冲击载荷下细砂岩压缩试验和破坏特性研究

深部矿井岩石经常受到地下水、冲击地压和高温等综合作用,因此深部矿井中岩石的力学特性需要考虑应变率、温度和含水率等诸多因素。原位采集800 m深部细砂岩;在万能材料试验机和分离式霍普金森压杆压缩试验装置上对不同应变率、温度和含水状态下的细砂岩试件进行压缩试验,用高速/超高速摄影记录岩石试件的应变场,获得不同试验条件下的应力-应变曲线;对典型的回收试件的断裂表面进行微观观测。结果表明,应变率、含水状态和环境温度对岩石的力学性质及破坏特性都有一定程度的影响。     

高温及机械应力对PBX力学行为的影响规律及机理分析

为了获得高温和机械应力对高聚物粘接炸药(PBX)力学行为的影响规律,基于材料试验机的结果获得了以HMX为基的PBX-1及以TATB为基的PBX-2在不同高温和机械应力作用下的力学响应规律,用动态热机械分析仪(DMA)和扫描电子显微镜(SEM)分析了它们的力学性能的变化机理。结果表明,在25~90℃高温-力耦合加载下,两种PBX的拉伸、压缩强度随温度升高而降低,但破坏应变在一些温度点产生突变,PBX-1的应变突变温度点约为65℃,PBX-2分别约为35、55℃和75℃;PBX-1的高温-力顺序加载响应规律包含两个温度段,25~150℃为第一阶段,该范围的高温作用下材料压缩强度和破坏应变几乎不会变化,150~200℃为第二阶段,破坏应变随温度升高而增大,压缩强度先减小后增大,在180℃最低。高温-力耦合作用下,粘结剂相态变化和粘弹特性改变是影响PBX高温软化和力学性能劣化的主要原因,其软化-流动-粘流化将引起PBX的变形行为特别是拉伸及压缩破坏应变的突变,同时导致PBX破坏模式由脆断向脱粘失效转变,PBX的突变温度与粘结剂的物态转变温度相对应。对于高温-力顺序加载,粘结剂弹性回复和炸药晶体无损伤是PBX-1在25~150℃力学性能不变的主要原因,炸药晶体在180℃附近会发生高温破碎,导致PBX-1的压缩强度在180℃附近达到最低值。     

NAK80塑料模具钢本构关系的试验研究

利用电子材料拉伸试验机、热模拟试验机和分离式Hopkinson压杆系统对NAK80塑料模具钢在较宽温度范围(25~600℃)和不同应变率(700~5 000 s-1)条件下的力学特性开展了系列的试验研究。结果表明:室温下,NAK80塑料模具钢流变行为对应变率不敏感;相同应变率下(10-2s-1),其屈服强度和流变应力随温度升高而下降,且高温下热软化效应明显,导致屈服后应变增加而应力下降。以试验数据为基础,拟合了Johnson-Cook模型,利用该模型对不同温度和不同应变率下NAK80塑料模具钢的流变应力进行预测,与试验数据对比表明,拟合的Johnson-Cook模型能够较好的描述NAK80塑料模具钢的流变行为。     

低温下聚碳酸酯冲击拉伸性能的实验研究

为了研究聚碳酸酯在低温条件下的力学行为,在冲击拉伸试验装置上对聚碳酸酯板进行了不同环境温度下的高应变率单向拉伸实验,获得了-60℃、-20℃和室温下应变率为360 s-1、800 s-1和1 700 s-1的拉伸应力应变曲线。试验结果表明,在实施的温度范围内,随着温度的升高,聚碳酸酯的屈服应力和失稳应变都有不同程度的减小;在同一实验温度下,随着应变率的增加,屈服应力和失稳应变均增大,呈现高速韧性的特征。     

硫化橡胶材料动力学性能试验研究

为掌握橡胶材料的抗爆吸能特性,通过SHPB实验系统对3种不同配比的橡胶进行动力学试验研究,对比分析3种不同配比橡胶在不同应变率下的应力应变曲线。结果表明:橡胶动态弹性模量、峰值应力、吸能率随着应变率的增大而增大,低硬度橡胶的动态应变率效应更为显著,橡胶中掺入补强剂和软化剂将大大提高吸能效果。     

贫铀合金动态力学性能的实验研究

使用分离式Hopkinson压杆装置（SHPB），对四种贫铀合金在高温（150℃），常温（25℃）和低温（-15℃）条件下动态拉伸、动态压缩的应力应变关系进行测试 ，确定了贫铀合金在高应变率下的动态力学性质。     

