向锰铜应力计记录了试件中的纵向与横向应力,从而得到了屈服应力历史.用所构建的七种本构模型进行了数值模拟,并与高导无氧铜的平面冲击波试验结果进行比较.结果表明,平面冲击波载荷下高导无氧铜的屈服强度对于压力、密度、温度以及塑性应变的依赖性是本构描述的关键.而由Hopkinson试验取得的高导无氧铜高应变率本构模型,并不适合描述平面冲击波载荷下的本构特性.

C30混凝土冲击绝热关系和Grneisen型状态方程的实验研究

采用一级气炮加载技术和锰铜压力计测试技术,对含初始空隙的C30混凝土在一维应变条件下的冲击特性进行了实验测量和分析.基于锰铜压力计测量的压力波形,确定了C30混凝土材料的冲击绝热关系,即冲击波速度D与波后粒子速度u之间满足线性关系.再从C30混凝土的冲击绝热数据出发,获得了计及初始空隙度Ф0影响的多项式形式Grneisen型状态方程中的各项系数.实测压力波形还显示:不同位置处的压力波形在迅速上升至峰值后均随时间逐渐衰减,而冲击波峰值又随传播距离而衰减,从而表明C30混凝土材料的率相关特性不能忽略,呈现出明显的应力松弛特征和耗散特征.

高强铝合金的动态拉伸断裂行为实验研究

采用不同的冲击加载方式对棒材铝合金(2024-T4、7075-T6)进行动态拉伸断裂实验研究.单轴动态拉伸加载下7075-T6的初始屈服应力与断裂应变明显高于2024-T4,但三点弯曲和层裂实验中,2024-T4表现出更好的抗裂纹扩展与层裂失效能力.断口扫描电镜分析发现:2024-T4中孔洞或裂纹主要成核于晶内强化相,形成穿晶断裂,而7075-T6部分孔洞或裂纹在晶界成核增长形成沿晶断裂,部分孔洞或裂纹在晶内强化相周成核形成穿晶断裂.

冲击压缩下铝、铜、钨的剪切模量和屈服强度与压力和温度的相关性

对铝、铜和钨在冲击压缩状态下的剪切模量和屈服强度的实验数据进行了综合分析 ,并与Steinberg Cochran Guinan(SCG)模型的计算结果进行了比较 ,结果表明 ,铝在 5 0GPa、铜在 10 0GPa、钨在 2 0 0GPa冲击压力以内 ,三种材料的剪切模量和屈服强度随温度和压力的变化趋势基本相似 ,即SCG模型的假设 Y′pY0=G′pG0,Y′TY0=G′TG0对这三种材料在上述冲击压力范围内近似成立 ,利用该模型可以较好地描述材料在冲击压缩下的本构行为 .

Hopkinson拉杆试验的优化与高导无氧铜拉伸本构关系的确定

为有效测量试件中的应力、应变及应变率,Hopkinson拉伸试验(TSHB)必须作优化分析,所进行的数值模拟涉及试件与杆件等连接对于实验结果的影响.为减小上升前沿、惯性效应且使试件处于一维应力及均匀应力与应变状态,优化的试件具有一定的长度与形状要求.对于高导无氧铜,由准静态试验及不同应变率与温度的优化TSHB试验得到一系列应力-应变曲线,并被拟合确定J-C及Z-A型动态本构模型.利用所确定的动态本构模型数值计算的反射与透射的应变在一定程度上与实验结果一致.文中强调指出,必须采用全过程数值模拟,对TSHB试验进行优化设计,并且对所确定的试件动态本构模型进行代入校核,再现实验结果.