基于整形器的UHPC材料SHPB试验数值模拟与分析

为探讨UHPC材料在SHPB试验中实现恒应变率加载和试件应力平衡的途径,采用大型有限元分析软件LS-DYNA从整形器材料、直径以及厚度等角度出发,开展了相应的数值模拟与分析。通过对软件中KCC损伤模型材料参数取值进行优化,拟合了UHPC材料动态损伤行为,建立了基于SHPB技术的UHPC材料冲击压缩数值模型并与实验验证。在此基础上,开展不同整形器材料、厚度和直径下的参数分析,探讨其对SHPB实验中恒应变率加载和试件应力平衡的影响。结果表明:整形器是实现恒应变率加载和试件应力平衡的有效途径;相对于铜质整形器,铝质整形器能获得的更小的恒应变率因子(Constant Strain Rate Factor,CSRF)值,能更好的实现恒定应变率加载;整形器直径增大到一定的程度,入射波将偏离一维应力波传播,建议整形器直径不宜大于杆件直径的0.4倍;为平衡加载过程中CSRF值和入射波强度,建议整形器长径比不宜大于0.2。     

7050-T7451铝合金低周疲劳平均应力松弛规律

为了研究平均应变对7050-T7451铝合金低周疲劳力学行为的影响,开展了不同应变比(R=-1、-0.06、0.06和0.5)下的室温恒幅低周疲劳试验。结果表明:在对称循环应变下,材料总体表现为循环软化特征;而在非对称循环应变下,材料表现为初始硬化后的循环稳定行为。非对称循环应变导致了材料出现与应变幅相关的平均应力松弛现象。采用Landgraf模型和非线性Maxwell模型分别研究了7050-T7451铝合金的平均应力松弛规律。结果表明:Maxwell模型能够较准确地描述材料的平均应力循环松弛特征,而Landgraf模型更适用于低应变幅下的平均应力松弛描述。     

Zr-W多功能含能结构材料的制备及动态压缩特性

利用材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）系统对加压烧结制备的Zr-W多功能含能结构材料在不同应变率下的压缩行为进行测试。通过在试样上直接贴应变片与波形整形技术相结合,实现了恒应变率动态加载。试验结果表明:该材料在准静态和动态加载下均呈现良好的线弹性,弹性模量对应变率效应不敏感,约为186 GPa。烧结生成的W₂Zr相显著提高了Zr-W材料的强度和脆性,试样在强冲击载荷作用下发生破碎反应并释放大量的热量,表现出很高的含能特性,动态破坏应变和破坏强度表现出一定的正应变率效应。      

基于应力波因子的金属材料表面塑性损伤检测

提出了一种基于应力波因子的金属材料表面塑性损伤检测方法。将AZ31镁铝合金试件加载到不同的拉伸载荷后,利用Ritec SNAP非线性超声测试系统激发和接收Rayleigh表面波,通过实验测试在不同载荷作用后基于应力波因子的声学非线性系数与应力的关系。研究结果表明,当加载应力接近材料的屈服极限时,基于应力波因子的声学非线性系数随着应力的增加明显增大,因此可以利用基于应力波因子的声学非线性系数对金属材料表面的塑性损伤进行非线性超声无损评价。     

聚碳酸酯的单轴棘轮行为研究

在常温常湿下,对聚碳酸酯(PC)材料进行了一系列单轴应变循环和非对称应力循环实验。讨论了PC材料在不同加载水平、加载历史、应力率和峰值保持时间下的循环变形特征。结果表明:PC材料在应变循环过程中体现出了一定程度的循环软化特性,其响应应力幅值在应变循环中随着循环周次的增加而下降,但不是很明显;PC材料在非对称应力循环加载过程中产生明显的棘轮行为,棘轮应变随着平均应力和应力幅值的增加而增加,并且平均应力的影响大于应力幅值的影响;加载历史对于棘轮变形行为的影响较为明显,但对应变循环特性影响不大;PC材料的棘轮变形随着应力率的减小和峰值保持时间的增加而增加,体现明显的时相关性。     

