环三亚甲基三硝胺基含铝炸药本构关系的实验研究

为了获取环三亚甲基三硝胺(RDX)基含铝炸药的本构关系,采用分离式霍普金森实验技术,对RDX基含铝炸药进行了冲击压缩实验和微观组织分析,获取了其在820~1 400 s~(-1)应变率范围内的宏观力学性能和微观破坏模式。结果表明:该RDX基含铝炸药的宏观力学性能和微观破坏模式均与应变率密切相关,采用修正的朱-王-唐(Z-W-T)非线性黏弹性本构模型可较好的描述该RDX基含铝炸药的力学行为,拟合曲线和实验曲线吻合良好。     

RDX基含铝炸药本构关系实验研究

为了获取RDX基含铝炸药的本构关系,采用分离式霍普金森实验技术,对RDX基含铝炸药进行了冲击压缩实验和微观组织分析,获取了其在820~1400s-1应变率范围内的宏观力学性能和微观破坏模式。结果表明：该RDX基含铝炸药的宏观力学性能和微观破坏模式均与应变率密切相关,采用修正的朱-王-唐(Z-W-T)非线性粘弹性本构模型可较好的描述该RDX基含铝炸药的力学行为,拟合曲线和实验曲线吻合良好。     

混凝土受压性能的非均质细观数值模拟

将混凝土看作是由骨料、砂浆及它们之间的界面组成的三相复合材料,在细观层次上建立了非均质混凝土棱柱体试件的随机骨料模型,分别赋予细观单元弹脆性损伤本构关系或弹塑性本构关系,研究了采用不同本构关系的混凝土棱柱体试件在单轴压缩荷载作用下的细观损伤演化过程,获得了相应的混凝土单轴受压宏观应力-应变曲线,并将计算结果与试验结果做了比较.结果表明:混凝土试件的破坏是由于细观损伤的积累导致的;非均质模型计算所得的宏观应力-应变曲线上升段与试验结果吻合相对较好,弹塑性本构模型计算所得的曲线下降段比弹脆性模型更接近于试验曲线.     

纤维束复合材料在剪力作用下的力学性能

利用细观力学模型研究在剪力作用下复合材料的性质.以单纤维复合材料为基础,利用平面应变模型和有限元法计算了3根束和4根束纤维增强复合材料的弹塑性应力-应变关系.对不同的细观结构的复合材料非线性性能进行了数值比较.     

砂卵石层隧道离散元细观参数标定及影响规律研究

砂卵石层隧道围岩具有大小颗粒混杂,形状不规则等特点.在进行数值分析时与传统有限元计算差别较大.因此,运用离散元颗粒流软件对砂卵石层隧道围岩进行细观参数标定及数值模拟,通过开展室内试验以及砂卵石层细观参数影响规律研究.结果表明,二维模型和三维模型的细观参数标定结果不同,且相同细观参数情况下,二维模型得到的峰值强度远大于三维模型;颗粒粒径与试样尺寸对于应力应变曲线形态有显著影响,但当颗粒粒径与试样尺寸比值大于1/60时,影响减弱;颗粒形状对于应力应变曲线特征值有较大影响,颗粒越扁平,峰值强度越高,颗粒越接近圆形,则峰值强度越低.通过对砂卵石层围岩进行数字图像处理,得到了砂卵石层围岩的颗粒性状,结合筛分试验和大型三轴剪切试验,标定得到了不同相对密实度及不同含水率情况下的砂卵石层细观参数.     

基于颗粒流离散元的黏性土三轴剪切试验数值模拟

通过对黏性试样进行室内三轴固结排水试验,研究黏性土体的工程力学性质,得到了试样土体的应力-应变关系曲线以及强度指标,基于颗粒流离散元法的原理,利用PFC3D软件建立三轴试样模型,并设定颗粒间的接触为接触黏结模型,通过颗粒流数值试验对细观参数进行标定,从细观角度对黏性土的工程力学特性做了一定的研究。对比了不同围压下数值试验与室内试验的应力-应变关系曲线,得到了较好的模拟效果。分析细观参数的变化对黏性土的应力-应变关系曲线的影响,得出边界条件、孔隙率、黏结强度、摩擦系数、接触刚度等细观参数的取值对黏性土的宏观力学性质有着显著的影响并对影响规律做了探讨,为今后的三轴试验颗粒流数值模拟提供了有价值的参考。     

PBX炸药粘弹性损伤本构关系研究

应用广义能量释放率及动态断裂理论,结合粘弹性效应建立了PBX炸药的统计细观损伤本构模型,将该模型嵌入到Ls-dyna有限元程序中对平面撞击实验进行了数值计算.通过与实验结果比较表明,建立的细观损伤本构模型能较好地描述PBX炸药在冲击作用下的动态损伤力学行为.     

