分层介质动态力学性能的实验研究

采用Φ75mm分离式霍普金森压杆实验装置,对由普通混凝土与泡沫混凝土组合的分层介质的动态力学性能进行了研究。结果表明,应力波通过普通混凝土时的衰减仅为其原来峰值的5%¹0%,应力波通过泡沫混凝土时其峰值衰减为原来的1/5。由此说明在含泡沫混凝土与普通混凝土的分层介质中,泡沫混凝土提供削波与延缓应力波作用时间的作用,普通混凝土则为其提供较高强度。通过对分层介质应力衰减和动量变化的分析表明,分层介质在动态力学行为上表现为较大的塑性和应变率相关性,其应力衰减主要取决于泡沫混凝土材料。     

分层介质动态力学性能的实验研究

采用Φ75mm分离式霍普金森压杆实验装置,对由普通混凝土与泡沫混凝土组合的分层介质的动态力学性能进行了研究。结果表明,应力波通过普通混凝土时的衰减仅为其原来峰值的5%~10%,应力波通过泡沫混凝土时其峰值衰减为原来的1/5。由此说明在含泡沫混凝土与普通混凝土的分层介质中,泡沫混凝土提供削波与延缓应力波作用时间的作用,普通混凝土则为其提供较高强度。通过对分层介质应力衰减和动量变化的分析表明,分层介质在动态力学行为上表现为较大的塑性和应变率相关性,其应力衰减主要取决于泡沫混凝土材料。     

层理煤岩SHPB冲击破坏动态力学特性实验

为了研究层理对煤岩动态力学破坏特征的影响,利用75mm大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)动载实验装置,采用纺锤形子弹和超声波检测仪,开展层理原煤试样(垂直层理和水平层理取样)和均质性较好的砂岩试样冲击破坏动态力学特征对比实验。实验结果表明:(1)纺锤形子弹产生的近似半正弦波加载具有平缓应力波上升沿特征,更适合煤岩类脆性材料动载实验;(2)煤体层理使超声波垂直穿过时产生层理效应,导致波速严重衰减,试验中水平层理取样的原煤超声波波速约为垂直层理的2倍;(3)层理原煤和砂岩的动载破坏应力-应变曲线差异较大,层理特征是导致原煤具有较长塑性变形阶段和曲线波动性的重要因素;(4)砂岩的动态弹性模量比层理原煤试样大1个数量级,层理影响了煤岩冲击破坏动力学特性。     

基于改进型SHPB的混凝土动力冲击研究

混凝土作为一种重要的建筑材料,其抗冲击性能关乎核电站、大坝、机库等重要结构设施的安全稳定。在动力侵彻过程中,混凝土材料内部赋存大量随机分布的微孔隙、裂隙等被激活、扩展,诱使混凝土发生宏观破坏,研究混凝土材料破坏过程中的动态破碎机理及能量消耗可直观反映材料的防护性能。笔者提出了一种基于弹体侵彻理论的改进型分离式霍普金森压杆(SHPB)动载冲击试验方法,在入射杆端部设计安装锥度为120°的圆锥形冲头,对常规混凝土、RGC(橡胶混凝土)和SFRC(钢纤维混凝土)进行动力冲击研究。通过分析改进型SHPB系统上应力波透反射效应,获得含不同掺合料混凝土试块的宏观破坏形态、破碎产物粒径分布规律和能量耗散规律。试验结果表明：RGC试块和常规混凝土破坏模式相似,宏观破裂成几个大块度试块,而SRFC在钢纤维“桥连”作用下,呈“微裂而不散,裂而不断”的破坏模式;在相同子弹冲击速度下,试块块度粒径SRFC最大、RGC次之、常规混凝土最小,表现出抗破碎能力：SRFC>RGC>常规混凝土;随入射能量的增加,材料破碎能耗均呈线性增加,其中SFRC增长分别是RGC、常规混凝土的1.074、1.49倍。     

基于SHPB实验的煤层气井固井水泥冲击能量耗散特征研究

煤层气井射孔环节固井水泥冲击破坏是制约井筒完整性与层间封隔能力的关键,查明固井水泥冲击破坏中的能量耗散特征对优化气井固井水泥体系、改进射孔工艺参数具有实际意义.本研究利用分离式霍普金森压杆装置对煤层气井普通固井水泥、纤维固井水泥试样进行高速冲击加载,结合能量耗散理论对两类固井水泥材料在高速冲击中的能量时程演化、能量分配关系及能量吸收效率影响因素等进行研究,结合试样动态破坏形式特征探讨了冲击能量与材料破坏间的关系.结果表明:(1)相对普通固井水泥,纤维固井水泥吸收能达到平衡较晚,说明普通固井水泥脆断后能量需求减弱,纤维固井水泥由于韧性断裂不彻底后期能量需求依然较高;(2)普通固井水泥冲击破坏形式为脆性破碎,而纤维固井水泥则呈现出均匀断裂破坏特征,纤维增韧效果显著;(3)纤维固井水泥通过界面解离和纤维拉拔效应提升了冲击能量吸收效率,试样破坏程度相对较轻;(4)固井水泥材料冲击下的能量分配与材料结构和强度演化、外部加载条件的量化关系问题值得跟踪关注.     

