RDX基PBX的本构行为与应变历史、应变率效应（英文）

高聚物粘结炸药(PBX)作为一种典型的颗粒填充弹性材料,其力学性能与应变率、应变历史密切相关。利用材料试验机获得了浇注PBX在准静态应变率范围内(10~(-4)~10~(-2)/s)的循环加载、卸载应力-应变曲线。用DorfmannOgden模型分析了PBX的本构行为。结果表明,该PBX具有应变率效应,循环加载过程中存在应力软化和滞回现象,卸载过程中存在残余应变现象。材料损伤可用滞回环和残余应变的大小来表征,损伤程度主要受最大加载应变控制。在DorfmannOgden模型中,只有剪切模量(μ)受加载速率影响。10~(-4),10~(-3),10~(-2)/s下的μ值分别为43.94,56.92,71.93 MPa。该模型可以较好地描述材料的应力软化和残余应变行为。预测结果与试验数据吻合良好。     

碳/环氧复合材料的冲击拉伸

该文研究了T300碳纤维单向增强的环氧复合材料,在应变率从10~(-3)/s到10~3/s范围内的冲击拉伸行为.通过对实验数据进行拟合,得出该范围内材料对应变率具有弱的敏感性,表现在破坏强度及破坏应变随应变率增加不显著变化,平均模量几乎不受应变率的影响.分析了试件的几何尺寸效应,讨论了应力波作用对破坏形态的影响以及实验中观察到的拔出现象.从应变率在10~2～10~3/s附近材料行为某些非确定性,指出在更宽范围内了解其性能的必要性.     

Al粒径对Al-PTFE准静压反应和落锤撞击感度的影响

为探究Al粉粒径对铝-聚四氟乙烯(Al-PTFE)准静态压缩反应和落锤撞击感度的影响,采用模压烧结法制备了6类不同Al粒径的Al-PTFE反应材料试件,利用万能试验机和落锤仪对6类试件进行了对比实验并用高速摄影观察,得到了不同试件的应力应变曲线及撞击感度数据,分析了Al粒径对Al-PTFE准静态压缩力学性能和落锤撞击感度的影响。结果表明,准静压实验中,Al粒径小于10μm的Al-PTFE试件发生反应,Al粒径大于10μm的试件未发生反应,落锤撞击实验中,6类试件均发生反应,随Al粒径增大,试件强度和感度随之减小,试件韧性先增后减,在6~7μm最大。在较低应变率(10-2~102 s-1)范围内,随Al粒径增大,Al-PTFE反应材料发生活化由易变难。     

电铸Ni-W合金高应变率下的流变应力特征

利用Gleeble-1500型热模拟机和分离式Hopkinson压杆实验装置,对700℃下退火2 h的电铸Ni-W合金进行压缩试验,测定合金在准静态条件(10-3~10-1s-1)和高应变率(650~2 200 s-1)下的应力-应变曲线。结果表明,在高应变率条件下,电铸Ni-W合金具有应变率增强、增塑及应变强化效应。高应变率下的塑性变形过程中产生的绝热升温对材料起软化作用。基于Johnson-Cook(J-C)本构模型,引入绝热温升软化项对模型进行修正,通过实验数据拟合得到电铸Ni-W合金的动态塑性本构关系。     

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。     

氟聚物基活性材料动态压剪实验研究

针对典型聚四氟乙烯/铝(PTFE/Al)(质量分数73.5%/26.5%)氟聚物基活性材料,开展不同应变率、不同温度下的准静态、动态压缩实验;基于不同预设剪切带宽度的帽状试样,开展不同应变率下的动态压剪实验。准静态(应变率10^-3 s^-1)及不同应变率(3×10³～7×10³ s^-1)、不同温度(20℃,100℃,150℃,200℃)条件下的动态压缩实验表明,PTFE/Al活性材料是一种典型的弹塑性材料,具有显著应变硬化、应变率强化和热软化效应。不同宽度(500μm, 300μm, 100μm)预设剪切带帽状试样动态压剪实验表明,剪切带宽度不同导致的局部温升和热效应对材料动态压剪力学响应及材料参数影响显著。     

混凝土材料拉伸强度的应变率强化效应实验研究

混凝土材料的拉伸强度具有明显的应变率强化效应。采用同批制作的混凝土圆盘和圆杆试样,利用霍普金森杆加载,进行动态劈裂实验和一维杆应力波层裂实验。借助超高速摄像机、数字图像相关(DIC)等测试方法观察实验中试件破坏过程,以准确测量混凝土材料在不同应变率下的拉伸强度。在劈裂实验中注重加载方式,以保证试件满足求解弹性解析解的中心起裂条件;在层裂实验中精确确定层裂发生位置和时刻,获得了可靠的材料拉伸强度,并分析劈裂拉伸与层裂拉伸强度的应变率强化规律。研究结果表明：对于动态劈裂实验,DIC方法显示圆盘中心起裂与否的临界应变率约为10 s^-1;而对于层裂实验,采用DIC方法可以得到多次层裂对应的拉伸强度及相应的应变率（10~100 s^-1）;通过线性拟合拉伸强度应变率强化规律,层裂拉伸强度随应变率增长的斜率较劈裂实验结果偏高,混凝土的层裂拉伸强度动态增强因子可达5以上。所得研究结果对脆性材料动态拉伸强度及应变率强化效应的准确测量,具有一定的参考意义。     

