水泥砂浆应变率效应研究

为分析试件长径比和应变率对水泥砂浆动态力学性能的影响规律,采用准静态实验测量了砂浆的单轴压缩强度、弹性模量以及泊松比.利用分离式SHPB压杆进行1维应力压缩实验,对水泥砂浆试件进行了回收和比较,获得了不同长径比水泥砂浆试样在不同加载速率下的动态损伤破坏过程和应力应变曲线,研究了动态强度增强因子随应变率的变化规律.结果表明:动态压缩强度随应变率的增加而显著增大;试件直径相同时,厚度小的获得的动态强度增强因子要小于厚度大的;随着应变率提高,试件损伤增加,碎块尺寸越小,表明破坏能量随应变率的增加而提高.      

不同加载应变率下钨合金变形及破坏机理研究

采用准静态压缩、霍普金森动态压缩以及爆炸加载3种不同加载方式,研究了钨质量分数为97.5%的高钨合金在不同加载应变率条件下的变形以及破坏机理.试验结果表明:钨合金在应变率为10-4s-1准静态加载条件下,大量钨颗粒在与轴向呈45°方向发生拉伸塑性变形并在径向发生解理断裂;在应变率为103s-1量级的动态压缩条件下,钨合金在与加载应力呈45°方向发生了局部剪切,径向外表面发生钨-钨断裂以及钨颗粒解理断裂;爆炸加载应变率达到105～106s-1的条件下,钨合金内部产生大量钨颗粒碎块,且在个别钨颗粒内产生条状花样,同时钨颗粒内部产生大量形变孪晶作为裂纹萌生源,增加了钨合金内钨颗粒解理断裂.钨合金在高应变率加载条件下为纯脆性断裂.     

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s-1下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2 000 s-1,屈服强度略微提高.      

三维编织复合材料抗侵彻性能--准静态侵彻实验与弹道侵彻有限元计算的对比

用钢制圆柱锥体对四步法三维编织芳纶／环氧复合材料在MTS材料试验机上作准静态侵彻测试，得到准静态侵彻载荷一位移曲线，并由此计算得到侵彻功一位移曲线。在对复合材料侵彻破坏的细观观测中发现，复合材料主要以拉伸断裂方式为主并在受侵彻面伴有压缩和剪切破坏。由于弹道侵彻破坏很难测量侵彻过程中的侵彻功随侵彻位移的变化，这里用有限元程序LS—DYNA960并结合由准静态得到的破坏判据、复合材料力学性质常数模拟动态侵彻，对比准静态侵彻功一位移曲线和弹道侵彻模拟曲线，两者有较好的一致性，表明用该类复合材料的准静态侵彻性能模拟弹道侵彻性能有一定的可行性。     

退火纯钛板压缩力学性能的各向异性

沿退火纯钛板材轧向(RD 0°)、横向(RD 90°)以及轧制平面内与轧向成45°(RD 45°)等3个方向取圆柱形试样,采用Instron电子拉伸机和分离式Hopkinson压杆,进行准静态和动态压缩实验,获得不同应变率下的应力-应变曲线,计算3个方向的应变率强化效应.研究结果表明:退火纯钛板准静态和动态压缩力学性能均表现出明显的各向异性,其中RD 90°方向屈服强度最大,RD 45°方向次之,RD0°方向屈服强度最小;在较小的应变程度下流变应力也具有同样的规律.不同方向上的应变率强化效应也存在显著差异:RD0°方向最强,RD 45°方向次之,RD 90°方向最弱;基于纯钛{0001}〈11(2)0〉基面和{10(1)0} <1(2)10〉棱柱面滑移微观塑性变形机制,结合晶体塑性变形理论,考虑多晶板材晶体取向分布,定性解释了退火纯钛板压缩力学性能各向异性.     

3D打印仿贝壳珍珠层复合材料的压缩力学性能

为了研究3D打印仿贝壳珍珠层复合材料在准静态压缩情况下的力学性能,探索3D打印贝壳珍珠层复合材料细部尺寸变化对力学性能的影响规律,采用光固化3D打印成型的制备方法,应用刚性不透明塑料Vero Blue作为硬质砖块,软质橡胶Tango Black作为软质胶层,制备了不同砖块长宽比和不同软胶层厚度的仿贝壳珍珠层复合材料试样。运用准静态压缩的力学测试方法,同时结合有限元分析软件ABAQUS的验证,考察了仿贝壳珍珠层复合材料的压缩力学性能。实验和数值分析结果清晰表明,3D打印仿贝壳珍珠层复合材料的主要破坏形式是软质胶层开裂。数据结果显示:当软质胶层厚度不变,增加硬质砖块的长宽比可以提升整体材料的弹性模量22%～48%;而硬质砖块长宽比保持不变时,软质胶层厚度的减少则能提升断裂能量190%～253%.另外分析了试样在压缩应变为0.05时的压缩应力,结果显示有限元分析与实验结果比较吻合。     

