用于纤维和纤维复合材料高应变率力学性能的Hopkinson系统

研制用于纤维柬和纤维复合材料高应变率下力学性能的测试系统，描述分离式Hopkinson杆测试系统的硬件构成、信号采集和分析计算。通过实验例子说明了试验方法。给出碳纤维柬在应变率1500s^-1以上的拉伸实验结果。实验结果表明该测试系统是可靠有效的。     

Fe-C合金动态拉伸力学性能温度和应变率效应分子动力学

爆炸冲击荷载作用下温度和应变率对钢材动态力学性能的影响一直备受关注。Fe-C合金体系是钢材的基本组成部分,本文以Fe-C合金为基本研究对象,采用分子动力学方法模拟九种温度和四种应变率条件下Fe-C合金的单轴动态拉伸过程。结果表明：在所研究的温度和应变率范围内,Fe-C合金弹性模量对于应变率变化不敏感,对于温度变化非常敏感,随着温度的升高,弹性模量明显减小;相同温度条件下,屈服强度和峰值应变随应变率的增大而增大;相同应变率条件下,屈服强度和峰值应变随温度的升高而减小;温度和应变率对屈服强度的影响不具有相关性。基于分子动力学模拟,建立的纳米尺度下Fe-C合金动态拉伸力学性能计算公式能反映温度和应变率效应的共同影响,为钢材在爆炸冲击作用下动态拉伸力学性能描述提供依据。     

单层石墨烯薄膜拉伸破坏应变率相关性的分子动力学研究

采用Tersoff势对扶手椅型（Armchair）和锯齿型（Zigzag）单层石墨烯薄膜在不同应变率条件下的零温单向拉伸破坏过程进行了分子动力学模拟,预测了石墨烯薄膜拉伸破坏的应变率效应.结果表明,石墨烯薄膜的拉伸力学性能具有应变率相关性.当应变率低于5×10^9s^-1时,两种不同手性的单层石墨烯薄膜的拉伸过程经历了一次强化阶段,杨氏模量均随应变率的增大而减小,抗拉强度对应变率不敏感;当应变率高于5×10^9s^-1时,拉伸过程经历了二次强化,尤其锯齿型的,杨氏模量、抗拉强度和对应的拉伸应变均随应变率的增大而显著增大.在不同的应变率下,石墨烯薄膜具有不同的拉伸破坏变形机制.在低应变率下,石墨烯沿主断裂带断裂破坏,而在高应变率下,形成了缺陷簇,具有非晶化特征.     

高应变率下玄武岩纤维和芳纶纤维的拉伸断裂性能

利用分离式Hopkinson拉杆试验装置(split Hopkinson tension bar,SHTB),测试玄武岩纤维和芳纶纤维在高应变率下的拉伸断裂性质,试验表明玄武岩纤维和芳纶纤维都是应变率敏感性材料.通过扫描电子显微镜(scanning electronic microscope,SEM)观察得知,玄武岩纤维的断裂模式为脆性断裂,断裂横截面随着应变率的提高趋于规整;芳纶纤维的断裂模式为韧性断裂,随着应变率的提高,纤维产生明显的原纤化效应.     

不同温度和应变率下PMMA拉伸性能

为了研究PMMA与金属的力学相似性,在100 ℃、115 ℃、125 ℃和加载速率为10 mm/min、20 mm/min条件下对PMMA进行了单向拉伸试验,主要研究了温度和应变率对材料拉伸性能的影响.结果表明:随着温度的升高,PMMA中液相逐渐由固态变为液态,材料的弹性模量和流动应力逐渐减小,弹性变形能力降低,塑性增加,均表现出明显的高温软化现象;材料在100℃时,PMMA中液相主要处于固态,材料对应变率敏感,并且应变率增大材料软化明显.随着温度的升高,材料对应变率的敏感性降低,大于125 ℃时应变率影响不再敏感.     

