基于键基近场动力学理论的单裂纹圆孔板冲击破坏研究

基于键基近场动力学理论,建立分离式霍普金森杆冲击单裂纹圆孔板动力学模型,其中霍普金森杆用一维PD模型、单裂纹圆孔板用二维PD模型描述,采用短程斥力模型描述碰撞过程,模拟冲击压缩条件下单裂纹圆孔板动态破坏行为。通过试样端面受力分析得到端面载荷的V形分布规律,解决了传统实验-数值研究法在端面加载上的局限性。研究不同入射速度下试件裂纹的扩展过程和破坏模式,准确捕获了裂纹起裂、止裂及二次起裂时间。根据键基近场动力学理论下材料动态应力强度因子计算方法,求得裂纹的起裂韧度,为材料动态断裂韧度计算提供了新的途径。     

聚碳酸酯冲击压缩的实验研究

介绍了用SHPB装置获得聚碳酸酯冲击压缩应力应变曲线的实验研究,并采用二波法获得了PC材料的应力应变曲线。结果表明:聚碳酸酯材料在动态压缩时,对应变率较敏感,与静态压缩相比,在变形机制方面存在明显的差异;在研究不同温度对冲击压缩应力应变关系时,发现该材料对温度是比较敏感的。     

猪下肢骨骼的冲击压缩试验研究

水下爆炸或者陆地触雷爆炸时,人下肢骨骼极易损伤,为研究冲击载荷作用下股骨、胫骨的动态力学性能以及它们不同部位动态力学性能的分布规律,利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)分别对股骨、胫骨的不同部位进行不同应变率下的动态压缩实验。分别得到股骨和胫骨不同部位在不同应变率下的压缩变形情况以及应力应变曲线,进一步得到它们在冲击压缩下的抗压强度。研究表明:股骨,胫骨都对应变率具有较大的依赖性;在冲击压缩条件下,股骨和胫骨动态力学性能都表现出两端较弱,中部较强的分布规律,该研究成果对以后提高人体的抗冲击能力,加强人体冲击伤的救治与防护具有一定参考价值。     

尼龙的压缩力学性能及本构模型研究

尼龙材料在用作齿轮、辊轴、航空器件等情况下需承受动态荷载,因此研究尼龙材料在静、动态荷载下的力学性能是有必要的。利用MTS810材料实验机和SHPB实验装置,开展尼龙(PA)的准静态压缩实验和动态压缩实验,通过实验获得尼龙材料的应力应变曲线。结果表明:尼龙材料在压缩时,随着应变率的增大屈服应力逐渐增大。与静态压缩相比,动态压缩软化效应减弱,而被随后而至的强化效应所取代,表明高应变率下应变软化和应变硬化存在竞争趋势。采用Cowper-Symonds过应力模型结合实验数据获得尼龙的材料参数并拟合理论曲线,其结果与实验结果的最大误差分别为2%,1%,7%,吻合较好。     

钢/尼龙夹层板动态压缩力学性能研究

为研究钢/尼龙夹层板的适用性,对夹层板的动态压缩力学性能进行仿真和试验研究。利用有限元软件LSDYNA对霍普金森压杆(SHPB)实验进行数值模拟,结果表明钢/尼龙夹层板是一种应变率敏感性材料。基于朱王唐(ZWT)非线性粘弹性模型拟合得到不同厚度比的钢/尼龙夹层板的动态压缩本构方程。经实验验证,本构方程具有较高精度,可以用于对该类夹层板动态压缩力学性能的预测,同时也证明该文的SHPB实验的数值模拟方法正确性。     

被动围压条件下岩石材料冲击压缩试验研究

为研究煤矿岩石材料被动围压条件下动态力学性能和变形破坏规律,利用Ø50mm变截面分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验装置,对45#钢质套筒环向约束状态下煤矿岩石试件进行了不同加载速率冲击压缩试验。试验结果表明：被动围压条件下SHPB试验中,岩石试件的材料延性和抗破坏能力均得到增强,试件轴向应力是采用同种加载条件无围压SHPB试验时的1.2倍,破坏应变比无围压SHPB试验提高2～3倍,且径向应力随轴向应变增大总体呈上升趋势,试件破坏为压剪破坏模式,与无围压SHPB试验有所不同。     

用圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘和实验-数值-解析法确定砂岩的动态起裂和扩展韧度

在I型(张开型)动态断裂实验中,利用大直径(?100 mm)分离式霍普金森压杆径向冲击圆孔内单边裂纹平台巴西圆盘试样。考虑了材料惯性效应和裂纹扩展速度对动态应力强度因子的影响,用实验-数值-解析法确定了高加载率和高裂纹扩展速度情况下,砂岩的动态起裂韧度和动态扩展韧度。由动态实验获取试样的动荷载历程,采用裂纹扩展计(Crack Propagation Gauge,CPG)测定试样断裂时刻和裂纹扩展速度,获得裂纹扩展速度对应的普适函数值。然后将动荷载历程带入到有限元软件中进行动态数值模拟,求出静止裂纹的动态应力强度因子历程,再用普适函数值对其进行近似修正。最后根据试样的起裂时刻和穿过CPG中点的时刻,由相应的动态应力强度因子历程分别确定砂岩的动态起裂和动态扩展韧度,它们分别随动态加载率和裂纹扩展速度的提高而增加。     

NiTi合金动态断裂过程的实验和数值方法研究

为获得Ni Ti合金的动态起裂韧度和动态扩展速度与动态加载率之间的定量变化规律。利用分离式霍普金森压杆(SHPB)测试系统对单边三点弯曲试样(SENB)进行冲击加载试验,采用实验-有限元相结合的方法,获得动态断裂参数随时间的变化规律。SENB试样裂纹起裂时刻和裂纹扩展速度由粘贴在裂纹尖端的裂纹扩展计(CPG)测定。采用上述方法和数据获得Ni Ti合金的I型动态起裂韧度和动态扩展速度。实验结果表明:裂纹扩展计测得的起裂时刻与粘贴在同一试样上的监裂应变片测得的结果基本相符,因此可以利用裂纹扩展计代替传统的监裂应变片来监测裂纹起裂时刻,并获得Ni Ti合金的起裂韧度。同时,可以利用裂纹扩展计(CPG)获得裂纹动态扩展过程,绘制出裂纹扩展速度与时间的关系曲线,从而探讨Ni Ti合金的动态断裂韧度和裂纹扩展速度与动态加载率之间的定量变化规律。     

基于HJC模型的煤岩冲击损伤特性研究

为研究煤岩的动态破坏特征和动力损伤特性,首先对煤岩试样进行了SHPB冲击压缩试验,分析了煤岩动态破坏的具体特征,然后在ANSYS/LS-DYNA平台上基于HJC材料模型进行了煤岩SHPB数值试验,对比试验实测值与数值模拟值,通过反演的方式确定了煤岩HJC材料模型的主要参数;最后基于HJC模型,通过数值模拟试验研究了煤岩...     

冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹动态断裂试验研究

以可调速落锤冲击试验机作为试验加载装置,采用数字散斑相关方法作为试验的观测手段,通过搭建高速数据采集系统,对岩石Ⅰ型裂纹在冲击载荷作用下的动态断裂进行试验研究。试验研究了冲击载荷作用下岩石Ⅰ型裂纹扩展过程位移场的演化特征;分析了岩石在冲击加载速度下裂纹扩展速度以及裂纹扩展距离随时间的变化规律;定量得到了岩石Ⅰ型裂纹动态断裂的裂纹张开角;同时开展了不同冲击加载速度下岩石Ⅰ型裂纹扩展速度的关系研究,研究结果表明,在试验所进行的中低速冲击加载情况下,裂纹扩展速度随着冲击速度的增加而增加,近似呈线性关系。     

软材料的霍普金森压杆测试新技术

提出了一种用于软材料动态压缩性能测试的霍普金森压杆改进方案.该方案采用了长杆直接撞击试件的加载方式并在透射杆中使用半导体应变片.通过对测试过程中试件内应力波传播的分析,提出了实现软材料动态性能测试时试件内应力尽快均匀的最佳加载方式以及实现此种加载的加载整形技术.该方案能解决由于杆-试件之间波阻抗失配导致的应变信号微弱而测试困难的问题,与高聚物霍普金森压杆相比则具有更高的可靠性.该方案能实现对软材料的大变形、近似恒应变率及大应变率范围动态压缩测试.最后给出了一个试验性装置的测试结果.