喷射沉积超高强铝合金唯象本构方程材料常数应变补偿分析

基于热模拟试验,在获得变形温度为523~723 K(间隔50 K),应变速率为0.001、0.01、0.1、1 s-1喷射沉积超高强铝合金真应力-真应变数据的基础上,根据Arrhenius唯象本构方程计算出真应变为0.1、0.2和0.3时的材料常数(n、β、α、Q和ln A3)。结果表明,不同真实应变下的材料常数不同。根据真应变为0.1~0.6(间隔0.1)下的材料常数计算结果,采用回归分析的方法,进行材料常数应变补偿回归分析。材料常数n、β、α、Q和ln A3回归分析的可决系数为0.993 62、0.963 27、0.986 82、0.986 92和0.985 29,回归分析的拟合优度高,很好地反映出材料常数随真应变的变化规律。在此基础上建立了不同材料常数的应变补偿回归模型。     

10~(-2)s~(-1)压缩应变率下Al-Teflon的反应现象

采用不同的热处理工艺,得到了A类(烧结温度380℃,降温速率50℃·h~(-1))、B类(烧结温度350℃,降温速率70℃·h~(-1))两类Al-Teflon反应材料。通过准静态压缩实验对两类试件反应现象进行了测试。得到了应力应变曲线。进行了试件密度测量,SEM微观形貌分析及高速摄影观察。结果表明,B类试件发生剧烈放热反应,A类试件没有反应发生。B类试件的应变硬化模量是A类试件的5.3倍,其在应力应变平面的反应区间为:真实应变1.2~2.2,真实应力60~80 MPa。A、B两类试件结晶度分别为63%和43%。在A类试件中发现大量纳米级聚四氟乙烯纤丝,可能对材料裂纹拓展起阻碍作用。B类试件的反应现象与试件的强剪切作用及脆性开裂现象密切相关。     

海绵橡胶非线性静动态力学特性和本构关系

针对海绵橡胶的物理特性展开了准静态单轴压缩实验和分离式Hopkinson压杆动态压缩实验,得到海绵橡胶材料的应力-应变曲线,并对材料的应变率效应及材料的变形和破坏特性进行深入分析,在此基础上给出材料的动静态本构关系。结果表明：海绵橡胶材料在准静态加载下,应变大于0.3时,应力-应变曲线才开始偏离坐标轴,表现出非线性特征;在冲击载荷下,海绵橡胶的应变率效应并不明显。     

海绵橡胶非线性静动态力学特性和本构关系

针对海绵橡胶的物理特性展开了准静态单轴压缩实验和分离式Hopkinson压杆动态压缩实验,得到海绵橡胶材料的应力-应变曲线,并对材料的应变率效应及材料的变形和破坏特性进行深入分析,在此基础上给出材料的动静态本构关系。结果表明:海绵橡胶材料在准静态加载下,应变大于0.3时,应力-应变曲线才开始偏离坐标轴,表现出非线性特征;在冲击载荷下,海绵橡胶的应变率效应并不明显。     

PBX模拟材料动态力学响应及细观损伤模式

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料进行高应变率(1763~2650 s-1)动态压缩实验,采用铅整形器得到正弦入射脉冲。聚偏氟乙烯(PVDF)压力传感器监测试件两端的应力状态,高速相机拍摄试件的变形和破坏过程,激光位移计测量试件的轴向应变,采用电子显微镜观测细观结构形貌和损伤模式。结果表明,PBX模拟材料具有应变率相关性;结合界面脱粘和晶体断裂理论,认为晶粒与粘结剂的分离,晶粒脆性断裂是该PBX模拟材料的主要细观损伤模式。     

应变率对铁基多孔预制件增强铝基复合材料压缩变形行为的影响

采用挤压铸造法制备了铁基多孔预制件增强铝基复合材料,并对其进行T6处理,通过对该材料进行压缩性能测试,获得材料在不同应变率下的应力-应变曲线,对曲线和压缩后试样的形貌进行分析。结果表明:应变率为0.001~10 s-1,材料对应变率的变化不敏感,其峰值应力基本保持在600 MPa;应变率为1 000~2 700 s-1,材料对应变率的变化也不敏感,峰值应力基本保持在700 MPa;当应变率从10 s-1提高到1 000 s-1,材料的变形方式发生改变,峰值应力提高,试样压缩后的形貌由剪切断裂转变为仅发生塑性变形。应变率为1 000~2 700 s-1,材料的应力-应变曲线上存在很长的平台应力,且随应变率的增加平台变宽,说明该材料具有很好的能量吸收能力。     