2D-C/SiC复合材料轴向加载泊松效应

基于单调和循环加卸载实验,测试获得了不同加载过程中2 D-C/SiC复合材料在纤维束轴向方向上的泊松曲线,并对比分析了轴向损伤演化进程对材料泊松效应的影响.结果表明,在拉伸损伤加剧过程中,材料表现出显著的负泊松比行为;在加载损伤停滞状态下,材料则表现为近似线性正泊松比行为.加载过程中材料的泊松效应随着损伤程度的增加而不断减弱.结合扫描电镜断口结果分析可知,拉伸损伤加剧过程中材料内部沿加载方向上不断产生的基体开裂和界面脱粘损伤引起的材料沿垂直加载方向上的伸长变形,大于并掩盖了拉伸载荷在垂直加载方向上引起的弹性收缩变形,是导致2 D-C/SiC复合材料表现出显著负泊松比行为的主要原因;加载损伤加剧过程中产生的大量开裂损伤导致的材料整体连续性的降低是导致其泊松效应不断减弱的主要影响机制.     

不同加载速率下木材失效行为的多尺度数值分析

基于云杉微观结构特征,建立代表体积元模型,对顺纹和横纹压缩下云杉大变形行为进行数值模拟,获得材料各向异性和宽平台应力特性。数值模拟涉及准静态、5,50,500 m/s 4种加载速率,结果表明剪切滑移和屈曲塌陷是木材顺纹压缩的主要失效模式;横纹压缩则体现为胞墙褶皱和循序塌陷。加载速率对顺纹压缩影响高于横纹方向加载,高速加载时木材在轴向压缩下呈现花瓣形破坏,而横纹压缩则表现为压缩膨胀断裂;相对于高速加载,低速加载下木材变形表现为更均匀、平稳。     

1Cr18Ni9不锈钢高温单轴时相关棘轮行为研究

在室温、250℃、500℃和650℃四种温度下对1Cr18Ni9不锈钢材料的单轴应变循环特性及其时相关棘轮行为进行了实验研究,以讨论不同加载速率、加载波形和峰值应力保持时间对材料棘轮行为的影响。实验结果表明:在室温下,材料呈现出弱的循环软化特性和渐进型棘轮变形行为,并对加载速率和峰值应力保持时间具有强烈依赖性;在250℃、650℃下,因材料的循环硬化加快而使其棘轮行为较快趋于安定,但棘轮变形大小仍一定程度依赖于加载速率和保持时间;在500℃温度下则由于动态应变时效的影响没有明显的棘轮行为发生。研究得到一些有助于后续建立时相关本构模型的结论。     

中碳贝氏体钢的室温单轴循环变形行为研究

为了了解中碳贝氏体钢支承辊的接触疲劳失效机制,对中碳贝氏体钢材料在室温单轴循环加载下的应变循环特性和棘轮行为进行了实验研究。讨论了材料的循环软/硬化特性及其对单轴棘轮行为的影响,同时揭示了该材料棘轮行为的平均应力、应力幅值及其加载历史的依赖性。实验研究表明:材料的循环软/硬化特性具有明显的应变幅值依赖性,进而导致材料在不同的应力水平下出现不同的棘轮行为。研究得到了一些有助于该类材料循环变形行为本构描述的结论。     

2D-SiC/SiC复合材料损伤耦合力学行为

基于轴向和45°偏轴加载实验,分别获得2D-SiC/SiC复合材料在单一轴向应力和复合应力状态下纤维束轴向方向上的拉伸、压缩和面内剪切应力-应变行为,计算分析材料在复合应力状态下的损伤耦合力学行为。结果表明,在45°偏轴拉伸和压缩复合应力状态下材料损伤耦合力学行为的起始应力分别约为40MPa和-100MPa。复合应力状态下材料纤维束轴向方向上的拉伸损伤和面内剪切损伤进程间具有相互促进作用,面内剪切损伤对压缩损伤进程具有促进作用,但是压缩应力分量对面内剪切损伤进程具有明显的抑制作用;上述损伤耦合作用随着应力水平的增加而越发显著。由试件断口电镜扫描结果可知,复合应力状态下材料纤维束轴向方向上3个应力分量对材料内部0°/90°和45°3种取向基体裂纹开裂损伤进程的影响作用,是2D-SiC/SiC复合材料产生损伤耦合力学行为的主要细观损伤机制。