夹层板系统压缩力学性能试验研究

夹层板系统以其优越的力学性能在工程领域得到广泛应用。对夹层板系统在不同加载速率下的压缩力学性能进行了试验研究。首先对钢-聚氨酯-钢夹层板系统进行了准静态压缩试验,得到夹层板系统的准静态等效应力-应变曲线;并对同一组试样,基于分离式霍普金森压杆试验装置,进行了动态冲击压缩试验。近似等效SHPB试验原理,分析夹层板系统的动态力学性能。比较分析结构的破坏形式和原因,为新型结构的优化设计和应用提供参考。     

岩石SHPB劈裂分析理论研究

为了分析岩石在冲击载荷下的动态劈裂破坏情况,通过分析巴西圆盘在动态劈裂和静态劈裂时表面应力分布均匀化的相似性,可以将静态劈裂时的弹性理论应用到动态劈裂当中,得到巴西圆盘在动态劈裂下的动态抗拉强度、动态抗压强度、应变率和应变的计算公式.应用三维非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,模拟巴西圆盘在分离式霍布金逊压杆实验装置上受冲击时动态劈裂的整个实验过程.基于动态抗拉强度公式和动态抗压强度公式,对试件的实际拉应力曲线与计算拉应力曲线进行对比,以及对实际压应力曲线与计算压应力曲线进行对比,通过对比曲线的相互吻合性证明数值模型适用于对岩石冲击劈裂破坏性质的研究.通过分析试样表面的应力均匀化过程以及试样表面对心压缩轴线上拉应力方向的应力分布情况,得出试样在对心压缩轴线表面上的破坏顺序是由从两个冲击端部向中心发展的;通过分析试样沿对心压缩轴线所切剖面上的拉应力分布,得出试样在厚度方向上的破坏顺序是由表面向内部发展的.     

准脆性SiC_p/Al复合材料SHPB实验中入射波整形技术

针对陶瓷体积分数为50%的准脆性SiCp/Al复合材料恒应变率动态压缩实验,研究了入射波整形原则和理想入射波设计方法.结果表明:采用原始透射波和修正后反射波叠加设计的新入射波,通过控制整形器尺寸和子弹初速获得了理想的入射波,实现对准脆性复合材料的恒应变率加载;以测试材料力学特性为基础设计的整形器,可调整入射波形使之与透射波具有相同形状.针对准脆性SiCp/Al复合材料,SHPB实验中应变率只取决于入射波的幅值,而与整形后的入射波加载率关系不大,入射波中平台段实现试样的恒应变率变形;入射波形设计成梯形波,使之与SiCp/Al复合材料的透射波波形相似,实现了对复合材料的恒应变率加载.     

岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

昆翅在飞行中的动态形变

通过理论模化途径研究昆翅在飞行中的动态形变机制.设计翅气动力试验平台,验证翅准静态形变影响气动力的"柔性楔形效应"理论解释.探讨昆翅的变刚度特性表明,弦向刚度分布规律符合二项式函数时具有优越性和现实性,进而指出昆姻结构的变刚度特性是产生高升力的基本条件.建立了柔性翅的简化力学模型,通过坐标变换法求解在气动力和惯性力共同...     

爆炸载荷作用下刻槽炮孔动态裂纹扩展规律

基于准静态爆生气体膨胀和岩石断裂力学理论，建立了不耦合装药刻槽爆破时的脆性断裂爆破模型。对刻槽炮孔内爆生气体压力、临界压力和应力强度因子进行了分析计算，从而得出了刻槽炮孔裂缝在扩展过程中，包括启裂、止裂条件、启裂方向、扩展长度和裂缝扩展速度等的变化规律。此外，论文还对刻槽爆破时的动态效应进行了初步探讨，根据分析结果在大理石切割爆破中进行了刻槽试验，并和普通光面爆破效果进行了比较。     

动态加载条件下细晶镁合金的组织特征及形成机制

研究细晶镁合金在动态加载条件下的力学特性和组织关系,分析细晶镁合金在动态加载条件下的变形行为;探讨镁合金在动态加载条件下组织特征及演变机制.研究结果表明:细晶镁合金的动态抗压强度明显高于准静态抗压强度,具有明显的应变率强化效应.细晶镁合金在动态加载下压缩的变形组织中只有少量的孪晶,滑移是细晶镁合金在动态加载条件下塑性变形的主要机制.     

