温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试了三维碳纤维/环氧树脂编织复合材料在20~300℃下的面外冲击压缩性能,分析了温度对三维编织复合材料冲击压缩性能的影响规律.研究结果表明:温度对三维编织复合材料的冲击压缩性能具有明显的影响,三维编织复合材料的面外压缩刚度、失效应力和能量吸收随着测试温度的增加而下降,失效应变则随着测试温度的增加而增加;三维编织复合材料的失效模式主要为剪切破坏,随着测试温度的增加,破坏越明显.     

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.     

冲击荷载下钢纤维混凝土的细观数值研究

针对不同钢纤维体积率的钢纤维混凝土(SFRC)建立了包含骨料、砂浆、界面过渡区(ITZ)和钢纤维的细观数值模型,并通过模拟分离式霍普金森压杆(SHPB)试验分析钢纤维混凝土在不同钢纤维体积率下微裂纹的萌生、扩展直到贯通的全过程.模拟研究发现:钢纤维加入后延迟了混凝土试件的破坏,同时增加了试件的延展性和韧性.     

聚碳酸酯压缩力学性能实验研究

聚碳酸酯(PC)是一类玻璃态非晶聚合物材料,由于其出色的耐热和抗冲击性能,被广泛地应用于国防军事和工业领域。为获得聚碳酸酯的压缩力学性能,采用MTS810材料实验机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对聚碳酸酯进行了准静态压缩试验和动态压缩试验,获得了聚碳酸酯在10-4s-1~103s-1应变率范围内应力应变曲线,分析应变率对聚碳酸酯屈服应力的影响规律。结果表明:聚碳酸酯在压缩时,随着应变率的增大屈服应力逐渐增大,在不同应变率范围内,屈服应力与对数应变率关系可以用二次函数和线性关系描述;与静态压缩相比,动态压缩软化效应减弱,而被随后而至的强化效应所取代,表明高应变率下应变软化和应变硬化存在竞争趋势。     

钢管RPC抗多次冲击动态力学性能研究

采用φ75 mm分离式霍普金森压杆试验装置对16个钢管活性粉末混凝土试件进行了不同应变率下的多次冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线和破坏形态.试验结果表明：当应变率小于80 s^-1时,钢管RPC在多次冲击下仍能保持较稳定的力学性能;当应变率大于106 s^-1时,钢管RPC在多次冲击下发生塑性变形,表现出良好的延性,核心RPC开裂.多次冲击作用下,钢管RPC仍保持较高的强度、较好的延性和完整性,是一种抗冲击性能良好的防护工程材料.     

基于分形理论研究RTSF混凝土冲击压缩性能

为了研究回收轮胎钢纤维(RTSF)混凝土的冲击压缩性能,利用分离式霍普金森压杆对普通混凝土(F0)、工业钢纤维(ISF)混凝土和RTSF混凝土进行冲击压缩试验,统计冲击破坏后的碎块数量并计算分形维数.结果表明:RTSF混凝土冲击破坏形态分为三种类型,即周边张应变破坏、留芯破坏和整体破坏;应变率在55~125s^-1左右时,不同掺量RTSF混凝土的分形维数范围为1.33~2.25;分形维数随RTSF掺量增加出现先减小后增大的趋势,RTSF 0.75混凝土分形维数最小;不同掺量的RTSF混凝土的分形维数随应变率增加而增大;不同应变率下RTSF混凝土的动态抗压强度及断裂能均随分形维数的增加而增大;ISF 1.00的分形维数、动态抗压强度和断裂能均介于RTSF0.75和RTSF1.00之间,RTSF 0.75比ISF 1.00(纤维长度为35mm,长径比为65)能更有效提高混凝土的冲击压缩性能.     

钢纤维活性粉末混凝土SHPB试验研究

采用SHPB装置对钢纤维活性粉末混凝土(SFRPC)试件进行应变率为10.s-1～120.s-1范围内的冲击压缩试验.试验结果表明:随着钢纤维掺量(Vf)的增加,SFRPC材料在冲击荷载作用下的动态抗压强度升高,而韧性则提高尤为显著.同时发现SFRPC具有明显的应变率硬化效应,并得出了SFRPC的应变率敏感阈值.     

超高性能水泥基复合材料的动态力学性能研究

采用60%的超细工业废渣取代水泥,采用粒径为2.5～3.0 mm的天然砂取代粒径为600 μm的磨细石英砂,并掺加了Dmax为5 、10和15 mm的粗集料,制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料(UHPCC);并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的UHPSFRCC材料进行了一次和多次冲击压缩实验.对材料的多次冲击压缩标准化强度进行了定义,揭示出了应变率、冲击次数、冲击方式、纤维掺量影响材料抗冲击性能的规律.试验表明,UHPSFRCC抗冲击的能力随纤维掺量的增加不断提高;动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的提升;动态强度随应变率的提高相应地增长;损伤程度随冲击次数的增加不断地加剧、标准化强度则相应地下降.承受多次冲击的UHPSFRCC试件随冲击次数的增加其冲击下峰值应力的下降速度也将增大.     

