基于SHPB的不同含水状态砂岩动态响应

为研究不同含水状态岩石力学性质的变化规律，并保证仅受含水量这一单一因素的影响，以砂岩作为试验材料，制备饱和系数分别为2.82%、52.11%、100%的干燥、半饱和、饱和三种不同含水状态的岩石试样，进行静载以及8种不同冲击能量作用下的动力学性质的研究.通过试验可知:在静载作用下，相比干燥岩石，半饱和、饱和岩石试样的应力-应变曲线随含水量增加出现了峰值明显降低的现象，抗压强度分别降低了8.12%、19.26%.动载作用下，随应变率的增加，3种岩石强度均呈现不同程度的线性变化，应力-应变曲线出现右移及峰值增加的现象，且干燥岩石与含水岩石在卸载阶段有明显不同的两种趋势，特别是在卸载第二阶段.而在相同冲击能量作用下，岩石的含水量越大，其破碎程度越大.      

α+β两相钛合金的动态压缩性能对抗弹性能的影响分析

以研究钛合金材料动态压缩性能对抗弹性能的影响为目的,选用TC4、TC6、TC11三种不同强度级别的α+β两相钛合金为研究对象,采用动态压缩试验、准静态拉伸试验以及5.8 mm口径实弹靶试测试等方法,对材料微观组织、力学性能、动态压缩性能、弹坑形貌进行了对比分析。结果显示,TC4、TC6和TC11三种α+β两相钛合金经过固溶时效热处理后,TC11钛合金的拉伸强度和动态压缩强度最高,分别达到1 258 MPa和1973 MPa,采用12 mm厚度的三种钛合金靶板进行靶试测试,对垂直入射的5.8 mm口径钢芯弹均进行了有效防护,TC11钛合金开坑深度2.4 mm,开坑尺寸7.5 mm×5.5 mm,均小于其他两种钛合金靶板的弹坑尺寸,对钢芯弹的侵彻有更好的防护作用。针对普通钢芯弹的防护,材料的动态压缩性能与其抗弹性能存在对应关系,动态压缩强度越高,临界断裂应变εcr越大,受冲击过程吸收的能量越多,抗弹性能越好。     

AZ91合金的压缩行为

Z91合金的压缩行为研究表明 ,在室温和 350℃下 ,选取应变速率在 5 .6× 1 0 - 3～ 1 .8× 1 0 - 2 s- 1 之间变化时 ,真应力 -真应变曲线变化规律呈现一致性 ,真应力值差距不明显 ,压缩屈服强度σ0 .2 比较接近 ;在 2 50℃下 ,真应力值因应变速率的不同差距比较明显 ,随着应变的增加 ,真应力趋向稳定值。压缩后的试样形貌从室温到 350℃之间的变化规律为 :剪切破碎 -部分饼状 -完全饼状。观察变形组织发现 ,变形后的AZ91合金中出现了大量的动态再结晶晶粒。     

微波辐射辅助机械冲击破碎岩石动力学试验研究

微波辅助冲击式破岩是实现快速破碎硬岩的重要手段,开展微波辐射对岩石抗冲击性能的研究具有重要的理论和实际意义。采用工业微波炉对砂岩进行不同功率和不同时间的辐射试验,测试了砂岩在辐射前后的波速、孔隙率和动态力学强度。结果发现:在5 kW的辐射功率下砂岩升温速率达到1.29℃/s,3 kW的辐射功率下达到1.04℃/s;微波辐射后砂岩波速不断降低,孔隙率不断增大,5 kW辐射4 min后波速降低了34%,孔隙率增加了近70%;在5 kW和3 kW辐射4 min后,砂岩动态压缩强度分别降低了60.4 MPa和44 MPa。研究结果说明微波辐射能够使砂岩快速升温,在热应力的作用下试样内部产生裂纹并扩展,使得波速下降而孔隙度增大。辐射加热大幅地降低了砂岩动态压缩强度。     

围压下混凝土动态损伤与能量耗散特征数值分析

为了研究围压对混凝土材料冲击破坏过程中损伤演化和能量耗散的影响,基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件,模拟了不同冲击速度和围压级别下的混凝土SHPB实验. 结果表明:在不同的冲击速度下,峰值应力均随着围压的提高线性增大,最大可以达到混凝土静态抗压强度的3~4倍. 围压条件下混凝土的破坏形式为压剪破坏,试件的平均损伤度随围压的增大而非线性降低,相较于冲击速度,围压对损伤度的影响更弱. 随着围压的提高,混凝土对应力波的透射能力增强,反射波的能量非线性降低,而透射能随着围压的增大近似线性增加,混凝土的耗能随着围压的增大而近似线性降低;在不同的入射能下,反射系数、透射系数和试件耗能的变化趋势是一致的. 围压一定时,混凝土的损伤程度随入射能的增加线性增长;入射能一定时,试件损伤度随围压的增加而降低,变化幅度也降低.      

