硅橡胶拉伸力学的应变率相关性研究

硅橡胶是一种应用广泛的高分子材料,其在服役过程中常承受冲击载荷,研究应变率对硅橡胶拉伸力学行为的影响在工程实际中具有重要价值。该文利用自动网格法应变测量技术和Instron-E3000材料试验机对硅橡胶进行应变率为0.001 s–1的单向拉伸测试;在液压伺服中应变率材料试验机上对硅橡胶进行应变率为15 s–1的单向拉伸测试;基于分离式霍普金森拉杆(SHTB)实验装置发展一种可适用于低模量、低波阻抗材料的动态拉伸测试技术,实现对硅橡胶应变率为350 s–1和1 400 s–1的单向拉伸测试。硅橡胶不同应变率下的单向拉伸测试结果表明:硅橡胶的拉伸力学行为具有明显的非线性弹性和应变率敏感性特征,随着应变率的升高,材料的模量和定伸长应力均呈现出增大的趋势,呈现出应变率正相关特征。     

多因素加速老化对硅橡胶泡沫材料力学性能的影响研究

对硅橡胶泡沫材料进行了45%应变压缩状态下的热老化试验研究.结果表明,硅橡胶泡沫材料的永久变形量随着老化条件严酷程度的增加而增加.硅橡胶泡沫材料加载高温老化会使其损耗峰降低,玻璃化温度向高温区域移动.     

泡沫铝动态力学性能的实验研究

本文主要利用分离式霍布金森压杆 (SHPB)对泡沫铝进行了三种应变率 (0 6× 10 3 s、1 0× 10 3 s和 1 9× 10 3 s)动态压缩实验。实验结果表明 :泡沫铝的动态应力 应变曲线也具有泡沫材料的动态应力 应变曲线的“三阶段”特征 ,并且应变率对其影响明显 ,流动应力随着应变率的增加而增加 ,泡沫材料的力学性能更多地表现出泡沫结构特性     

空心玻璃微球增强硅橡胶涂层的高应变率响应实验

为研究空心玻璃微球(HGMs)对硅橡胶涂层动态性能的影响,采用分离式霍普金森压杆实验装置,对添加不同含量HGMs的硅橡胶进行了应变率范围为3000～5000s~(-1)的动态加载,获得了屈服应力及其对应的应变、形变功密度和绝热压缩过程的材料温升。结果表明,添加不同含量HGMs的硅橡胶具有明显的应变率效应,且随着HGMs含量的增加,形变功密度及其绝热温升均增加,但温升不超过10K。     

乙烯基硅油对纯化学发泡硅橡胶泡沫性能影响

乙烯基硅油有较高的乙烯基含量 ,能够提供给硅橡胶泡沫体系更多的活性官能团 ,提高交联效率 ,增加局部交联密度。通过加入乙烯基硅油 ,提高了硅橡胶泡沫材料的密度、硬度和开孔率 ,改善了硅橡胶泡沫的压缩性能 ,拉伸性能有所下降     

应变率对泡沫铝压缩性能的影响

泡沫铝作为抗冲击及减震材料,很多场合都要经受冲压变形.目前,关于泡沫铝在压缩过程中表现出的应变率效应说法不一.概述了应变率对泡沫铝压缩性能的影响,结果表明,由于泡孔的变形特性使泡沫铝具有明显的应变率效应,泡孔在变形过程中的局部化、微观惯性和致密化是其对应变率敏感的根本原因.在高应变率下,滞留气体对闭孔泡沫铝的压缩有一定影响,开孔泡沫铝对应变率的敏感度还未有统一结论.     

γ辐照剂量和预压量对硅泡沫材料性能的影响

硅橡胶泡沫材料的减震吸能特性与其使用环境和使用状态密切相关,而目前有关辐照环境条件对材料性能的影响研究却很少。鉴此,本研究通过扫描电镜(SEM)观察和力学性能测试,研究了预压量和辐照剂量对硅橡胶泡沫材料性能的影响,并通过辐照前后材料应力-应变曲线中应力平台段宽度和平台应力大小的分析比较,进一步研究了辐照对材料减震吸能特性的影响及其作用机制。研究结果表明:辐照剂量为100kGy、预压量低于30%时硅橡胶泡沫材料性能和应力-应变曲线中应力平台段宽度的变化并不明显。而随着辐照剂量的增加,应力平台段的宽度逐渐减小,材料减震性能下降。从材料的宏观性能和微观结构来看,低辐照剂量下硅橡胶泡沫材料辐照损伤中交联效应占据优势,交联密度的增加使得材料硬度和强度的提高以及断裂伸长率的降低。而辐照剂量超过500kGy后,泡沫材料辐照损伤中降解效应占据优势,进而导致材料硬度和强度的降低以及断裂伸长率的提高。该研究为辐照前后材料性能评估提供了理论依据和手段。     

