高强高模聚乙烯纤维力学性能的应变率和温度效应

利用MTS810材料试验机、旋转盘式杆-杆型冲击拉伸装置和温度控制箱,在温度20℃~110℃、应变率为0.001/s~700/s范围内,对高强高模聚乙烯纤维束进行了准静态和高应变率冲击拉伸实验,得到了不同温度、不同应变率时纤维束的应力-应变曲线。结果表明:高强高模聚乙烯纤维束的初始弹性模量具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而增加,随温度提高而下降;在常温下,破坏应力从准静态到动态,具有明显的应变率相关性,随应变率提高而增加,但在20℃~110℃范围内、高应变率下,对应变率变化不敏感;失稳应变也具有应变率和温度相关的特性,随应变率提高而减小,随温度提高而增大。在高应变率下,断裂应变能密度主要由初始弹性模量和失稳应变共同决定,受温度效应和应变率效应的综合影响。     

三维正交机织复合材料的动态压缩性能

本文作者利用分离式Hopkinson压杆装置对玻璃纤维三维正交机织复合材料进行了高应变率下面外、面内方向的压缩试验,并在万能试验机下进行了相应的准静态压缩。获得3 个高应变率及准静态下的应力-应变曲线,观察了试样的破坏形貌。结果表明：玻纤三维正交机织复合材料是应变率敏感材料,最大应力、压缩模量随着应变率的增大而增大。三维正交结构使复合材料体现出各向异性：面外的最大应力、失效应变比面内大;面内的压缩模量大于面外,且压缩模量对于应变率的变化比面外方向敏感;经纬向相比,纬向的最大应力大于经向。     

动态载荷下C/C复合材料的压缩破坏行为

利用电子万能试验机以及Split Hopkinson Compressive Bar(SHPB)测试了2DC/C复合材料在准静态、动态载荷下的压缩性能,结合光学显微镜分析了其在不同应变率下的破坏形貌、讨论了应变率对压缩破坏形貌的影响。结果表明:与准静态(10-4/s)相比,动态载荷下(5×102/s)复合材料的压缩强度提高了55%,压缩刚度提高了66%,具有较强的应变率效应;在准静态载荷下,C/C复合材料沿40°角剪切破坏,断口上炭纤维破坏具有溃散及剪切破坏特征,而在动态载荷下,C/C复合材料破坏成大小不一的碎片,其炭纤维破坏具有劈裂特征。C/C复合材料破坏模式的不同可归结为基体及界面强度的应变率效应。     

温度、应变率对航空PMMA压缩力学性能的影响研究

本文利用INSTRON试验机和分离式Hopkinson压杆测试了航空有机玻璃在试验温度为299K～373K之间,两种准静态应变率(10-3,10-1 1/s)和一种动态应变率(550 1/s)下的压缩力学行为.试验结果表明:在准静态载荷下,随着温度的升高,材料的弹性模量和流动应力减小,在应变率为10-1 1/s时表现出明显的应变软化行为;在高应变率(550 1/s)下,随着温度的升高,材料的流动应力逐渐减小而破坏应变增大,当温度超过333K时也有应变软化现象发生;在相同温度下,随着应变率的升高,材料的流动应力增大,但破坏应变减小.通过观察变形后试样的形貌,可以认为试样内部的微裂纹是应变软化的主要原因.最后,ZWT粘弹性本构模型被用来对试验数据进行拟合,结果表明该模型能够较好地预测这种材料在应变8%以内的力学行为.     

UHMWPE/乙烯基酯2.5D角联锁机织复合材料动态压缩性能实验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)动态测试系统和岛津材料试验机,对材料厚度方向的压缩性能进行实验研究,得到了三种高应变率(360,710s-1和1120s-1)和准静态下的压缩应力-应变关系,压缩强度和冲击吸能,通过冲击破坏形貌探讨材料的动态压缩破坏模式和吸能机理.结果表明:UHMWPE/乙烯基酯2.5D角联锁机织复合...     

