花岗岩动态劈裂拉伸实验及动力作用机制

岩石作为一种常见的工程材料,其动态拉伸力学性能的准确核定及其破坏机理至关重要.借助霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验装置,对75块花岗岩试样进行了不同冲击速度下的动态劈裂拉伸实验,分析其动态强度与变形的应变率效应,以及冲击劈裂后的破坏形态,进而得到花岗岩试样的应变率、...     

RDX基PBX炸药的冲击压缩行为

采用霍普金森压杆分别对RDX基浇注PBX炸药进行了开放体系和围压体系下的冲击压缩实验,获得了两种实验条件下的动态参量,并计算了围压条件下的动态泊松比及动态杨氏模量,结合高速摄影、电镜扫描(SEM)等宏观、微观视角分析了试样的破坏机制。结果表明：两种实验条件下,试样均表现出应变率效应,无围压时试样的断裂具有脆性断裂特征;围压条件下的动态泊松比及动态杨氏模量均随应变率的增加而增大,约束条件下试样表现出一定的塑性特征;     

RDX基高聚粘结炸药的冲击压缩行为

采用霍普金森压杆分别对RDX基浇注PBX炸药进行了开放体系和围压体系下的冲击压缩实验,获得了两种实验条件下的动态参量;并计算了围压条件下的动态泊松比及动态杨氏模量。结合高速摄影、电镜扫描(SEM)等宏观、微观视角,分析了试样的破坏机制。结果表明:两种实验条件下,试样均表现出应变率效应,无围压时试样的断裂具有脆性断裂特征;围压条件下的动态泊松比及动态杨氏模量均随应变率的增加而增大,约束条件下试样表现出一定的塑性特征。     

6008铝合金冲击实验及其动态本构模型

为了弥补6008铝合金在冲击载荷作用下的力学性能及其动态本构模型研究的不足,采用RPL-100型材料试验机和分离式霍普金森压杆获取了该材料在不同应变率下的应力—应变曲线.结果表明:随着应变率的增加,6008铝合金的屈服强度、强度极限与流动应力增加,应变硬化率减小,屈服滞后现象明显.基于实验结果与Johnson-Cook模型,引入Cowper-Symonds本构模型来描述6008铝合金的应变率效应,同时考虑到该材料冲击过程中绝热温升的影响,构建了适用于6008铝合金的改进Johnson-Cook模型.结果表明,改进Johnson-Cook模型能够能较好地描述6008铝合金的应变率效应并能准确地预测其流动应力,可为实际工程中的数值模拟问题提供参考.     

高应变率下混凝土动态力学性能SHPB实验

利用φ100 mm霍普金森压杆试验设备,研究了混凝土材料在冲击荷载下的动态压缩性能,分析验证了实验结果的有效性、一致性和试样中的应力均匀性问题,得到了混凝土材料在较高应变率范围内的动态应力-应变关系.研究表明,混凝土材料的动态应力-应变呈非线性关系;混凝土材料为应变率敏感性材料,在较高应变率范围内混凝土材料的动态应力-应变关系是与应变率相关的;混凝土材料的破坏应力和破坏应变随应变率的增大而增大.     

碾压混凝土真实应变率效应试验

为深入研究碾压混凝土动态力学特性,借助分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对3种不同直径圆柱试样进行了冲击压缩试验.试验结果表明:碾压混凝土材料具有显著的应变率效应和尺寸效应;混凝土类材料的动态抗压强度增强是材料自身特性、惯性效应和端面摩擦效应三者作用的结果,确定碾压混凝土的真实应变率效应对碾压混凝土结构冲击荷载下动态响...     

子弹长度对SHPB测试影响的有限元模拟

基于三维弹塑性有限元模型,采用动态显式算法模拟一系列不同长度子弹以相同速度打击 AL6061-T6铝合金试样的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,得到了试样的应力-应变关系.与实验结果对比,两者吻合较好,验证了SHPB测试原理的合理性.模拟结果表明,子弹长度越长,试样的最大应力和塑性变形越大.     

铝合金型材的冲击压溃载荷特性研究

为了确定Riera公式中的压溃载荷,基于材料实验机和霍普金森压杆实验系统,对铝合金型材在轴向准静态和不同速度冲击加载作用下的静、动态压溃行为进行了研究,得到了多种尺寸和形状规格型材在静、动态压溃过程的载荷时间曲线,以及峰值压溃载荷和平均压溃载荷随冲击速度的变化规律.分析结果表明,Riera公式中的压溃载荷采用平均压溃力是较好的选择,铝合金型的动、静态压溃力的差异来自结构的横向惯性效应.通过量纲分析,在进一步整理实验数据的基础上得到了适用于准静态和冲击加载作用的铝合金型材统一的平均压溃力经验公式.     

