高温高应变率下建筑不锈钢动态力学性能研究

利用带有加热和同步对杆装置的分离式霍普金森压杆(SHPB)系统测定建筑不锈钢S30408材料在不同温度和应变率下的动态力学性能,并在DNS100材料试验机上进行了准静态(0.001 s~(-1))压缩试验.试验结果表明:建筑不锈钢S30408材料具有明显的应变率强化效应和温度软化效应,在一定温度条件下温度成为影响材料性能的主要因素.利用Johnson-Cook模型对不锈钢S30408材料进行了动态本构的拟合,并基于试验曲线特点进行修正.修正后的Johnson-Cook模型能够较好地反映材料性能,该本构模型参数可以为建筑不锈钢S30408材料在高温高应变下的动力分析提供依据.     

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。     

18CrNi4A完全渗碳件在高温及高应变率下的塑性行为

为评估使用18CrNi4A钢齿轮在表面渗碳并磨削后的残余应力分布,从而达到改进工艺、延长寿命的目标,制备了完全渗碳的样件。并通过分离式霍普金森压杆（SHPB）试验,测试了样件在多种温度和应变率组合下的应力-应变数据,据之拟合出其Johnson-Cook（J-C）塑性本构模型,可用于描述18CrNi4A钢渗碳层在高应变率及高温条件下的动力学行为。采用该模型进行数值模拟的结果与试验的对比表明该塑性模型适用于磨削工艺的仿真模拟分析。      

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。     

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.     

光纤Bragg光栅在分离式Hopkinson压杆实验中的应用

光纤Bragg光栅用于高频应变的测试是一个重要研究课题．文中介绍了其高频解调原理,探讨了光纤光栅传感器用于分离式霍布金逊压杆(SHPB)实验装置中应变测试的相关问题；推导了弹性杆中传播的应力波σ与传感光纤光栅中光波相位的变化量Δ(?)之间的关系式,进而建立了含有光纤光栅传感变化量的弹性杆应力波计算公式；构建了基于光纤Bragg光栅的动态应变测试系统,对中心波长分别为1550nm和1545nm的裸光纤光栅传感器以及应变片,两种传感器粘贴在被撞击弹性杆(输入杆)表面测试应变的情形进行了比较研究,给出了实验结果．研究表明,光纤Bragg光栅在高频动态应变测量中具有很好的应用潜力和前景,测试方法和结论对于光纤Bragg光栅在高频动态应变的实际测试中具有积极意义．     

霍普金森压杆(SHPB)实验波形振荡问题的影响与解决方法

对分离式霍普金森压杆试验中因波导杆弯曲效应而产生的波形振荡问题进行了分析,并提出解决方案。对不同电桥连接方法进行了理论分析和实验验证,提出了全桥接线法消除弯曲效应的影响,得到无振荡的波形曲线;并对数据分析的二波法和三波法处理结果进行了比较分析,给出了SHPB实验中解决弯曲效应的最佳桥路接法。     

钢纤维高强混凝土的中应变率本构关系

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对纤维体积率为0～3%的钢纤维高强混凝土(SFRHSC)进行了中应变率的冲击压缩试验.试验表明,应变率从阀值提高到90 /s时,SFRHSC峰值应力增幅30%左右,弹性模量增幅50%左右,峰值应变增长幅度则是基体混凝土的2～3倍.集料-高强基体和钢纤维-高强基体的双重叠加效应,大大提高了基体的抗冲击强度和韧度,使SFRHSC试件在冲击荷载作用下呈现出"微裂而不散,裂而不断"的良好破坏形态,而在相近的冲击荷载下,基体混凝土试件成粉碎性破坏.根据试验结果建立了SFRHSC四参数率相关性本构方程,该方程同时考虑了应变率和应变对材料应力的影响.     

闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析

通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的动态压缩试验和数值模拟,研究了泡沫铝的应变率敏感性.结果表明:在准静态(0.001s-1)至2500s-1的应变率范围内,具有相同孔隙率的泡沫铝的静、动态单轴压缩变形模式相似,而具有不同孔隙率的泡沫铝的压缩变形模式则存在差异,高孔隙率和低孔隙率泡沫铝的应变率敏感性明显不同;基体材料的应变率敏感性决定了泡沫铝的应变率敏感性;微惯性、波效应和孔内气体压力对泡沫铝的平台应力不产生明显影响.     