TC6钛合金力学行为及其失效研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统和100 KN微机控制电子万能试验机系统,对等轴晶粒组织的TC6钛合金圆柱形及帽形试样进行了力学试验,研究了其力学行为及其失效机理.结果表明:等轴晶粒组织TC6钛合金在准静态下变形时呈现应变强化效应,而在高应变速率下变形时,热软化与应变强化共存,流变应力呈现振荡,且表现出较强的应变率效应;TC6钛合金的动态变形表现为局域化变形,且在局域化变形区域出现裂纹,裂纹在此区域扩展贯穿整个试样,最终导致失效,而准静态下材料的变形表现为均匀化变形,当应变达到0.4时,材料沿最大剪切应力方向断裂失效.     

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.     

不同应变速率下Mg?B4C纳米复合材料的力学性能表征

Magnesium has wide application in industry. The main purpose of this investigation was to improve the properties of magnesium by reinforcing it using B₄C nanoparticles. The reinforced nanocomposites were fabricated using a powder compaction technique for 0, 1.5vol%, 3vol%, 5vol%, and 10vol% of B₄C. Powder compaction was conducted using a split Hopkinson bar (SHB), drop hammer (DH), and Instron to reach different compaction loading rates. The compressive stress–strain curves of the samples were captured from quasi-static and dynamic tests carried out using an Instron and split Hopkinson pressure bar, respectively. Results revealed that, to achieve the highest improvement in ultimate strength, the contents of B₄C were 1.5vol%, 3vol%, and 3vol% for Instron, DH, and SHB, respectively. These results also indicated that the effect of compaction type on the quasi-static strength of the samples was not as significant, although its effect on the dynamic strength of the samples was remarkable. The improvement in ultimate strength obtained from the quasi-static stress–strain curves of the samples (compared to pure Mg) varied from 9.9% for DH to 24% for SHB. The dynamic strength of the samples was improved (with respect to pure Mg) by 73%, 116%, and 141% for the specimens compacted by Instron, DH, and SHB, respectively. The improvement in strength was believed to be due to strengthening mechanisms, friction, adiabatic heating, and shock waves.     

Experimental investigation of dynamic mechanical properties of foamed magnesium oxysulfate cementitious material

With the rapid reutilization of solid waste materials, it is imperative to investigate the properties of composite materials formed by the addition of solid waste materials. Basic foamed magnesium oxysulfate cementitious material(FMOCM) with and without solid waste materials were studied and compared. This study focused on the internal structures and quasi-static and dynamic mechanical properties of FMOCM. The results showed that the internal cavity structure of the FMOCM underwent significant changes, and the pore sizes became smaller owing to the addition of recycled materials and wood flour, which greatly improved the quasi-static strength of the FMOCM. It was found that the FMOCM had obvious strain rate effects. By comparing the dynamic strength factors, the dynamic strength of the regular FMOCM almost doubled, and the addition of solid waste materials weakened the strain rate effect. Only when the strain rate was lower did the FMOCM with solid waste materials show better toughness compared to the more serious fracture of the regular FMOCM. Furthermore, this study demonstrated the broad application prospects of solid waste materials in magnesium oxysulfide cementitious materials.     

球面各向同性冲击载荷作用下弹性球体求解的Green函数法

通过建立球面各向同性冲击载荷作用下弹性球体的Green函数,得到了问题的位移分布的解析解和相应的动应力分布表达式．此解法不仅避免了将动力学的一般解分解为拟静态解和自由振动解叠加的过程,而且解的形式适用于各种初始条件,便于数值计算和应力分布规律的分析．通过一个实例的计算,表明了求解方法的正确性,并据此结果具体分析了弹性球体的动应力分布规律．     

利用孔隙网络模型模拟岩样中驱替过程的一种新方法

本文提出准动态驱替的概念以描述岩石内驱替速度介于准静态和动态之间的驱替过程.准动态模型在不同的尺度区别对待黏性力:将表征单元体(REV)尺度的驱替视为动态,而将孔隙尺度的驱替视为准静态.在REV尺度上,提出双重网络简化计算黏性力和毛管力的综合作用;在孔隙尺度上,运用概率方法描述界面在不同孔隙内的运动几率,提高了计算效率.通过与现有的计算和实验结果进行对比验证了模型的正确性,并基于特定岩石微CT扫描图像建立等价孔隙网络,计算分析了岩样内驱替速度、孔隙半径分布和孔隙角落形状对水驱油过程的影响.本文计算模型有利于认识岩石内水油两相驱替的动态全过程.