大直径SHPB系统角闪岩的冲击动力试验

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,在波形整形技术试验的基础上,对不同厚度的圆柱形角闪岩试件在冲击压缩过程中的应力均匀性进行分析,确定了岩石试件的最佳尺寸;对角闪岩在高应变率下的动态力学性能进行试验;分析了其应力应变曲线的力学特性;并从岩石材料微观结构的角度对角闪岩动态抗压强度、破坏形态和能量耗散随应变率的变化规律进行了研究。结果表明,在较低应变率下,角闪岩试件的动态压缩破坏呈显著的轴向劈裂破坏模式;在较高应变率下,试件破坏呈现压碎破坏模式;角闪岩的比能量吸收值与应变率.ε呈线性关系,而动态抗压强度增长因子η(即动态抗压强度)与.ε1/3成线性关系。     

承载抗冲击部件用改性POM动态压缩性能研究

针对改性POM承载部件在极端环境抗冲击服役条件下的应用,基于SHPB动态压缩实验技术,对改性POM材料在-40~70℃试验温度条件下的动态压缩力学性能进行试验研究,动态压缩试验在800、1 400、2 300、3 100 s-1的应变率下开展。研究发现:热塑性改性POM工程塑料的最大压缩应力随应变率的提升而增大,力学性能具有显著的应变率效应,且高温下更明显;在实验温度范围内改性POM的力学行为呈现出高速韧性;在1 400、2 300、3 100 s-1应变率下,材料在-40℃的最大压缩应力比70℃提高约16.0%、18.1%和11.3%,而对应失效应变明显减小,改性POM材料的力学性能呈现出显著的温度依赖性。     

高温处理后T2铜在高应变率下的动态力学性能

为分析高温处理后T2铜在高应变率下的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对高温处理后的T2铜试样进行应变率为(2 000～4 000)s-1的动态压缩试验,得到各处理温度下的应力-应变曲线,分析其温度及应变率敏感性,研究晶粒尺寸对屈服应力及流变应力的影响。结果表明:随着处理温度的升高,T2铜的屈服应力、流变应力降低,表现出明显的高温软化效应;T2铜的峰值应力、应变与应变率间有较强的线性关系,具有一定的应变率敏感性;高温处理后,T2铜晶粒尺寸随处理温度的升高而增大,晶界数随晶粒的增大不断减少,导致屈服应力和流变应力降低,说明T2铜动态力学性能具有温度敏感性。     

热处理对50SiMnVB钢的动态性能与组织的影响

通过Hopkinson杆试验研究50SiMnVB钢在不同的热处理状态下和高应变率下材料的力学性能。结果表明,高应变速率时的应力-应变关系曲线大致呈应变软化型,即随应变的增加,流动应力先是增加,达到某一峰值应力后,又逐渐降低。通过对不同热处理态的微观组织观察,得出860℃淬火+600℃回火的综合力学性能最好。     

浇注PBX炸药的准静态压缩力学性能

利用材料实验机进行了PBX-1炸药准静态压缩实验,获得PBX-1炸药真应力——应变曲线和表观应力——应变曲线,分析了应变速率和温度对炸药力学性能的影响。结果表明:与表观应力——应变曲线相比,真应力——应变曲线所测的抗压强度值下降了0.09MPa,屈服应变也降低了0.8%,ε=7%时压缩模量降低了1.0MPa。PBX-1炸药的抗压强度随着应变速率增加而增高,随温度的增高而降低;屈服应变并没有随应变速率和温度发生变化。PBX-1炸药在71℃固化75d内,抗压强度没有随时间降低。     

以RDX为基的浇注PBX力学性能与本构模型

为研究一种黑索今(RDX)基浇注高聚物粘结炸药(PBX)的力学性能与本构模型,利用INSTRON材料试验机及改进分离式Hopkinson压杆(SHPB)进行了准静态和动态单轴压缩实验,获得了材料在10-4~10-2s-1及843~1490 s-1应变率范围内的应力-应变曲线。结果表明:该浇注PBX的变形过程分为线性段、强化段和软化段。准静态加载下该浇注PBX具有明显的应变率效应,其弹性模量、压缩强度、临界应变与相对对数应变率之间近似呈线性关系;而在实验应变率范围内,动态加载下特别是加载初期应变率效应不明显,同时发现其破坏准则由应力控制,材料在12MPa附近发生破坏。借鉴推进剂及橡胶材料本构关系的研究结果,分别提出了能描述浇注PBX一维动、静态压缩力学行为的率相关本构模型,该模型与实验结果误差小于10%吻合较好。     