C/C复合材料压缩破坏的应变率效应研究

研究了碳布叠层/碳复合材料在四种不同应变率下的压缩性能, 对其在准静态、动态载荷下的压缩破坏机理进行了初步的探讨. 研究结果表明: C/C复合材料的压缩破坏强度具有较强的应变率效应, 与准静态(10^-4/s)相比, 复合材料的动态(1.5×10²/s)压缩强度可提高70%左右; 复合材料在准静态、动态载荷下力学性能的差异可归结为纤维与基体界面特性的应变率效应以及不同应变率下破坏模式的不同.     

编织角和承载方向对三维四向编织复合材料动态压缩性能的影响

利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对三维四向编织碳纤维增强树脂基复合材料的动态压缩性能进行了研究。通过对编织角为20°、30°和45°的试验件分别进行沿纵向、横向和厚度方向的动态压缩试验,得到材料在800~2 000/s应变率范围内的应力-应变曲线,并与准静态压缩试验结果进行对比,研究了应变率、压缩方向及编织角对材料极限强度和弹性模量的影响。结合高速摄影记录的动态压缩过程,进一步分析了不同情况下材料的破坏模式与破坏过程。结果表明：应变率越高,材料的极限强度和弹性模量越大,材料在受压的三个方向上均具有一定的应变率强化效应,且高应变率下表现出比准静态压缩时更明显的脆性;编织角的改变对材料在三个方向上的动态压缩性能均有影响,其中对纵向的影响最为明显;不同方向受压时材料的失效形式不同,且准静态和高应变率下的失效形式也有区别。     

UHMWPE交织双轴向纬编复合材料高应变率压缩性能研究

利用SHPB装置对UHMWPE交织双轴向纬编针织物/乙烯基酯树脂复合材料进行了高应变率压缩实验,研究了该材料的应变率效应和能量吸收.结果表明:等离子体处理后,复合材料的高应变率压缩性能有了较大的提高,放电功率100W是一个较为合适的处理条件.UHMWPE交织双轴向纬编复合材料呈现出一定的应变率敏感性:随着应变率的增加,最大应力、压缩模量、断裂应变能密度相应增大.由于交织双轴向纬编结构中的针织线圈及经纬纱交织作用,其具有较好的抗冲击性能.     

三维四向编织复合材料动态压缩性能实验研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)研究了三维四向编织碳纤维环氧树脂复合材料在动态压缩载荷作用下的力学性能。在横向对复合材料进行了动态压缩实验,得到了应变率从900/s―1500/s下的应力-应变曲线,并且与准静态压缩下的结果进行了对比。分析比较了应变率对三维编织复合材料横向压缩强度和模量的影响。实验中根据SHPB理论假设,采用波形整形技术,使得试件在加载过程中处于应力平衡和均匀变形状态。实验结果表明:压缩强度和模量具有一定的应变率强化效应;与准静态结果相比,在高应变率下的复合材料的强度和模量有明显的增大,并表现出明显的脆性。还分析了应变率对复合材料破坏模式的影响。     

中等应变率下泡沫铝的吸能特性

进行了不同密度、高度和压缩方向下泡沫铝的准静态压缩试验和中等应变率下(＜100 s-1)的冲击试验,研究了具有不同密度的闭孔泡沫铝在准静态压缩和冲击工况下的吸能特性.结果表明,泡沫铝是一种近似的各向同性结构,具有较高的单位质量吸能特性,是一种较好的吸能材料.在准静态和中等应变率冲击条件下,泡沫铝对应变率不敏感,其应力应变关系与应变率关系不大.不同的泡沫铝,其平台应力与密度之间的关系不同,在研究其性能时,必须测量应力-应变关系.泡沫铝的致密区对其吸能特性有很大的影响.     