SHPB冲击压缩实验中泡沫塑料应力均匀化过程的数值模拟

对SHPB实验中泡沫塑料的本构关系进行了分段线性化处理，基于一维弹性应力波理论用数值方法对变形过程进行了模拟。结果表明，实验初期试件处于严重的应力不均匀状态；并且由于试件与输入／输出杆的界面处存在波阻抗不匹配现象，实验中后期的应力均匀化程度也无法得到有效提高；若将子弹及输入／输出杆的材料更换为刚度较低的聚合物，可有效地减少波阻抗不匹配的程度，从而使实验中后期的应力均匀化水平得以大幅度提高，但实验所能够达到的最大应变值可能受到限制。     

层理煤岩SHPB冲击破坏动态力学特性实验EI北大核心CSCD

为了研究层理对煤岩动态力学破坏特征的影响,利用75mm大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)动载实验装置,采用纺锤形子弹和超声波检测仪,开展层理原煤试样(垂直层理和水平层理取样)和均质性较好的砂岩试样冲击破坏动态力学特征对比实验。实验结果表明:(1)纺锤形子弹产生的近似半正弦波加载具有平缓应力波上升沿特征,更适合煤岩类脆性材料动载实验;(2)煤体层理使超声波垂直穿过时产生层理效应,导致波速严重衰减,试验中水平层理取样的原煤超声波波速约为垂直层理的2倍;(3)层理原煤和砂岩的动载破坏应力-应变曲线差异较大,层理特征是导致原煤具有较长塑性变形阶段和曲线波动性的重要因素;(4)砂岩的动态弹性模量比层理原煤试样大1个数量级,层理影响了煤岩冲击破坏动力学特性。     

圆形孔洞结构岩体冲击响应识别实验模拟研究

孔洞是地质和岩石工程中常见的结构,为了模拟孔洞结构岩体在高速冲击荷载下的响应特征,设计和加工了孔洞结构的花岗岩体试样,采用改进的冲击动力学测试模拟系统,在不同冲击能下,在垂直和平行孔洞轴线方向对孔洞结构花岗岩体进行渐进式循环冲击模拟试验,对实验杆入/反射应力波进行测量。研究表明,峰值反射应力比与冲击能大小无关,但反射应变比能比随冲击能的增大而降低;在低冲击能下,孔洞结构对反射应力波的响应影响不大;随着冲击能的增大,其影响增大;岩体沿孔洞结构的轴线方向发生开裂破坏,与冲击位置无关;在试样开裂后,应变比能显著增高但峰值应力比的变化不大,说明应变比能比可作为岩体结构破坏指示的响应指标。模拟实验为孔洞类岩石结构的钻进识别以及防护设计提供了理论依据。     

冲击载荷下环氧树脂动态压缩力学响应实验研究

为了从细观角度研究碳/环氧复合材料的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆实验装置对其组分材料TDE86#环氧树脂体系进行动态冲击压缩实验,获得不同应变率加载条件下环氧树脂的应力一应变曲线,基于应力-应变曲线分析了应变率对环氧树脂动态压缩力学性能的影响.研究结果表明:环氧树脂具有明显的应变强化效应,随着应变率的增加,环氧树脂的强度基本没有变化,最大应力时的应变逐渐减小,动态模量和压缩刚度有很大程度的提高.     

非弹性拱冲击响应实验研究与理论分析

本文是近几年来太原工业大学非弹性拱结构冲击动力响应研究的一个总结，文章包括理论分析结果和一些令人感兴趣的实验现象，并对今后这一问题的进一步研究提出若干看法。     

基于SHPB技术的混凝土冲击弯拉惯性效应研究

混凝土材料的SHPB动态弯拉试验在试验技术方面还存在一定问题。按照应力平衡的假设,必须要知道三种应力波的具体值才能计算出应力和应变率。然而应力波沿试件纵向传播所需的时间比沿横向传播所需的时间短,当试件断裂时,透射杆上并不能测得应力波。根据Delvare等的研究,可采用无限长梁模型,得到弯矩的计算公式,从而计算出试件的强度和应变率。此外,在冲击弯拉试验中,试件受到惯性力的作用会对试验精度产生一定影响,因此有必要对试件所受惯性力进行讨论。试件在受到冲击的过程中只在部分长度内发生变形,定义该部分长度为有效长度,通过无限长梁模型的关系式推导得到有效长度的计算公式,并根据相关原理计算出试件受到的惯性力,计算出其真实强度。     