用超临界二氧化碳技术制备硅橡胶/碳纳米管/炭黑复合导电泡沫材料

以超临界二氧化碳为物理发泡剂,制备出一种具有良好导电性能的硅橡胶/碳纳米管/炭黑多相复合泡沫材料。系统研究了不同碳纳米管含量及不同加工参数对硅橡胶发泡行为和最终硅橡胶泡沫材料导电性能的影响。实验结果表明,碳纳米管和炭黑在硅橡胶基体中分散良好,无明显团聚体出现。均匀分散的碳纳米管能够提高发泡时的成核密度,从而得到具有较小泡孔尺寸和较高泡孔密度的泡沫材料。研究发现随着饱和温度升高,泡孔尺寸变大,泡孔合并现象明显;随饱和压力增加,泡孔尺寸变小,泡孔密度增加,泡孔合并现象减少。不同泡孔形态对应其导电性能也有所不同,当泡孔尺寸较小,泡孔分布均匀的泡沫材料导电性能较好。     

硅橡胶泡沫复合材料的制备、性能与应用

硅橡胶泡沫材料作为一种新型的聚合物泡沫体系,保持了硅橡胶材料的耐高低温、抗紫外线、化学稳定性等特点的同时,也具备泡沫材料柔性轻质、压缩回弹性好等优异特性。将功能填料引入到硅橡胶泡沫体系中可以获得特定功能的硅橡胶泡沫复合材料,已成为近年来的研究热点。综述了近年来国内外硅橡胶泡沫复合材料的进展,主要回顾了硅橡胶泡沫材料的制备方法,并分析了各种制备方法的优缺点;总结了硅橡胶泡沫复合材料力学、热学、阻燃和导电性能的研究现状;在此基础上,介绍了功能型硅橡胶泡沫复合材料在油水分离、传感器、生物医药等领域的应用前景。最后,展望了硅橡胶泡沫复合材料的发展趋势。     

基于Sherwood–Frost模型构建聚乙烯泡沫拉伸本构

目的 研究聚乙烯泡沫的拉伸力学性能,并构建聚乙烯泡沫的拉伸本构模型。方法 利用万能材料试验机对不同密度的聚乙烯泡沫进行不同拉伸速率的单轴拉伸实验,得到聚乙烯泡沫的拉伸应力–应变曲线;在Sherwood–Frost唯象本构模型框架的基础上,构建将密度和应变耦合的密度项,以及将应变率、应变和密度耦合的应变率项的拉伸本构模型。结果 聚乙烯泡沫在断裂前的拉伸力学特性为非线性弹性,表现出明显的应变率强化效应,现有的密度项和应变率项与实验数据的拟合精度较低,最大平均误差分别可达11.76%、7.90%。新构建的密度项和应变率项与实验数据拟合精度较好,最大平均误差分别为1.17%、1.92%。结论 新构建的拉伸本构模型能够更精确地描述聚乙烯泡沫单轴拉伸的应力应变关系,为聚乙烯泡沫的综合力学性能的进一步研究提供参考。     

分层介质动态力学性能的实验研究

采用Φ75mm分离式霍普金森压杆实验装置,对由普通混凝土与泡沫混凝土组合的分层介质的动态力学性能进行了研究。结果表明,应力波通过普通混凝土时的衰减仅为其原来峰值的5%~10%,应力波通过泡沫混凝土时其峰值衰减为原来的1/5。由此说明在含泡沫混凝土与普通混凝土的分层介质中,泡沫混凝土提供削波与延缓应力波作用时间的作用,普通混凝土则为其提供较高强度。通过对分层介质应力衰减和动量变化的分析表明,分层介质在动态力学行为上表现为较大的塑性和应变率相关性,其应力衰减主要取决于泡沫混凝土材料。     

分层介质动态力学性能的实验研究

采用Φ75mm分离式霍普金森压杆实验装置,对由普通混凝土与泡沫混凝土组合的分层介质的动态力学性能进行了研究。结果表明,应力波通过普通混凝土时的衰减仅为其原来峰值的5%¹0%,应力波通过泡沫混凝土时其峰值衰减为原来的1/5。由此说明在含泡沫混凝土与普通混凝土的分层介质中,泡沫混凝土提供削波与延缓应力波作用时间的作用,普通混凝土则为其提供较高强度。通过对分层介质应力衰减和动量变化的分析表明,分层介质在动态力学行为上表现为较大的塑性和应变率相关性,其应力衰减主要取决于泡沫混凝土材料。     

Strain-rate effects on elastic and early cell-collapse responses of a polystyrene foam

The compressive behavior of a polystyrene foam was investigated at strain rates from 0.001 to 950/s. A hydraulically driven test machine was used for the quasi-static tests, and a modified split Hopkinson pressure bar (SHPB) was utilized for the dynamic tests. The shape of the incident pulse in the SHPB was carefully controlled so that the resulting stress–strain curves are valid starting from a small value of strain in the elastic region until past the initiation of cell-crushing. The collapse stress of the foam is found to increase nearly linearly with the logarithm of the strain rate, and the elastic modulus is seen to increase with strain rate. A rate-dependent phenomenological material model is employed to describe the experimental results.     