铝爆热特征值及反应率的研究

为了得到铝的爆热特征值和反应率,采用国军标GJB 772A-97中701.1绝热法测试爆热和反应率计算,对RDX/Al/粘结剂、HMX/Al/粘结剂和PETN/Al/粘结剂三类混合炸药体系进行了爆热值的测定。结果表明,铝在RDX、PETN、HMX三种配方体系和同在RDX配方体系但粘结剂含量不同时,铝爆热特征值及反应率是不同的;铝在RDX/Al/粘结剂(4%)和PETN/Al/粘结剂(4%)体系中,随着铝含量增加,铝爆热特征值和反应率在减小;铝在RDX/Al/粘结剂(16%)和HMX/Al/粘结剂(5%)体系中,随着铝含量增加,铝爆热特征值和反应率先是增加后减小。     

碱矿渣混凝土动态压缩性能试验及数值模拟研究

为研究碱矿渣混凝土(AASC)材料的动态压缩性能及损伤破坏机理,以应变率(39 s~(-1)、57 s~(-1)、75 s~(-1))为变量,开展了动态压缩性能试验;并对试验结果进行分析,获得三种应变率条件下该材料的应力-应变关系曲线。曲线分析显示其峰值应力和应变均随应变率的提高而增大,表明AASC属于应变率敏感材料。采用HJC本构模型开展动态压缩数值模拟,结果显示应力-应变关系曲线数值模拟结果与试验结果较为吻合,其累积损伤破坏过程是由中心向外围逐渐破坏。     

C45珊瑚混凝土的冲击压缩性能试验及数值模拟

为了研究珊瑚混凝土(CAC)的动态力学性能,采用试验研究和数值模拟相结合的方法对强度等级为C45的CAC冲击压缩性能及破坏特征进行了分析.首先,通过实验得到了CAC的压缩强度、应力-应变曲线和破坏特征;然后,采用HJC模型对其冲击实验进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果进行对比,分析HJC模型及其参数的可靠性.结果表明:冲击压缩荷载作用下的CAC呈典型脆性破坏形态,其抗压强度具有明显的应变率效应;可以采用欧洲混凝土委员会推荐的计算模型来分析预测CAC的动态增强因子;动态屈服强度试验值与模拟值的误差(1.76%～7.71%)在允许范围内,说明HJC模型及其模型参数在C45 CAC的冲击力学性能分析方面具有较高的可靠性.     

泡粒混凝土的力学性能与本构关系

考虑聚苯颗粒体积比及湿密度等级两个影响因素,配制了共计25组不同配比的泡粒混凝土.研究了加载速率对泡粒混凝土应力-应变曲线的影响情况,结果表明其应变率效应不明显;并研究了不同聚苯颗粒含量以及不同湿密度等级对泡粒混凝土的应力-应变曲线的影响情况,结果表明此材料的密度以及聚苯颗粒含量对其力学性能影响均很大,并表现出不同的规律性.通过对其弹性模量、压溃应力、压溃应变等参数的分析,结合试验结果,建立了该材料的单轴压缩唯象本构模型,通过试验结果与预测结果的比较,唯象本构模型与试验结果吻合较好.     

基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型分析

千枚岩由于成岩历史及赋存环境不同,内部的初始孔隙率不同,力学性质也相差很大。因此,在研究千枚岩的力学性质时,考虑初始孔隙率是非常有必要的。基于岩石的应变强度理论和Drucker-Prager(D-P)屈服准则,考虑了初始孔隙率对力学性质的影响,结合千枚岩的应力应变曲线,建立了基于初始孔隙率的千枚岩损伤模型。并通过对千枚岩岩样进行核磁共振试验和单轴压缩试验进行了验证。结果表明:建立的损伤模型能够较为准确的描述不同初始孔隙率条件下千枚岩的应力应变关系。本文模型对于千枚岩的损伤软化问题以及千枚岩力学性质的研究具有重要意义。     

岩土材料物质成分对峰后性能影响的力学模型

利用混合定律,对仅适用于均匀直径颗粒体材料的梯度塑性理论进行了修改。对多直径颗粒体材料的剪切带的分析表明,构成岩土材料的各组分尺寸及含量都对剪切带内部的局部塑性剪切应变分布及其宽度有影响。在三轴压缩条件下,得到了由多直径颗粒体材料构成的岩样的差应力-应变曲线的峰后斜率的表达式。该斜率受各组分的力学性质、几何性质、含量及剪切带倾角影响。将不同围压及不同超径颗粒含量条件下的实验结果和理论结果进行了比较,验证了理论模型的正确性。     