Effect of Strain Rate on Compression Behavior of Vinyl Ester Resin Casting

Vinylesterresin(VE)isoflowdensityandcor rosionresistant,andtheprocessperformanceiswell.Becauseunsaturateddoublecrossbondslieonthe twoendingofmolecularchain,thewholemolecular chainwillelongateandabsorbmechanicalenergyun derforcing,andthenpossessesgoodabilityofimpact andcrackresistant.Thehydroxylsinthemolecular chainmakeVEinfiltrateglassfiber,aramidfiberand UHMPEfiberetc.verywell[1],soVEisanother wildlyusedandstudiedresinfollowedepoxyresin.Intherecentyears,ithasbeenreportedthattheVE resinha…     

SiCP/ Ni 纳米复合材料的超塑性

研究了SiC_P / Ni 纳米复合材料的超塑性。SiC_P / Ni 采用脉冲电沉积方法获得。拉伸实验温度为410 ℃和450 ℃, 应变速率范围为8.3 ×10 -4～ 5 ×10 -2 s -1 。温度为450 ℃、应变速率为1.67 ×10 -2 s-1时, 获得的最大延伸率为836 %。采用SEM、TEM 分析了沉积态材料的表面形貌、断口形貌及变形后的组织, 并对变形机理进行了探讨。通过SiC 颗粒稳定基体组织有利于实现材料的超塑性, 低空洞体积分数有助于获得大延伸率。晶粒长大到微米尺度时, 变形机制主要是位错协调的晶界滑移和位错滑移塑性。      

Tensile impact behavior and deformation mechanism of duplex TiAl intermetallics at elevated temperatures

Investigations are made on the effects of strain rates on the tensile behavior and deformation modes of Duplex Ti–46.5Al–2Nb–2Cr (DP TiAl) at temperatures ranging from room temperature to 840 °C and under strain rates of 0.001, 320, 800, and 1350 s⁻¹. The dynamic strength is higher than quasi-static strength but does not change much over the high strain rate range. Yield stress anomaly is not found. Brittle-to-ductile transition temperature (BDTT) increases with the increased strain rates. A Zerilli–Armstrong constitutive model with appropriate coefficients is chosen to describe the high strain rate flowing behavior. TEM analysis indicates that both ordinary dislocations and superdislocations are found and dislocation pile-up only appears in samples deformed under quasi-static loadings at elevated temperatures. The deformation twins are common in equiaxed grains and the proportion of twinned grains increases with the increased strain rate from 46–72% under quasi-static loadings to 69–95% under high strain rate loadings. No deformation twins are found in lamellar colonies.     

SiCP/ 6061Al 合金复合材料的高温单轴棘轮行为及其时间相关特性

对T6 热处理后的SiC_P / 6061Al 合金复合材料的高温(300 ℃) 单轴应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究, 讨论了具有两种颗粒体积分数的复合材料在高温下不同加载条件时的循环软/ 硬化特性和棘轮行为特征。实验研究表明: 颗粒增强金属基复合材料宏观上表现出与金属材料相类似的应变循环特性和棘轮变形规律, 即复合材料在非对称应力循环下也将产生一定的棘轮变形, 并随应力幅值和平均应力的增加而增加; 颗粒的引入使复合材料抵抗棘轮变形的能力增强, 棘轮变形随颗粒体积分数的升高而下降; 在高温下棘轮行为体现出明显的时间相关特性, 即棘轮应变值明显依赖于加载率和峰值保持时间, 并具有明显的蠕变-棘轮交互作用。在对该类复合材料的棘轮行为进行本构描述时必须考虑复合材料的微结构特征、加载条件以及时间效应等的影响。      

三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩性能及破坏机制

针对不同编织角、 不同纤维体积分数的三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料在不同温度下进行了纵向(编织方向)压缩和横向压缩试验 , 获得了其主要压缩力学性能 , 分析了编织参数、 温度对材料压缩力学性能的影响。对试件断口进行了宏观及扫描电镜观察 , 从宏、 细观角度研究了材料的变形及其破坏机制。结果表明 , 三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的压缩应力2应变曲线呈现明显的非线性特征 , 且温度效应明显; 编织角和纤维体积分数是影响材料压缩性能的主要参数。三维五向炭纤维/酚醛编织复合材料的纵向压缩与横向压缩具有完全不同的破坏机制。      

