中低应变率下闭孔泡沫铝动态力学性能研究

为探索闭孔泡沫铝的动态力学性能与吸能特性,基于万能材料试验机和高速液压伺服材料试验机在常温下分别对闭孔泡沫铝在准静态和中应变率下(0.001~100s^-1)的动态力学性能进行了测试,分析了不同应变率、不同相对密度和不同泡沫铝基体特性下闭孔泡沫铝的应力应变曲线特征和吸能特性变化。研究结果表明:中低应变率下的纯铝基体泡沫铝并不具备应变率效应,高脆性、相对密度较小的泡沫铝具备更好的吸能特性,塑性和脆性基体泡沫铝变形带分别呈现“V”形和“X”形,脆性基体泡沫铝同样不具备应变率效应。     

开孔与闭孔泡沫铝的压缩力学行为

研究了开孔与闭孔两种胞孔结构不同、制备工艺不同的泡沫铝在准静态压缩载荷下的压缩响应曲线.结果表明:开孔与闭孔泡沫铝压缩应力-应变曲线均具有多孔泡沫材料明显的三阶段特征,即线弹性段、塑性屈服平台段及致密段;相对密度对泡沫材料的力学性能(如杨氏模量、屈服强度)有很大影响;在准静态下,开孔泡沫铝表现出明显的应变率效应,而闭孔泡沫不如开孔敏感;泡沫铝材料表现为弱的各向异性;胞孔结构影响两种泡沫材料的压缩响应曲线.     

泡沫铝变形与吸能特性研究

目的研究密度、孔洞分布以及加载应变率对泡沫铝材料变形行为和吸能特性的影响。方法对3种不同密度范围的泡沫铝材料进行不同应变率下的压缩实验研究。结果实验结果显示,在10 mm/min加载速率下,密度范围为0.27~0.33 g/cm3和0.47~0.53 g/cm3的泡沫铝材料平均屈服应力分别为1.3和7.2MPa,平均应变能密度分别为0.8和3.8 MJ/m3。此外,密度为0.453 g/m3但孔洞分布不均匀的泡沫铝应变能密度为3.26 MJ/m3,密度为0.449 g/m3但孔洞分布均匀的泡沫铝应变能密度为3.84 MJ/m3。结论随着密度的增加,泡沫材料的屈服应力以及对应于不同应变时的应力均增加,而孔洞分布均匀的泡沫材料的能量吸收能力明显优于孔洞分布不均匀的泡沫材料,此外,加载速度对泡沫材料的应力应变行为有一定的影响,但对其能量吸收能力并无影响。     

不同温度下泡沫铝压缩行为与变形机制探讨

利用Hopkinson杆与MTS实验装置分别研究泡沫铝在不同温度下的动态与静态力学性能,实验结果表明,泡沫铝有很强的温度软化效应,坍塌应力与平台应力和“应力降”的大小均随温度的升高而降低。动态高温下应力应变曲线与静态低温下应力应变曲线类似,反映材料应变率与温度之间的等效关系。低温下泡沫金属强度较高,脆性较强,泡沫结构易脆性坍塌,并伴有脆性裂纹,随着温度的升高,基体材料逐渐软化,泡沫金属强度降低,胞孔结构在压缩过程中从低温下脆性失稳逐渐变成以胞壁屈曲与塑性变形为主,且在不同温度段,应变率敏感度不同。     

冲击速度和应变率对六边形蜂窝共面缓冲性能的影响

目的通过改变压缩方向的厚度,即共面方向的蜂窝层数,来研究冲击速度和应变率对六边形蜂窝共面缓冲性能的影响。方法借助软件Ansys/LS-DYNA来模拟六边形蜂窝在应变率恒定时冲击速度对蜂窝共面缓冲性能的影响,以及六边形蜂窝在速度值恒定时应变率对蜂窝共面缓冲性能的影响。结果设定3组应变率恒值(300,500,1000 s-1)研究不同冲击速度对蜂窝动态峰应力的影响,随着速度的增加,动态峰应力也增加。设定3组冲击速度恒值(3,50,100 m/s)研究不同应变率对蜂窝动态峰应力的影响,随着应变率增加,动态峰应力基本不变。结论在试件材料选用双线性硬化的铝基材料,壁材视为应变率不敏感的模型下,应变率对正六边形蜂窝的动态力学性能和缓冲性能基本无影响。     

闭孔泡沫铝的动态压缩性能试验研究

为了研究闭孔泡沫铝动态压缩性能的应变率效应,采用改进的INSTRON高速动力加载系统,对不同应变率下闭孔泡沫铝试件进行动态压缩试验研究。首先利用正向试验和反向试验技术对不同厚度的闭孔泡沫铝试件在同一加载速率下的动态压缩性能进行了研究,得到了在一定速率下消除泡沫铝动态压缩试验中惯性效应的合理试件厚度。进一步开展了闭孔泡沫铝试件在不同加载速率下的高速压缩试验,研究了其动态压缩性能随应变率的变化规律。结果表明在高速压缩下,闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同,具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应,而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势,初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。闭孔泡沫铝的吸能能力随应变率的增加而明显提升。     