高应变率下SiCp/Al的断口形貌和变形机制

利用Hopkinson压杆对采用无压浸渗法制备的高体积分数SiCp/Al复合材料进行高应变率冲击压缩实验,研究了应变率对复合材料微观断口形貌的影响,分析了其在高应变率下的变形机制.结果表明：强度较高的复合材料有较强的产生变形局部化的倾向;同时,SiC颗粒尺寸对局部化的形成有明显影响,增强相颗粒尺寸较小（100μm）的复合材料更容易产生变形局部化,在高应变率压缩载荷下,无压浸渗高体积分数SiCp/Al复合材料在增强相颗粒破裂的同时会出现基体的局部化变形,复合材料的损伤行为与材料中的增强相颗粒尺寸密切相关.     

PC和PEK在高应变率下力学性质的实验研究

本文介绍了利用落重和高速摄影技术对聚合物（PC和PEK）在高应变率下力学性质的研究结果．由于采用了改进的落重装置，实现了高速摄影和应力应变过程的同时测量，从而使得在一次实验中可同时取到应力和应变数据，这样，避免了这类实验中常用的变形过程中体积不变的假设，使得结果更加可靠。     

新型TB9钛合金屈服强度的应变率效应

TB9钛合金具有良好的力学性能,被广泛应用于航空航天领域,其材料强度随服役过程中应力作用的加载速率变化而发生改变。本文采用三次真空自耗熔炼工艺制备TB9钛合金材料,并对其开展了室温拉伸和压缩试验,研究了该材料在应变率0.0005-0.1 s-1范围内的力学性能及其变形行为,讨论了应变率对该材料压缩和拉伸屈服强度的影响。结果表明：应变率由0.0005 s-1升高至0.1 s-1时,TB9钛合金材料的平均压缩屈服强度由955.96 MPa升高至1 090.94 MPa,平均拉伸屈服强度由971.01 MPa升高至1 096.31 MPa,压缩屈服强度应变率敏感系数为0.02273,拉伸屈服强度应变率敏感系数为0.02110;随着应变率的增大,TB9钛合金拉伸试件断面韧窝尺寸及深度均会变小,这是由于应变率大时,瞬间局部能量增加,裂纹萌生和扩展速度加快所致。此外,本文采用线性函数拟合了TB9钛合金材料室温下屈服强度增强因子与自然对数应变率之间的关系,可用于预测TB9钛合金在工程应用中的力学行为。     

金属基复合材料的高应变率超塑性变形

根据金属基复合材料在高应变率下的超塑性变形机遇，讨论了已有的超塑性本构描述的优缺点，提出了获得精确描述高应变率下材料响应本质特征本构方程的几点看法，为超塑性成形的数值模拟提供理论基础。     

高应变率下混凝土动态拉伸性能的实验研究

采用分离式Hopkinson压杆,利用圆柱体对径受压原理对直径为74 mm的混凝土试件进行了动态劈裂拉伸实验,得到了不同应变率下的混凝土动态劈裂抗拉强度。证实了混凝土动态拉伸性能的应变率敏感性,抗拉强度随着应变率的增加而增加;并发现了相应的临界应变率,大约是2s-1,当应变率超过它时,混凝土的抗拉强度会有一个较大比例的增加。同时对裂纹发生位置与扩展顺序及裂纹扩展速度进行了初步探讨。     

Tensile Properties of Fiber Materials under Different Strain Rates

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｉｂｅｒ ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓａｒｅｕｓｅｄｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｉｎｍａｎｙｗｅｉｇｈｔｃｒｉｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ,ｄｕｅｔｏｔｈｅｉｒｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｍｏｄｕｌｕｓ,ｈｉｇｈｓｐｅｃｉｆｉｃｓｔｒｅｎｇｔｈ ,ａｎｄｔｈｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｂｅｉｎｇｔａｉｌｏｒｅｄｆｏｒａｓｐｅｃｉｆｉｃａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ .Ｔｈｅｓｅｍａｔｅｒｉａｌｓｏｆｆｅｒｄｅｆｉｎｉｔｅａｄｖａｎｔａｇｅｓｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｍｏｓｔｏｆｔ…     

高强PVA纤维束冲击拉伸性能的实验研究

利用MTS和旋转盘式杆-杆型冲击拉伸试验装置,在高应变率、大应变率范围条件下(0.01～1 500s~(-1))研究了应变率对高强PVA纤维束力学性能的影响;同时,利用扫描电子显微镜考察了纤维材料在不同应变率下的微观断裂机理。     

高强度锚杆用钢低速拉伸性能

煤炭开发深度的增加对巷道支护锚杆的强度提出了更高要求.作者研究了可用作煤巷高强度锚杆的热轧和调质20MnSi钢及0.63C 1.75Si 1.68Mn奥氏体 贝氏体双相钢室温下的低速拉伸性能.当应变速率由4.6×10-4s-1降至4.6×10-6s-1时,热轧和调质20MnSi钢的σ0.2分别降低约3.8%和1%,σb分别降低约3.3%和1%.当应变速率由4.6×10-3s-1降至4.6×10-6s-1时,奥 贝钢的δ5由14%～15%提高到22%左右;σ0.2由1015MPa提高到1198MPa;σb由1448MPa提高到1546MPa;拉伸后残留奥氏体量减少.研究结果对于在岩石蠕变条件下工作的煤巷锚杆的设计和使用以及开发超高强度锚杆具有参考价值.     

补强粘胶基碳纤维性能的研究

X-Ray衍射、小角X-Ray散射、SEM等方法对补强处理前后的RCF样品进行测试分析,结果表明,补强后的RCF抗拉强度大幅度提高,结晶度增加,表面缺陷减少.     

High Strain Rate Induced Plasticity-increasing of Metallic Materials under Tension

The effect of strain rate on plasticity has been Investigat-ed for three metallic materials with dynamic tension tech-nique. A phenomenon of high strain induced plasticity -increasing was found for tested materials. The elongation of quenched 30CrMnSiNi2A is 14. 5% under 40 m/s loading rate which is more than two times of the 7 % un-der 0. 5 mm/min. This typic high strain rate induced plasticity - Increasing phenomenon is associated with adiabatic heating, strain twinning and suppression of strain - induced - phase transformation.     

碳纤维复合材料的应变测量试验方法研究

碳纤维复合材料目前被广泛用于制造航空航天设备以及轻量化武器装备的承力结构件,它的力学性能测量试验研究具有重要的意义。本文利用万能材料试验机对碳纤维复合材料进行拉伸试验,通过在材料的同一位置粘贴电阻应变片,结合光纤光栅传感器和喷涂散斑高速摄像的方法对其进行了应变测量可行性验证。常温下,万能材料试验机以一定的加载速度加载,在不同拉力处获得了应变试验数据。结果表明材料在拉伸和卸载过程应变分别呈现线性上升和线性下降趋势,三种试验方法获得的实验结果具有较好的一致性,利用该方法,尝试了碳纤维复合材料的受热应变测试。     

开孔碳纤维复合材料层合板的拉伸失效有限元分析

基于ABAQUS有限元软件中的二维壳单元和三维实体单元,对铺层角度为［0°/(±45°)₃/(90°)₃］_s的开孔T300/1034-C碳纤维复合材料层合板在拉伸载荷作用下的失效过程进行研究.首先,在ABAQUS有限元软件中建立壳单元和连续壳单元碳纤维复合材料模型,利用自带的2D Hashin准则与退化模型模拟了层内失效.但二维模型没有考虑各层失效间的相互影响,进而通过编写材料子程序VUMAT,引入3D Hashin准则和基于断裂能的等效应力-应变双线性退化方式,采用实体单元模拟碳纤维复合材料的失效行为.通过对三种单元模型进行模拟,结果表明:开孔造成的应力集中会使层合板在拉伸过程中纤维与基体更易失效,成为裂纹源;在层合板失效过程中,都呈现“X形”向“沙漏形”失效发展趋势,最终沿宽度方向断裂;实体模型模拟精度相比于传统壳单元、连续壳单元的偏高更接近实验数值,三种单元模拟极限失效载荷与实验数据相差分别为26.1%,31.1%,8.64%.