MCM-41 填加量与偶联修饰对复合材料拉伸性能的影响

通过溶液共混法制备出MCM-41/ 环氧树脂、偶联修饰MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料。研究了填充MCM-41 介孔分子筛颗粒的偶联修饰以及不同的填充颗粒含量对分散性和复合材料拉伸性能的影响。结果表明: 在MCM-41/ 环氧树脂纳米复合材料中, MCM-41 仍保持着长程有序的孔道结构。修饰后的MCM-41 变成亲油性, 有利于增强颗粒与环氧树脂间的界面结合和纳米网络结构的形成, 使MCM-41 颗粒更能均匀分散在聚合物基体中, 提高复合材料的拉伸性能。修饰后的MCM-41 填加量为2.5 %(质量分数) 时, 拉伸强度达到最大值,比基体树脂提高99.2 % , 杨氏模量提高了110 %。      

炭纤维强化板及其加固混凝土梁的力学性能

为探寻涂胶对炭纤维布力学性能的影响 , 深入了解其加固混凝土结构的力学行为 , 对制备的炭纤维强化板(CFRP)及其加固混凝土梁 , 分别进行了轴向拉伸和预制裂缝四点弯曲加载实验。对比有胶与无胶纤维布拉伸实验 , 表明环氧树脂不仅粘接纤维布 , 对纤维布有保护作用 , 而且能够显著提高其拉伸强度。通过对加固混凝土梁的 FRP外贴应变片的加载过程进行电测跟踪测试 , 得到了材料结构损伤破坏过程曲线。由力学模型和曲线点拟合的最小二乘法 , 对 CFRP板所受轴力及混凝土的界面剪应力分布进行分析 , 得到轴力及剪应力分布。在载荷的变化过程中 , FRP与混凝土的界面逐渐脱粘 , 使得 FRP的应力集中程度降低 , 有时会出现应变回弹现象。      

Diatom frustule-filled epoxy: Experimental and numerical study of the quasi-static and high strain rate compression behavior

In this study, centric type diatom frustules obtained from a diatomaceous earth filter material were used as filler in an epoxy resin with a weight percentage of 15% in order to assess the possible effects on the compressive behavior at quasi-static and high strain rates. The high strain rate testing of frustule-filled and neat epoxy samples was performed in a split-Hopkinson pressure bar (SHPB) set-up and modeled using the commercial explicit finite element code LS-DYNA 970. Result has shown that 15% frustule filling of epoxy increased both modulus and yield strength values at quasi-static and high strain rates without significantly reducing the failure strain. Microscopic observations revealed two main deformation modes: the debonding of the frustules from the epoxy and crushing/fracture of the frustules. The modeling results have further confirmed the attainment of stress equilibrium in the samples in SHPB testing following the initial elastic region and showed good agreement with the experimental stress–time response and deformation sequence of the samples in high strain rate testing.     

Dynamic ductile fracture in aluminum round bars: experiments and simulations

The application of rate-dependent cohesive elements is validated in simulation of ductile fracture in aluminum round bars under dynamic loading conditions. Smooth and notched round bars made of AA6060-T6 are tested and simulated under quasi-static and dynamic loadings. The smooth round bar is modeled using finite elements that obey Gurson–Tvergaard–Needleman (GTN) formulation as the constitutive equation. Comparing with experimental results, corresponding GTN parameters and rate-dependent plasticity of the alloy are obtained. A single strain rate-dependent GTN element with the obtained parameters is examined under different values of stress triaxiality and loading rates. The resulting stress-elongation curves represent the traction separation law (TSL) for cohesive elements and the variations of the maximum traction and the energy absorbed are investigated. The notched round bars are modeled by axisymmetric continuum and cohesive elements. The undamaged bulk material is elastic-visco plastic and the cohesive elements obey the TSL defined from the single element calculations. The experiments are simulated by these models in which the cohesive elements are rate sensitive and automatically obtain the values of the total strain rate from their adjacent continuum elements to update the values of the cohesive strength during the analysis. The results of the analysis, including maximum load, time of failure and diameter reduction are validated with the experimental results. The effects of element size, rate-dependent plasticity of the material and stress triaxiality are also discussed.