船用主汽轮机汽缸冲击响应的计算与实验研究

目前船用大型设备的抗冲击性能研究主要采用数值手段进行仿真,而相关实验研究较少,数值计算的精度能达到多少还不确定。为此以船用主汽轮机汽缸为研究对象,建立有限元模型,采用时域模拟法计算汽缸模型在冲击载荷作用下的响应;以计算结果为指导,在大型冲击振动台上进行扫频、冲击实验。将计算值与实验值对比验证,证明计算模型和方法的正确性,分析误差产生原因,评估结构的强度。研究表明：时域模拟法计算的结果比实验值有30%左右的误差;实验与数值计算相结合才能合理的对设备进行抗冲击分析。     

岩石材料SHPB实验试件尺寸确定的研究

目前岩石材料在进行分离式霍普金森压杆(SHPB)实验时,对于试件尺寸确定的描述较为模糊,因此从应力波在SHPB系统中的传播过程入手,通过应力均匀化物理过程的分析,求解出试件内应力状态,结合应力均匀的条件,解析出影响应力均匀化的参量:试件与杆间应力波的反射系数,并给出不同反射系数下达到应力均匀所需的最小传播次数。通过控制应力均匀化时间确定了试件极限长度的计算公式,并得出脆性岩石材料的合理长径比为0.8。根据以上结论,计算出7种岩石材料在SHPB实验下的尺寸,为相关研究提供参考。     

岩石材料SHPB实验试件尺寸确定的研究

目前岩石材料在进行分离式霍普金森压杆(SHPB)实验时,对于试件尺寸确定的描述较为模糊,因此从应力波在SHPB系统中的传播过程入手,通过应力均匀化物理过程的分析,求解出试件内应力状态,结合应力均匀的条件,解析出影响应力均匀化的参量:试件与杆间应力波的反射系数,并给出不同反射系数下达到应力均匀所需的最小传播次数。通过控制应力均匀化时间确定了试件极限长度的计算公式,并得出脆性岩石材料的合理长径比为0.8。根据以上结论,计算出7种岩石材料在SHPB实验下的尺寸,为相关研究提供参考。     

基于脆性材料的SHPB实验研究与展望

本文介绍了岩石、混凝土、陶瓷等脆性材料的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验研究进展。总结发现,脆性材料进行SHPB实验时主要存在应力波几何弥散、试件应力不均匀及非恒应变率加载、高强度脆性材料的二维效应和不完全平面接触等问题。结合SHPB实验原理和脆性材料自身特性,着重讨论了问题产生的原因及相应的改进技术,并就这一方面更深入的研究工作进行了展望。     

关键部件跌落冲击响应研究

采用龙格-库塔法对关键部件跌落冲击过程进行数值分析,在MATLAB的语言环境中求出关键部件跌落冲击的位移、速度、加速度的响应曲线,进而分析了系统各参数对关键部件最大加速度的各种影响,所得结论为缓冲包装系统的设计提供了一定的依据.     

不同介质中集团装药爆炸混凝土冲击响应的数值模拟

基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,选用Holmquist-Johnson-Cook损伤本构模型,对不同介质中集团装药爆炸下混凝土的动态响应进行了数值模拟,研究了装药在不同介质中爆炸对混凝土的冲击响应和爆炸波在混凝土内的传播与衰减规律。结果表明,介质对混凝土内应力场、压力场、损伤和速度场的分布与衰减有着十分明显的影响。     

不同介质中集团装药爆炸混凝土冲击响应的数值模拟

基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,选用Holmquist-Johnson-Cook损伤本构模型,对不同介质中集团装药爆炸下混凝土的动态响应进行了数值模拟,研究了装药在不同介质中爆炸对混凝土的冲击响应和爆炸波在混凝土内的传播与衰减规律。结果表明,介质对混凝土内应力场、压力场、损伤和速度场的分布与衰减有着十分明显的影响。     

冲击响应谱绝对校准研究中冲击响应谱的计算方法

介绍了应用于冲击响应谱绝对校准中的冲击响应谱的计算方法,该方法的实现基于MATLAB编程语言,即通过MATLAB中的仿真直接求解单自由度二阶微分方程的数值解以获得冲击响应谱的绝对复现.     

冲击缓冲用磁流变阻尼器的响应特性模型与实验研究

针对冲击缓冲用磁流变阻尼器对快速性的要求,对其响应特性进行理论建模与实验研究。根据磁流变线圈电磁电路,建立了磁感应强度响应特性理论模型,并用频率测定方法确定了响应时间常数。通过实验测试了不同电流条件下磁流变阻尼器的磁感应强度阶跃响应,结果表明不同幅值的激励电流对磁感应强度的响应并无明显影响,获得上升阶跃平均响应时间常数为4.9 ms,下降阶跃平均响应时间常数为2.8 ms。建立了剪切屈服应力的二阶响应模型,并利用冲击实验台测试了冲击载荷下磁流变阻尼器剪切屈服应力的阶跃响应,通过模型拟合获得响应时间常数为4.8 ms。实验结果表明剪切屈服应力二阶模型能较好地吻合实验响应曲线,说明该模型能够较准确地描述冲击条件下磁流变阻尼器的响应特性。