碳/环氧树脂复合材料应变率效应的实验研究

选择两种铺设方式( _S和 _S)的T300/Epoxy(炭纤维/环氧树脂)层合板, 利用MTS试验机以及Hopkinson拉伸杆分别对其进行了准静态拉伸试验(应变率为10-5~10-4 s-1)、 中应变率拉伸试验(应变率为100 ~101s-1)和高速冲击拉伸试验(应变率为102~104s-1)。静态、 动态实验的试件形状及尺寸均相同。获得了不同应变率加载条件下T300/Epoxy的应力-应变曲线。基于所获得的应力-应变曲线, 讨论了应变率对炭纤维增强复合材料力学性能的影响。研究结果表明: 复合材料T300/Epoxy是应变率相关的材料; 层合板的铺设方向对其应变率效应有着显著的影响; 随着应变率的增加, 材料的强度及弹性模量有较大程度的提高, 但破坏应变有所降低。通过对试验结果的数据拟合, 提出了材料应变率相关的动态本构模型。      

粘土质泡沫陶瓷力学性能实验研究

本文以泡沫陶瓷的静、动态力学性能为研究目的,针对其吸波耗能作用明显、抗爆能力强、工程应用潜力较大的特点,对一种新的粘土质闭孔泡沫陶瓷开展了准静态一维应力压缩实验、一维应变压缩实验以及动态一维应力压缩实验。得到该材料在三种加载条件下的应力-应变曲线,讨论了不同加载条件下的材料的强度特性和变形破坏特征。结果表明：（1）泡沫陶瓷属于应变率敏感材料;（2）虽然泡沫陶瓷的弹性极限不高,但峰值应力过后,强度并没有立即消失,而是维持在一定的应力水平上;（3）不论是动加载还是静加载,泡沫陶瓷的极限应变都很大,与孔穴压实相关的变形不可逆过程所导致的能量耗损十分可观,材料的吸波耗能效果突出。因此泡沫陶瓷可以作为防护工程中抗爆抗冲击构件的首选材料之一。     

淀粉/PP基发泡缓冲包装材料动态冲击性能研究

目的 研究不同初始应变率和湿度条件下,淀粉/PP基发泡缓冲包装材料的动态冲击性能,并构建基于湿度及应变率的动态本构模型。方法 应用冲击试验机对淀粉/PP基发泡缓冲包装材料进行不同初始应变率及相对湿度下的动态冲击实验,得到其应力–应变曲线,并构建动态本构模型。结果 动态冲击下,材料的应变率效应较为明显,该材料的应力和能量吸收随着初始应变率的增加而增加。在相对湿度为50%的条件下,当应变为0.6时,随着初始应变率由30 s⁻¹分别增加至34.6、38.6 s⁻¹,材料的应力分别增加了36.1%和50.4%,能量吸收分别增加了25.8%、36.4%。该材料对环境湿度较为敏感,该材料动态冲击力学性能随着相对湿度的增加显著降低,在初始应变率为38.6 s⁻¹条件下,当应变为0.6时,随着相对湿度由50%增加到70%、90%,该材料的应力分别下降了9.7%和11.3%。另外,构建了基于初始应变率和湿度的淀粉/PP基发泡材料的动态冲击本构模型。结论 初始应变率与湿度对材料的缓冲性能有一定的影响。基于初始应变率和相对湿度的动态冲击本构模型,通过实验进行了验证,实验数据和本构模型一致性较好,该本构模型可用于预测该材料的动态冲击应力–应变曲线。     

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.     

TRIP钢的动态拉伸变形行为研究

在气动式间接杆杆型冲击拉伸试验机上对二种TRIP钢的拉伸性能随应变率的变化进行了研究,对强度随应变率的变化以及断口形貌和孔洞与变形的关系进行了分析.研究结果表明:TRIP钢在所研究的应变率范围对应变率是敏感的,屈服强度和抗拉强度随应变率增加明显提高.SEM分析发现,TRIP钢断口体现为典型的延性断裂特征,而且残余奥氏体的变形诱发相变对孔洞形成位置的影响使得其具有较好的延性.     

SPRC340S金属在不同应变率下的本构模型评估

目的 为了确保高速变形下有限元分析的可靠性,选用合适的本构模型去描述材料在不同应变率下的力学特性。方法 针对SPRC340S钢在不同应变率下的硬化行为,评估了6个常用应变率强化模型的准确性,评估的应变率强化模型包括Johnson-Cook模型、Modified Khan-Huang模型、Modified Johnson-Cook模型、Lim-Huh模型和Zerilli-Armstrong模型。通过较大应变率范围内的试验数据对所研究的模型参数进行标定,采用标定后的模型预测了不同应变率下的硬化曲线。结果 发现误差最大的模型为ZA(FCC)模型,预测误差达到1.1682;预测精度最高的模型为Lim-Huh模型,误差只有0.0024。结论 结合模型的结构特征与结果对比讨论,发现Lim-Huh模型最适用于表征SPRC340S金属材料的应变率硬化特性。     