钨含量和颗粒形状对钨合金力学性能的影响

采用MTS810材料疲劳实验系统,开展了不同粒径91钨合金材料的准静态单轴拉伸实验研究,获得了材料的应力应变曲线和静态力学性能参数。在此基础上,建立了能够反映钨合金材料宏微观特征的计算模型,数值计算了不同颗粒形状、不同钨含量合金材料在准静态拉伸载荷作用下的力学性能。得到了其整体的应力应变曲线以及钨合金屈服强度与钨合金微观参量之间的关系。并分析了钨合金材料的内部应力和应变场。结果表明:计算结果和实验结果吻合较好,随着钨含量的增加,钨合金的屈服强度增加,但其延伸率均降低;随着长径比的增加,钨合金的屈服强度有所增加,且随着长径比的增加,屈服强度的增加变得缓慢。为进一步钨合金材料性能的研究提供了重要的指导作用。     

TiN晶体尺寸与其力学性能的第一性原理研究

 纳米多晶体材料因其独特的力学性能而成为当前材料科学领域的研究热点之一,尤其是晶粒尺寸对其力学性能的影响倍受关注。本文采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,模拟计算了晶粒尺寸为0.6387—2.332nm的TiN的力学性能,得到应力应变关系及屈服强度。计算结果表明,随着晶粒尺寸的增加,TiN的屈服强度降低,晶粒呈现软化趋势。通过对应力-应变曲线分析可知：TiN在应变5%处开始屈服,其屈服强度大约为21.5GPa;抗拉强度发生在应变约为15%时,且随着晶粒尺寸的增加,抗拉强度降低。本文对照了屈服极限的计算值和有限元方法的拟合值,讨论了实验中TiN表面的微观结构与硬度、弹性模量的关系。研究表明,TiN试样中的缺陷对其硬度和强度有很大影响。     

数字图像相关的不锈钢真实应力应变关系测量

工程上广泛应用的名义应力应变曲线,在材料发生大变形时,由于应力和应变不再沿着试件均匀分布,因而不能真实反映材料在塑性阶段的本构关系。在不锈钢标准板的拉伸试验中连续采集试件散斑表面的数字图像,采用数字图像相关技术对序列数字图像进行相关运算以获得其每个变形状态下的变形场,得到了整个拉伸过程中试件的变形形态。以光学虚拟引伸计的方法分别测量横向和竖向的实时应变数据,结合体积不变理论计算得到真实应力应变曲线。采用Johnson-Cook材料模型对真实应力应变曲线进行拟合,得到了塑性本构关系;最后根据以上实验结果和真实应力应变曲线获取了材料的力学特性参数。实验结果表明了基于数字图像相关方法对不锈钢真实应力应变关系测量的有效性和可靠性,对实验结果的真实应力应变曲线后处理,获得不锈钢材料的弹性模量为169 GPa,屈服强度为236.8 MPa,并获得了Johnson-Cook简化模型的所有三个参数A、B和n的数值。     

煤矸石混凝土冻融损伤本构关系试验研究

通过对冻融后煤矸石混凝土的单轴受压试验,研究了冻融循环次数和煤矸石取代率对煤矸石混凝土力学性能的影响,提出了冻融作用下煤矸石混凝土峰值应力、峰值应变的退化规律,并拟合应力-应变曲线,提出了煤矸石混凝土冻融损伤单轴受压本构关系。试验结果表明,随着冻融循环次数的增加,煤矸石混凝土峰值应力逐渐降低,峰值应变和极限应变逐渐增加,应力-应变曲线趋于扁平,受压早期压实效应尤为明显,弹性模量迅速降低,应力-应变曲线前端部分出现下凹。此本构关系精度较好,对煤矸石混凝土的推广应用和进一步改性研究有一定参考价值。     

闭孔泡沫铝准静态压缩试验的有限元仿真

根据泡沫铝孔洞的结构特点,建立了单一孔十八面体力学框架模型,进而组建泡沫铝力学矩阵模型。通过有限元分析软件对其进行纵向加载准静态模拟仿真试验,得到了力学矩阵模型的应力分布图、位移与变形分布图以及应力-应变曲线。将仿真试验得到的应力-应变曲线分为4个阶段,分析了各阶段的产生过程和力学原理,得到泡沫铝纵向准静态压缩时的力学相关性能,为进一步实体试验和工程应用提供了技术参考。