冲击荷载下平行双裂隙演化的颗粒流分析

为了研究冲击荷载下平行双裂隙对岩石破坏的影响,采用二维颗粒流程序对分离式霍普金森杆一维冲击试验进行模拟。对预制平行双裂隙倾角为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°和完整的花岗岩试样进行冲击加载模拟,全面研究了平行双裂隙试件裂纹的萌生、扩展、贯穿的过程。结果表明：在冲击荷载的作用下,平行双裂隙明显降低了岩石强度。裂隙存在时,裂隙倾角与加载方向一致时,试样峰值强度和起裂强度均达到最大,呈劈裂拉伸破坏模式,在倾角为45°左右达到最小值,呈拉剪复合破坏模式。预先存在缺陷的倾角对裂纹萌生和扩展模式有很大影响。对应力场分析,平行双裂隙对应力波的传播产生阻碍,在岩桥区域变化最为明显。     

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.     

玻璃纤维砂浆管动态劈裂拉伸性能试验研究

为了研究壁厚对玻璃纤维砂浆管动态劈裂拉伸性能的影响,利用直径为74 mm的分离式霍普金森压杆系统开展玻璃纤维砂浆管动态冲击试验,通过改变冲击气压得到不同加载速率下的玻璃纤维砂浆管动态特性变化规律,同时设置壁厚为2、3、4、5 mm并进行该变量下的纵向分析.试验结果表明:在玻璃纤维管的约束下,动态应力-应变曲线出现"双峰"现象,且第二个应力峰值高于第一个应力峰值;通过分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验发现,随着壁厚的增加,动态强度-冲击速度拟合直线斜率减小,应变率效应减弱;在破坏形态方面,玻璃纤维砂浆管在0.4～0.5 MPa冲击气压下只出现一条贯穿裂缝,随着冲击气压的上升,开始出现受载面的局部破裂,但试件依然呈现完整的外形.     

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(split hopkinson pressure bar, 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地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形变化。     

土壤动态冲击压缩性能实验研究

为获得不同侵彻体在土壤中的衰减规律,采用分离式Hopkinson压杆实验装置,分别对不同参数的土壤材料进行了冲击压缩性能实验,得到了相应的应力-应变曲线. 根据实验结果,从土壤材料的密度、质地及含水体积分数3个方面分析了其动态响应特性,得出了在动态冲击载荷作用下土壤材料各种参数对其动态力学性能的影响. 研究结果表明:随着密度的增大,土壤的动态冲击应力峰值一般会增大;黏土质地土壤的应力峰值一般较大,且应力的下降速度较慢;土壤中含水体积分数对砂土和壤土质地土壤的应力峰值影响不大,但对黏性质地土壤却有非常大的影响.      

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。     

超高强度钢30CrMnSiNi2A动态力学性能实验研究

运用SHPB实验研究超高强度钢30CrMnSiNi2A在应变率500~5 000 s-1时的应力应变关系,并对典型试样进行了金相观察.实验得到30CrMnSiNi2A钢的屈服强度随着应变率的增加从1 655 MPa增加到1 908 MPa.基于试样金相和断口分析,30CrMnSiNi2A钢在高应变率冲击加载条件下产生了韧窝型沿晶断裂,导致材料宏观上表现为剪切破坏.结合准静态实验数据,确定了30CrMnSiNi2A钢的Johnson-Cook本构模型的材料参数.     

三轴SHPB岩石材料动力学特性试验研究的现状和发展趋势

岩石材料的三维动力特性试验研究是岩石冲击动力学中很重要的一个领域,也是目前研究的一个热点.本文论述了三轴SHPB岩石力学试验机的研制情况,对各类试验机的特点进行了比较.综合分析了三轴SHPB试验相关研究文献,总结了一些共有规律:①在围压一定的情况下,岩石的动态抗压强度会随着应变率的增加而增加,呈现出线性函数或者指数函数增加形式,并且脆性减弱,塑性显著增加;②在应变率一定的情况下,岩石抗压强度会随着围压的增大而增大,线性关系比较显著:③岩石动静组合加载时,在轴压一定时,岩石的动静组合抗压强度会随着围压的增大而增大,呈现出近似线性增加趋势;在围压固定时,抗压强度随着轴向静压的增大呈现出先增大后减小的趋势.由于SHPB试验装置和岩石材料本身的特点.目前在一些基本问题上.如加载应力波形、试样尺寸要求等方面.还没有统一的试验规范要求,很多试验结果只能进行定性比较.无法在统一尺度上进行定量分析.最后,针对该领域的发展趋势进行了论述,指出尽快建立一套国际性的建议试验方法是将来的一个关键问题.