高应变率下无氧铜动态剪切性能研究

动态剪切试验是获得材料高应变率力学性能的有效方法之一,采用由霍普金森压杆改进的双缺口冲击剪切装置具有测试方便的特点,同时其测试结果的可靠性可以满足工程应用的需要。本文首先通过有限元数值模拟肯定了这种改进的双缺口冲击剪切试验装置的有效性,并对试件几何量的优化作了分析讨论。在此基础上,对无氧铜材料的动态剪切特性进行了测试。得到了在高应变率下无氧铜材料的剪切应力-应变曲线。实验结果并表明,在高应变率下,无氧铜材料依然符合Von．Mises屈服准则。     

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。     

Al－Li－Mn在高应变率拉伸和压缩下力学性能的实验研究

对铝锂合金Ａｌ－Ｌｉ－Ｍｎ进行了准静态和冲击拉伸、压缩的力学试验，应变率从１．３×１０－３ｓ－１到１．３×１０３ｓ－１．试验结果表明，该铝锂合金是应变率不敏感的弹塑性材料，并且表现出微弱的冲击脆性现象。     

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。     

高温断裂韧性的温度和应变速率效应

对 2 0 g钢高温断裂韧性的温度和应变速率效应进行了试验研究·在 40 0℃和 5 0 0℃温度下 ,分别测量了几种应变速率下 2 0 g钢的Ji 值·试验结果表明 ,Ji 值随应变速率的增大而有较大幅度的降低 ;在同一应变速率下 ,温度 40 0℃时的Ji 值小于 5 0 0℃时的Ji 值·为了对压力容器在高温短期负载环境下的安全性作出正确的评价 ,有必要通过高温断裂韧性试验 ,测出相应的高温断裂韧性值     

高应变率时的转变动力学测试及组织形貌观察

采用自行设计的双径试样，提出了高应变率时的转变这测试方法，并测定了奥氏体不锈钢在低温高应变率时应变衣发马氏体转变的动力学曲线，观察了不同变形阶段的组织形貌。结果表明：当应变量小于9％时，高应变率时的应变诱发马氏体转变量低于低应变率时的；当应变量大于9％时，则相反，观察到高应变率时应力平均与硬化阶段的TEM组织形貌分别对孪晶与断续的马氏体。     

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.     

Recrystallization of High Carbon Steel during High Strain Rate

The recrystallization of high carbon steel during high temperature and high speed rolling has been studied by analyzing the stress-strain curves and the austenite grain size. Isothermal multi-pass hot compression at high strain rate was carried out by Gleeble-200D. The austenite grain size was measured by IBAS image analysis system. The results show that static recrystallization occurred at interpass time under pre-finish rolling, and at the finish rolling stage, due to the brief interpass time, static recrystallization can not be found.     

SHPB测试中斜坡加载对应力均匀性和恒应变率的影响分析

针对传统霍普金森压杆(SHPB)研究脆性材料和粘弹性材料的动态力学性能时,主要存在早期甚至整个实验过程的应力不均匀和应变率不恒定,严重影响实验结果的有效性和精确性.根据SHPB实验中应力的传播过程,分析了斜加载脉冲在加载过程中对试样应力均匀性和恒应变率的影响.计算分析和实验结果表明,斜坡越平缓,越有助于试样内部应力的均匀分布和应变率更快地趋向恒定,从而能使应力均匀状态和恒应变率状态保持更长的时间.     

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。     

碳纤维高应变率拉伸破坏形态的应变率效应性质

利用反射式间接拉伸Hopkinson杆实验装置，测试碳纤维在应变率1500-3000s^-1范围内的拉伸性质。实验结果表明，碳纤维在拉伸性质上是应变率不敏感材料，这与目前已有实验资料一致，但对碳纤维断裂端的断口形状观测表明，碳纤维破坏形态是与应变率相关的，随着应变率的增加，断口形态逐渐光滑。破坏形态的差异也导致了拉伸力学性质在不同应变率下的微弱差异。