冲击载荷作用下砂岩的动力学特性及能耗规律

采用分离式霍普金森(SHPB)压杆装置对砂岩进行动态冲击压缩试验,通过不同的加载气压实现不同应变率条件下对煤矿区的砂岩进行冲击压缩,以此来分析煤矿区砂岩的动力学特性以及能量损耗规律。根据试验结果分析可得,应力-应变曲线反映出砂岩的动态弹性模量及峰值应力都表现出明显的应变率效应,动态压缩强度表现出很强的应变率效应,两者之间呈现线性关系;在动态冲击压缩中,动态抗压强度高于静态抗压强度,通过动态强度增长因子DIF可以反映岩石在动载条件下的强度指标;随着应变率的增大,砂岩试样单位体积吸收破碎耗能增加,试样破坏更严重,破坏程度与单位体积破碎耗能之间形成很好的对应关系。同时借助SEM扫描电镜分析冲击压缩后试样微观条件下的破坏模式,结合宏观上的破坏形态共同分析岩石的损伤特性。     

动态劈裂实验的数值模拟及讨论

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)可以进行混凝土类材料高应变率下的劈裂实验,目前公认的方法是通过透射波信号得到劈裂强度和相应的平均应变率.文章通过数值模拟对这种方法的有效性进行了讨论,发现在高应变率下,混凝土劈裂不满足中心开裂条件.因此上述基于弹性静力学平面问题的传统处理方法会产生一定的误差.文章还分析了不同试样尺寸对动态劈裂实验精度的影响.     

SHPB实验及其在合金材料中的应用研究

钛、铝合金材料在航空航天等工程领域中得到了广泛应用,对其动态冲击力学性能的研究需借助分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)实验完成。比较并分析了SHPB实验装置及其在该两种合金材料研究上的应用,研究了影响SHPB实验结果的因素,如弥散效应、均匀性问题、惯性效应及端面摩擦效应等。通过对钛合金、铝合金材料冲击动态力学性能及其本构模型进行研究发现:钛合金和铝合金材料的流动应力和屈服强度往往会随着应变率的升高而升高,随温度的升高而降低。对钛合金和铝合金材料的冲击动态力学性能进行了比较,Johnson-Cook本构模型可以合理描述两种材料的冲击动态力学行为。     

不同形状砂岩的动态力学特性

为研究横截面形状对岩石试样动态力学特性的影响,采用改进后的霍普金森压杆(SHPB)对砂岩圆柱试样、方形试样和厚壁圆筒试样进行冲击试验。研究结果表明:这3种试样的动态强度均随应变率的增大而增大,由于厚壁圆筒试样存在较大自由面,故其比圆柱试样和方形试样对应变率变化更敏感;横截面形状对岩石变形模量的影响较小,而对峰值应变的影响较大,峰值应变的应变率效应不明显;横截面形状和应变率对试样破坏形式的影响较明显,方形试样棱角处均出现明显的剪切面,应变率越大,试样破碎块度越小。     

基于FDM-DEM耦合的岩石动态冲击特征方法

为探究动态冲击作用下岩石的力学特征，根据室内霍普金森冲击试验模型，基于有限差分(finite difference method，FDM)-离散元(discrete element method，DEM)耦合方法构建了三维分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击数值模型，在模型入射杆端部施加半正弦冲击波进行动态冲击模拟，对三维离散元试样的动态应力时程曲线、裂纹时空演化等特征进行讨论，从细观力学角度分析岩石的动态冲击破坏过程。结果表明：三维耦合模型在动态冲击过程中能够很好的满足应力有效性检验，保证了冲击过程的可靠性；利用Fish语言编写的半正弦冲击波等效替代室内试验撞击杆的撞击作用可以在一定程度上消除入射波的弥散效应；动态冲击过程中，试样内部的裂纹发展可分为平静阶段、缓升阶段、陡增阶段和稳定阶段，且裂纹主要产生于应力峰后阶段，裂纹总量呈反“Z”型变化。     

聚碳酸酯高应变率分离式霍普金森压杆实验研究

为获得聚碳酸酯(PC)在环境温度范围内的动态力学特性,该文利用分离式霍普金森压杆技术对PC进行高应变率动态压缩力学实验.在低温-50℃、常温+15℃和高温+50℃三种温度下进行实验,并对实验数据有效性进行检验.用二波法对数据进行处理,得到PC在不同应变率下的应力应变曲线.基于应力应变曲线分析了应变率和温度对PC动态压缩特性的影响.实验结果表明PC具有明显的应变率相关性.在高应变率下,PC的屈服强度约为静态下的1.6倍.在动态下,屈服应力随着应变率的增加不断增加,与应变率常用对数呈线性增长关系.PC也具有对温度的敏感性,其屈服应力随着温度的升高而降低,表现为温度软化效应.在-50～+50℃范围内,PC力学特性基本一致,屈服应力变化幅值不超过6％.     