试论镁铝合金高应变率单轴压缩拟合本构关系的代入校核

从实验与数值模拟的结合上,确定与考察了镁铝合金在一维应力高应变率压缩状态下的本构关系。把由一维准静态及动态压缩试验结果所拟合的经验性本构关系代入镁铝合金的SHPB试验的全过程数值模拟,可再现实验测得的反射波波形及透射波波形。数值模拟也表明,采用SHPB试验经典分析所估算的应力、应变、应变率与试件典型微元在试验过程中所经受的应力应变、应变率也基本一致,然而,应变率并非常值。     

率相关混凝土类材料SHPB试验的若干问题

对于断裂应变很小的混凝土类材料,在SHPB冲击试验中试样断裂前的应力是否达到均匀是冲击试验是否有效的一个关键。以水泥砂浆为例,采用弹性和ZWT粘弹性两种本构模型,通过特征线解法对高应变率SHPB试验过程中的加卸载应力均匀性进行了分析。发现入射波升时对脆性粘弹性材料的应力均匀性有影响,其中以τs/tL=2时最好,升时再延长反而对应力均匀化不利。采用不同升时加卸载时,应力幅值对于试样中应力均匀性没有影响,但对试样中应变和应变率的大小有影响。并且发现用常规的SHPB技术难以获得率相关脆性材料较可靠的应力-应变关系,但在应力均匀化后测得的动态断裂应力值是可靠的。     

Correlation between the accuracy of a SHPB test and the stress uniformity based on numerical experiments

Split Hopkinson pressure bar (SHPB) has become a frequently used technique to measure the uniaxial compressive stress–strain relation of various engineering materials at high strain rate. Using the strain records on incident and transmitter bars, the average stress, strain and strain rate histories within the specimen can be calculated by SHPB formulae based on one-dimensional wave propagation theory. The accuracy of a SHPB test is based on the assumption of stress and strain uniformity within the specimen, which, however, is not always satisfied in an actual SHPB test due to the existence of some unavoidable negative factors, e.g., friction and specimen size effects. Two coefficients are introduced in the present paper to measure the stress uniformity in axial and radial directions of the specimen in a numerical SHPB test. It is shown that the accuracy of a SHPB test can be correlated to these two stress uniformity coefficients. An assessment and correction procedure for SHPB test results is illustrated through a numerical example.     

物理成孔剂在硅泡沫制备中的应用研究

采用一种有机物作为物理成孔剂,运用混合发泡成型技术制备硅泡沫材料,研究了物理成孔剂对泡沫材料性能的影响规律.结果表明,物理成孔剂的尺寸不是影响硅泡沫材料压缩应力-应变性能的主要因素;随着物理成孔剂粒径阶梯性的减小,硅泡沫材料的拉伸强度、撕裂强度逐渐提高,当0.25mm≤d≤0.35mm时,泡沫材料压缩应力松弛性能最佳.     

端面不平行对岩石SHPB测试结果的影响分析

为探讨岩石试件加工端面不平行对岩石材料动力学特性测试结果的影响,采用有限元分析软件LS-DYNA对13种端面不平行度的岩石试件开展SHPB数值模拟,并分析了端面不平行对加载过程应力均匀性的影响。结果表明:随端面不平行度γ的增加,岩石试件动态应力-应变曲线逐渐向右和向下移动,且峰前加载段逐渐延长。当γ1.60%时,动态应力-应变曲线在加载初期出现一个微小的加载-卸载过程,且在升时为120μs的半正弦入射波加载阶段岩石试件达不到应力均匀状态。基于数值模拟结果,建立了端面不平行度与量纲一化的动态单轴抗压强度、平均应变率和峰值应变的定量表达式。     

泡孔尺寸对开孔泡沫铝合金力学性能的影响

在分离式霍普金森压杆(SHPB)和MTS810材料试验机上对多组孔径、多组密度的开孔泡沫铝合金(AA6101)材料进行了准静态与动态压缩实验研究。泡孔尺寸不仅影响着材料的屈服强度和塑性模量等,还影响着材料的应变率敏感性。另外,不同孔径的泡沫铝合金有不同的理想吸能效率。     

混凝土中瞬时爆炸波测试技术及分离的实验研究

为稳定测量混凝土中炮孔周围的爆炸波,对应变片和超动态应变测试系统的频响及最优匹配开展了系统研究,得到了应变片相对误差δ与其允许最高频率fmax之间的关系,测试系统的阶跃信号响应上升时间为0.3μs。基于一维应力波原理,提出了用SHPB技术中透射杆上的应力动态标定试件上输出电压的新方法,得到了爆炸冲击波作用下测试系统的频响和时频分布。针对爆炸波微信号传输中的易受干扰问题,采用了电磁屏蔽等抗干扰技术。用该系统对混凝土模型开展了不耦合装药爆炸波测试,成功测得了23μs内在爆炸近中区激起的爆炸波。通过Rihaczek分布,将爆炸波分离为[(2.3～4.5μs),(0～829 kHz)]的爆炸冲击波区、[(4.5～7.2μs),(0～743 kHz)]的应力波区及[(7.2～24.7μs),(0～514 kHz)]的爆生气体膨胀作用区,并就分离各区作用过程做了分析。