基于核磁共振的不同含水状态砂岩动态损伤规律

为研究不同含水状态岩石的动态损伤特性,制备干燥、半饱和、饱和3种不同含水状态的砂岩试样.采用分离式霍普金森压杆（SHPB）,以4种不同的低入射能对岩石进行损伤冲击试验.通过核磁共振测试实验对岩石试样进行孔隙扫描,获取岩石孔隙的T₂谱曲线、孔隙度以及孔隙成像等数据.通过试验发现:（1）冲击能量的增加导致岩石的平均应变率和强度的增大;（2）不同含水状态的岩石受到冲击后,孔隙度与孔隙度变化率均有不同程度的增加;（3）与冲击前相比,岩石的T₂谱曲线有明显右移趋势,同时出现谱峰增加的现象,而且冲击能量越大,孔隙谱峰增加越明显;（4）核磁共振成像显示岩石孔隙数量和尺寸有明显的增加,展现出岩石内部孔隙扩展和演化的过程.      

冲击荷载作用下热处理花岗岩动态力学特性研究

为研究冲击速度和热处理温度对黑云母花岗岩动态力学特性的影响,利用改进的霍普金森压杆系统对25~800 ℃共9个温度等级的热处理试样分别进行3种弹速下的冲击压缩试验。试验结果表明：随着冲击速度的增加,25~700 ℃热处理试样的应力—应变曲线由“Ⅱ型”转变为“Ⅰ型”,而800 ℃热处理试样均表现出“Ⅰ型”应力—应变曲线特征。同一温度热处理下试块的峰值应力、应变和平均应变均随动荷载的升高而增大。相同的冲击速度下,300 ℃热处理试样的动力学性能有所改善,500 ℃后试样的动力学性能开始逐渐劣化。同一温度热处理试样的破碎程度随冲击速度的增加而增加;相同冲击速度下,热处理试样的破碎程度随温度的升高先减弱后增强。     

真空热压烧结制备SiCp/2024Al复合材料动态力学性能北大核心

通过真空热压烧结制备30%(体积分数)SiCp/2024Al复合材料,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对其进行动态压缩实验,得到应变速率为1600~3800 s-1的动态应力-应变曲线。结果表明:在一定的高应变率范围内承受动态载荷时,30%SiCp/2024Al复合材料在不同应变率下,应力-应变曲线趋势变化不大,基本表现为应变率不敏感材料。试样在动态冲击下均未出现宏观剪切破坏,采用扫描电镜(SEM)对压缩试样微观组织进行表征,高应变率试样内部出现孔洞和微裂纹等损伤,试样边界出现增强体颗粒脱粘现象,材料表现出良好的塑韧性。还讨论了动态载荷压缩变形机制。     

灰岩三轴试验颗粒流模拟和能量变化特征研究

基于三维离散元软件PFC3D模拟灰岩三轴压缩试验,研究试验过程中试样的变形、裂隙的发展以及破坏方式。通过数值模拟的位移场结果,可以直观地观察宏观断裂面的形成,围压较小时,试样发生局部的脆性破坏,而围压较大时,以试样的整体剪切破坏为主。三轴压缩破坏过程是能量耗散与释放的综合过程:初始加载阶段,外界输入能量主要转化为试样的可释放应变能,当超过储存极限时,试样产生破坏;中后期外界输入的能量主要转化为耗散能,用于试样内部微裂隙的产生、裂隙的发展、局部脆性破坏以及宏观断裂面的产生,最终导致试样整体破坏。试验结果表明,试样破坏时吸收的总能量和耗散能与围压有很强的线性关系,其线性拟合结果对于灰岩三轴压缩试验过程中的能量变化规律研究有一定意义。     

石墨化碳素钢室温压缩过程中的不均匀变形行为

将0. 46%含碳量(质量分数) 的石墨化碳素钢在万能材料试验机上进行室温压缩变形, 试验钢表现出良好的压缩变形性能.根据载荷-位移曲线的变化特点, 试验钢的压缩变形过程以位移7. 0 mm (对应相对压下量为58. 3%) 为节点分为两个阶段: 在位移≤7. 0 mm的压缩阶段, 载荷呈线性增加, 压缩试样的鼓度值逐渐增加而达到一个极大值(14. 6%), 压缩试样中心位置的维氏硬度增幅最大, 为38. 1 HV, 至位移7. 0 mm时试样端面径向伸长率的增幅为34%;而在位移 > 7. 0 mm的压缩阶段, 载荷呈指数增加, 压缩试样的鼓度值从极大值开始逐渐减小, 至位移为10. 72 mm时(相对压下量为89. 3%), 试样端面的径向伸长率相比于位移7. 0 mm时增加了83. 1%, 压缩试样的中心位置的维氏硬度增幅最小, 为32. 7 HV.上述试验数据表明, 在位移≤7. 0 mm的压缩过程中, 压缩试样内的三个不均匀变形区的位置与传统压缩模型一致, 但是当压缩变形进入位移 > 7. 0 mm的压缩过程中, 试样中心位置已不再是传统压缩模中变形程度最大的变形区了, 即在这个阶段试样中的3个不均匀变形区的变形程度发生了改变.正因这种不均匀变形区变形程度的改变导致了变形过程中载荷的急剧增加和鼓度值的减低.另外, 在压缩变形过程中, 三个不均匀变形区中石墨粒子的微观变形量总是高于铁素体基体, 其原因之一可以归结为石墨粒子中层与层之间容易于滑动的结果.