循环冲击对围压作用下砂岩特征的影响

利用带围压装置的分离式霍普金森压杆系统对砂岩试样进行不同围压下的循环冲击试验,探讨了冲击应变波的波形特征,并对围压与应力应变、损伤因子等物理量间的关系进行了分析.结果表明:透射波在砂岩试件中传播时存在明显的非线性,并可计算得到砂岩中冲击波的形成距离;砂岩在无围压作用下发生脆性破坏,有围压时表现出明显的弹塑性特征.当围压一定时,应力-应变曲线的上升段斜率随冲击次数增加而减小;当围压增大时,不同冲击次数下的应力-应变曲线差异减小;砂岩损伤因子随平均应变率增大呈幂函数增长,且二者均随围压增加呈现出良好的规律性.     

SHPB技术在材料动态加载相变行为研究方面的拓展

对比分析了分离式霍普金森压杆(SHPB)技术的冲击加载的方式以及传输和加载机制,分离式霍普金森压杆根据不同的目的可对加载装置和实验方法进行调整,依据其冲击加载基本原理,尝试将分离式霍普金森压杆(SHPB)技术引入非晶合金材料的冲击加载诱变研究中,实验表明,SHPB技术在材料一维加载情况的相变及其机理研究方面有着广阔的应用前景.     

围压对珊瑚岩动态力学行为影响

珊瑚岩的深层打桩工程提出了研究珊瑚岩在围压作用下动态力学性能的新科学需求. 通过带围压的霍普金森压杆（SHPB）对珊瑚岩开展冲击试验,得到了不同围压下珊瑚岩的力学响应. 研究表明:无围压情况下,珊瑚岩动态抗压强度与常规岩石一样,具有明显的应变率敏感性;随着围压增加,珊瑚岩动态抗压强度不仅有显著的提高,而且其应变率敏感性更强,并归纳出含围压和应变率效应的破坏强度公式. 本文提出的强度公式对深厚覆盖层珊瑚岩地质桩基工程具有重要的参考价值.      

超高韧性水泥基复合材料与活性粉末混凝土动态性能研究

研究超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）及活性粉末混凝土（RPC）在不同冲击荷载下的动态劈裂强度、拉压比、能量吸收量以及破坏状态.试验采用Ф80 mm的分离式霍普金森压杆以5组不同的冲击速度,打击UHTCC和RPC的平台巴西圆盘试样.研究结果表明：两组材料的动态劈裂强度随着应变率的上升而上升,具有明显的应变率敏感性,RPC的动态劈裂强度约为UHTCC的1.35倍;不同冲击荷载下两组材料的动态能量吸收量相近.     

冲击载荷下赤铁矿动态抗压强度及破碎特性

基于连续-非连续单元方法(CDEM),通过在单元中引入线弹性模型,在虚拟界面中引入内聚力模型,实现了外加载荷下岩体损伤破裂过程的模拟.基于霍普金森杆(SHPB)实验的基本原理,建立了直径为50 mm、厚度为25 mm的赤铁矿数值试样模型.借助CDEM探讨了加载应变率为40、80、120、160、200 s-1五种工况下数值试样的动态本构曲线、动态单轴抗压强度、能耗密度、试样破裂度及特征破碎尺寸,获得了与相关SHPB实验基本一致的结果.结果表明:在单元本构及虚拟界面本构中未引入应变率效应的情况下,数值试样的动态单轴抗压强度仍然表现出较强的应变率相关性;随着加载应变率的增加,试样峰值强度按幂函数形式从277 MPa增大至310 MPa,数值试样中用于损伤破裂的能耗密度增大,且能耗密度与试样破裂度及特征破碎尺寸密切相关.     

三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料动态变形特征

利用分离式霍普金森压杆装置,对三维连通网状SiC陶瓷/Zr基非晶复合材料进行不同应变率下的动态压缩实验,采用扫描电子显微镜研究复合材料的动态变形特征和断口形貌.结果表明:复合材料的动态压缩强度随着打击速度的增加而增加;试样发生劈裂和剪切断裂,陶瓷相断口形貌为层片状、台阶式的解理断裂,非晶合金发生粘性流动,断口形貌复杂多样.在应变率＞104 s-1的冲击载荷下,非晶相表现为软化后的多重脊状条带.复合材料断口上大量的非晶球形液滴及非晶软化条带的发现表明,绝热温升在非晶变形与断裂过程中起重要作用.