HTPB在高应变率斜波加载下的动力学响应

利用磁驱动斜波压缩加载实验技术,开展了以甲苯二异氰酸酯(TDI)为固化剂的端羟基聚丁二烯(HTPB)样品在斜波加载下的动力学响应实验研究,实验峰值压力1.2 GPa。实验利用激光干涉测速技术获得了三种不同厚度的HTPB样品在斜波压缩加载下的速度响应曲线。对实验结果进行Lagrange数据分析处理,得到了HTPB样品的声速-粒子速度曲线和应力-比容关系。基于该应力-比容关系和实验获得的加载压力历史曲线,对斜波压缩实验进行了一维流体动力学模拟计算验证,模拟计算很好地再现了HTPB样品在斜波压缩加载下的动力学响应实验结果。研究结果显示,0~1.2 GPa压力范围内,HTPB样品的拉格朗日声速表现为线性行为,实验的应变率为2×10~5~1×10~6s~(-1),随着样品厚度增加,加载应变率随之增加,实验结果未见明显应变率效应,与文献冲击加载实验结论一致。     

推进剂高应变率力学行为与数值仿真方法研究

为了获得推进剂在不同应变率下的力学特性,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,对推进剂进行了10-3～103s-1应变率的单轴压缩试验。结果表明,推进剂存在明显的应变率效应。采用朱王唐(ZWT)本构描述推进剂的力学行为,通过最小二乘法得到本构方程的系数,然后把得到的数据应用在数值模拟中,通过数值仿真与实验对比,实验证明通过仿真能够较好的描述推进剂在小应变下的高应变率力学特性。     

RDX基PBX的本构行为与应变历史、应变率效应（英）

高聚物粘结炸药(PBX)作为一种典型的颗粒填充弹性材料,其力学性能与应变率、应变历史密切相关.利用材料试验机获得了浇注PBX在准静态应变率范围内(10-4～10-2/s)的循环加载、卸载应力-应变曲线.用Dorfmann & Ogden模型分析了PBX的本构行为.结果表明,该PBX具有应变率效应,循环加载过程中存在应力软化和滞回现象,卸载过程中存在残余应变现象.材料损伤可用滞回环和残余应变的大小来表征,损伤程度主要受最大加载应变控制.在Dorfmann&Ogden模型中,只有剪切模量(μ)受加载速率影响.10-4,10-3,10-2/s下的μ值分别为43.94,56.92,71.93 MPa.该模型可以较好地描述材料的应力软化和残余应变行为.预测结果与试验数据吻合良好.     

锆基非晶活性材料动态力学性能及本构关系

为了获得新型锆基非晶活性材料在动态加载条件下的力学性能及本构关系,采用压力渗透铸造法制备得到锆基非晶活性材料样品,借助分离式霍普金森压杆实验测量系统对其进行了不同应变率加载条件下的动态压缩实验,获得了应变率在300～1600 s-1范围内材料的应力-应变曲线,利用高速摄影观察记录了不同应变率条件下试件的破碎以及释能过程.结果表明:锆基非晶活性材料性能表现为脆性材料特征,应力-应变曲线不存在屈服阶段,且当应变率由947 s-1上升至1587 s-1时,材料抗压强度由2.71 GPa上升至2.78 GPa,增幅较小,约为2.6％,而断裂应变由0.032下降至0.028,下降12.5％;材料的破碎程度以及释能反应现象随应变率增加较为明显,当加载应变率较大时,材料破碎过程中存在应变软化现象;根据实验数据,拟合得到了锆基非晶活性材料断裂失效前的一维弹脆性损伤动态本构方程.     

两种炸药材料本构行为的应变率效应分析

对PBX和B炸药两种压装炸药进行了应变率为10-4～102s-1的压缩实验,得到了两种炸药材料在不同应变率下的应力-应变曲线;通过回收试样的SEM观测,对材料的破坏模式进行了细观考察;初步建立了材料在高应变率下的本构模型;对两种炸药力学行为的特征和应变率效应得到了较系统的认识.     

三种含能材料力学行为应变率效应的实验研究

利用分离式霍普金森杆和万能材料试验机对复合固体推进剂(CSP)、高聚物粘接炸药(PBX)和B炸药(Comp．B)三种材料进行了高应变率和准静态压缩实验,得到了常温常压下,不同应变率的材料应力一应变曲线,对这三种材料本构行为的应变率效应进行了研究。     

5CrMnMo钢超塑性变形后的电镜分析

利用SEM和TEM对5CrMnMo钢超塑性变形后的试样进行了观察与分析,结果表明:5CrMnMo钢在超塑性变形过程中,晶界附近位错运动很活跃。位错与第二相粒子相互作用形成位错缠结。在较高应变速率下拉伸,晶界附近有位错亚结构形成;在较低应变速率下拉伸,晶界上有明显的条纹区产生。采用10~(-4)～10~(-3).S~(-1)范围内的应变速率,在最佳超塑温度下拉伸,发现晶粒尺寸明显减小。同时也观察、分析了空洞的形成、连接之规律,空洞的形成、长大、连接导致材料的最终断裂。