弹道明胶动态力学性能试验与本构模型研究

弹道明胶被广泛用作生物医学和终点弹道中的软组织模拟物,其动态力学特性的准确测试一直是创伤弹道学领域重点关注的话题。为解决明胶材料在动态测试中出现的透射信号微弱、非均匀变形等问题,霍普金森压杆装置选用铝合金压杆搭配半导体应变片,同时采用波形整形技术及薄片试样等手段,开展4 ℃环境下浓度10%和20%弹道明胶的动态力学性能试验。试验结果表明：明胶的动态力学响应呈非线性,应力-应变曲线由弹性段及3个塑性强化段组成;应力动态增加因子与归一化应变率的对数呈线性关系;考虑应变率效应的多项式本构模型可较好地描述明胶在高应变率下的力学行为。研究成果可为轻武器杀伤元侵彻明胶靶标的数值仿真工作提供支撑。     

动静组合加载下岩石的吸能特性研究

地下工程中的岩体多处于复杂应力状态下,采用100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置研究了不同应力状态的砂岩在冲击荷载作用下的动态力学性能,将不同应力状态下砂岩的冲击力学性能进行对比分析。结果表明:砂岩的强度和比能量吸收(SEA)随平均应变率的增长而近似线性增长,具有显著的应变率相关性;在同一应变率水平下,围压对砂岩的动态力学性能有显著影响,砂岩的SEA大幅提高;围压作用下砂岩的损伤度与SEA成非线性正相关。     

Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金高温持久后的组织与性能

研究Al-Cu-Mg-Ag-Zr合金在165℃时效组织与性能的变化,并采用欠时效态(165℃×2h)的试样进行200℃及外加应力为200MPa的高温持久试验。结果表明,欠时效态的试样在高温持久下,随时间延长,其剩余强度先上升后下降,强度峰值出现在持久20h。延伸率变化与强度变化基本相似。持久100h后,合金力学性能相对欠时效态无明显下降,显示出优良的热稳定性。     

双基推进剂压缩力学性能的应变率相关性研究

为了研究双基推进剂在压缩情况下的力学性能,通过单向压缩方法,获取了压缩速率为1mm/min时不同温度下,以及15℃下不同压缩速率时的压缩试验数据,得到了双基推进剂在压缩情况下的应力-应变的一般变化趋势,双基推进剂的力学性能具有明显的加载率相关性与温度相关性,屈服应力、屈服时的应变、极限应力及对应的应变均随应变率的变化而有一定的变化.在较高的加载速率下,由于没有有效的散热过程,应变率效应与温度共同影响着双基推进剂的力学性能.     

铝锂合金的阻尼行为

首次研究了铝锂合金的阻尼特性,对四元铝锂合金的阻尼温度谱、频率谱和振幅谱取得了明确的认识。分析了阻尼的起因,特别对第二相沉淀体引起的阻尼现象作了研究。指出位于240℃附近的δ阻尼峰是应力诱导下δ′相界面运动的结果。文中还指出了合金弹性模量与阻尼行为的矛盾关系。     

30CrMnSiNi2A钢的动态屈服强度研究

采用分离式Hopkinson压杆技术,对经过不同热处理的低合金超高强度钢—30CrMnSiNi2A钢的动态力学行为进行研究。试样经过正火热处理、860℃淬火+600℃回火、860℃淬火+200℃回火热处理3种热处理制度后,经过动态力学实验得出:30CrMnSiNi2A钢在不同应变率下的屈服强度值随应变率增加而增大,呈现一定的应变率敏感性;在860℃淬火+200℃回火状态下,表现为一定的回火脆性;在860℃淬火+600℃回火状态时表现为优良的综合力学性能。     

某新型粉末高温合金的高温变形与动态再结晶

运用Gleeble-1500 热模拟机,对热等静压态的某新型粉末高温合金进行了形变温度在1120-1170℃和应变速率在2×10-3-2×10-1s-1下的高温变形与动态再结晶行为研究。研究表明:该合金在高温变形时应力-应变曲线上峰值应力σp与温度T和应变速率ε之间符合下式关系:Z=ε·exp(Qa/RT)=A2σpn。在一定的变形条件下,通过高温变形过程中的动态再结晶能获得细晶组织,其动态再结晶晶粒平均尺寸与Zener-Hollomon参数呈双对数线性关系。