《有侧限矩形钢管爆炸荷载作用下大变形分析》

使用抗爆吸能器材能有效提高国防工程抗力,钢管在爆炸荷载作用下的大变形过程对这类器材研究具有重要意义。文章根据钢管受冲击屈曲变形模态,分析了应变强化和应变率效应对变形过程的影响,在此基础上建立了模态解控制方程。实验表明,应变率效应是钢管动力大变形行为的首要影响因素,模态解结果与实验现象一致。     

一种考虑应变率效应的结构非线性时程分析方法

提出了一种在非线性时程分析中考虑材料应变率效应的近似方法：首先,对结构进行不考虑应变率效应的非线性时程分析;然后,根据第一次分析的结果可以得到关键位置在与结构最大顶点位移对应的前1/4循环内的平均应变率,根据这些点的平均应变率对进入非线性构件材料的本构关系进行修正;最后,对结构进行第二次分析。文中给出了该方法的力学解释,并通过数值模拟对该方法进行了验证。结论：本文提出的方法具有较高的精度,可以作为一种在非线性时程分析中考虑应变率效应的有效方法。     

应变速率对TWIP钢Fe-23Mn-2Al-O.2C力学性能的影响

开展了固溶处理后TWIP钢Fe-23Mn-2Al-0.2C的拉伸实验,研究了应变速率对其拉伸变形行为的影响.结果表明,当应变速率在2.97×10-4-1.49×10-1s-1范围内变化时,钢的屈服强度没有明显变化,随着应变速率增大,抗拉强度稍有降低,延伸率明显减小.当应变速率较低时,其加工硬化速率随着真应变呈现三个阶段...     

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…     

SiC颗粒增强6061Al基复合材料的动态拉伸性能Ⅰ应变硬化

利用拉伸split Hopkinson bar实验装置研究了SiCp/6061Al复合材料及其基体合金的动态拉伸性能及应变硬化行为。结果表明，与静态加载类似，在动态加载条件下，SiCp/6061Al复合材料的强度高于基体合金的强度，其断裂延伸率低于基体合金的断裂延伸率，在低应变动态拉伸时，复合材料的应变硬化指数高于Al合金材料的应变硬化指数，随着应变的增加，复合材料的应变硬化指数迅速下降，以至低于基体合金的应变硬化指数。     

应变率突增对混凝土动态拉伸破坏影响的细观模拟

实际工程中混凝土结构往往遭遇多次动态荷载作用或在承受一定初始损伤荷载基础上再承受不同应变率的动态荷载.建立了哑铃型混凝土三维细观数值模型,模拟不同名义应变率单独作用下混凝土材料的单轴动态拉伸破坏行为,又分别对混凝土单轴拉伸应力应变曲线上升段和软化段的应变率突增行为开展了细观模拟,初步分析了应变率突增行为对动态拉伸破坏强...     

Influence of stress triaxiality and strain rate on the failure behavior of a dual-phase DP780 steel

To better understand the in-service mechanical behavior of advanced high-strength steels, the influence of stress triaxiality and strain rate on the failure behavior of a dual-phase (DP) 780 steel sheet was investigated. Three flat, notched mini-tensile geometries with varying notch severities and initial stress triaxialities of 0.36, 0.45, and 0.74 were considered in the experiments. Miniature specimens were adopted to facilitate high strain rate testing in addition to quasi-static experiments. Tensile tests were conducted at strain rates of 0.001, 0.01, 0.1, 1, 10, and 100 s⁻¹ for all three notched geometries and compared to mini-tensile uniaxial samples. Additional tests at a strain rate of 1500 s⁻¹ were performed using a tensile split Hopkinson bar apparatus. The results showed that the stress–strain response of the DP780 steel exhibited mainly positive strain rate sensitivity for all geometries, with mild negative strain rate sensitivity up to 0.1 s⁻¹ for the uniaxial specimens. The strain at failure was observed to decrease with strain rate at low strain rates of 0.001–0.1 s⁻¹; however, it increased by 26% for an increase in strain rate from 0.1 to 1500 s⁻¹ for the uniaxial condition. Initial triaxiality was found to have a significant negative impact on true failure strain with a decrease of 32% at the highest triaxiality compared to the uniaxial condition at a strain rate of 0.001 s⁻¹. High resolution scanning electron microscopy images of the failure surfaces revealed a dimpled surface while optical micrographs revealed shearing through the thickness indicating failure occurred via ductile-shear. Finite element simulations of the tests were used to predict the effective plastic strain versus triaxiality history within the deforming specimens. These predictions were combined with the measured conditions at the onset of failure in order to construct limit strain versus triaxiality failure criteria.     

SiC颗粒增强6061Al基复合材料的动态拉伸性能Ⅱ应变速率效应

用拉伸split Hopkinson bar实验装置进行了SiCp/6061Al得合材料及基体合金的动态拉伸实验，研究了材料的应变速率敏感性。结果表明，SiCp/6061Al复合材料及其基体合金均具有明显的应变速率效应，且复合材料的应变速率敏感性高于基体合金的应变速率敏感性，根据位错机制对此进行了解释。