贫铀合金动态力学性能的实验研究

使用分离式Hopkinson压杆装置（SHPB），对四种贫铀合金在高温（150℃），常温（25℃）和低温（-15℃）条件下动态拉伸、动态压缩的应力应变关系进行测试 ，确定了贫铀合金在高应变率下的动态力学性质。     

高温-高应变率下MB2合金的动态力学性能及变形机理

利用分离式Hopkinson杆实验加载装置,结合入射波整形技术,进行MB2合金不同初始温度、不同温度、不同应变率下冲击压缩实验。并利用获得的应力-应变数据,采用修正的Johnson-Cook本构模型,拟合MB2合金的本构关系。同时,利用金相分析方法,分别对回收试样的横截面和纵截面的晶粒的变形情况进行显微组织观察分析,解释MB2高温-高应变率下的变形机理主要是特定的滑移系上的晶粒经历了长大-滑移的变形机制。     

应变速率对8090铝锂合金动能吸收能力的影响

采用分离式Hopkinson压杆技术,对8090铝锂合金T3态板材试样进行冲击压缩实验。获得不同应变速率对应试样的应力-应变曲线。对应力-应变曲线进行面积积分,研究应变速率对试样动能吸收能力的影响。结果表明:应变速率对8090铝锂合金试样动能吸收能力的影响显著,利用Origin7.0中的线性拟合工具获得应变速率ε.与动能吸收能力Q呈现线性关系:Q=-27.8+0.032 51×ε.。     

基于矢量分解的三轴高g值加速度计灵敏度系数校准方法

为产生同步可计量的三轴加速度过载脉冲,实现对三轴高g值加速度计灵敏度系数的校准,对Hopkinson杆原理中的一维标准杆端面斜面设计,将三轴加速度计置于斜面上。基于理论分析、有限元分析软件Abaqus,数值仿真计算了加速度计灵敏度系数,并进行了试验验证。结果表明：采用一维标准杆的斜端面设计,容易实现三轴高g值加速度计灵敏度系数校准,三轴加载脉冲物理同步化以及轴间解耦;对三轴加速度计与标准杆过渡关系研究,通过优化设计,可以实现高g值加速计三轴不同幅值的灵活校准;不同斜面角度以及加速度计安装角度会引起矢量分解变化,对脉冲构型产生影响,最优的斜面角度是45°;通过对标准杆单轴加载,以及斜端面的矢量分解原理,可以实现对三轴高g值加速度计灵敏度系数的动态校准。     

应变速率对稀土镁合金动能吸收能力的影响

采用分离式Hopkinson压杆技术,对稀土镁合金T5态板材试样进行冲击压缩实验,获得不同应变速率下的应力应变曲线。对该曲线进行面积积分,研究应变速率对试样动能吸收能力的影响。结果表明,应变速率对稀土镁合金动能吸收能力影响显著,利用Origin7.0中的非线性拟合工具得到应变速率ε-与动能吸收能力Q呈现非线性关系,Q=-3.36+0.01328ε-+3.89×10-6ε-。     

初始取向对AZ31镁合金动态力学行为和组织的影响

为研究初始取向对镁合金在高应变率下的动态变形行为,利用分离式Hopkinson压杆系统对具有不同取向的挤压态AZ31镁合金进行室温动态压缩实验,并通过金相显微镜对冲击后的显微组织进行分析。结果表明:平行于挤压方向(ED)的试样,应力-应变曲线出现屈服转折现象,随应变率的升高保持不变,对应变速率不敏感,屈服强度为50 MPa;但其显微组织变化对应变速率非常敏感,随应变率的提高,显微组织中孪晶数量减少,变形机制以孪生为主转变为以滑移和孪生两种方式为主;垂直于ED的试样,应力-应变曲线无明显的屈服现象,随应变率的提高,屈服强度小幅增大,孪晶数量增加,变形机制以非基面滑移为主向以非基面滑移和压缩孪晶的共同作用为主。     

基于Hopkinson杆技术分析典型传爆药的动态力学性能

采用分离式Hopkinson压杆技术作为动态加载手段,对压装型JH-14C、JHB-1C传爆药及浇注型PBXN-110传爆药进行了冲击加载作用,利用高速摄影及扫描电子显微技术进行了传爆药的宏观破坏过程及状态观察,分析了试样的微观损伤模式,并得到了三种典型传爆药高应变率动态响应下的应力-应变关系曲线,表明,压装传爆药和浇注传爆药的动态力学性能存在明显不同。所得结果可作为过载载荷环境下侵彻战斗部设计中比较选择传爆装药的参考依据。     

30CrMnSiNi2A钢的动态屈服强度研究

采用分离式Hopkinson压杆技术,对经过不同热处理的低合金超高强度钢—30CrMnSiNi2A钢的动态力学行为进行研究。试样经过正火热处理、860℃淬火+600℃回火、860℃淬火+200℃回火热处理3种热处理制度后,经过动态力学实验得出:30CrMnSiNi2A钢在不同应变率下的屈服强度值随应变率增加而增大,呈现一定的应变率敏感性;在860℃淬火+200℃回火状态下,表现为一定的回火脆性;在860℃淬火+600℃回火状态时表现为优良的综合力学性能。     

高温处理后T2铜在高应变率下的动态力学性能

为分析高温处理后T2铜在高应变率下的动态力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对高温处理后的T2铜试样进行应变率为(2 000～4 000)s-1的动态压缩试验,得到各处理温度下的应力-应变曲线,分析其温度及应变率敏感性,研究晶粒尺寸对屈服应力及流变应力的影响。结果表明:随着处理温度的升高,T2铜的屈服应力、流变应力降低,表现出明显的高温软化效应;T2铜的峰值应力、应变与应变率间有较强的线性关系,具有一定的应变率敏感性;高温处理后,T2铜晶粒尺寸随处理温度的升高而增大,晶界数随晶粒的增大不断减少,导致屈服应力和流变应力降低,说明T2铜动态力学性能具有温度敏感性。     

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。     

改性双基推进剂的动态断裂实验研究

为研究改性双基推进剂的动态断裂特性,利用直裂缝平台巴西圆盘试件,运用分离式霍普金森压杆系统对推进剂材料进行冲击实验研究。基于一维应力波理论,通过压杆上应变片测定的信号确定试件所受冲击载荷随时间的变化。采用在试件上贴应变片的方法,用记录的最大信号值确定材料的起裂时刻。在验证实验数据有效性的前提下,获得了此种推进剂材料在不同速率下的起裂韧度。结果表明:动态条件下采用应变片测定推进剂材料起裂时刻的方法是可行和有效的;改性双基推进剂材料起裂韧性具有明显的加载率敏感性,起裂韧性随加载率呈线性增长关系。     

炮钢材料动态本构模型及其验证

在温度88~573 K和应变率0.001~2 000 s^-1的条件下,通过温度与应变率耦合的静态和动态分离式Hopkinson压杆实验,并以初步获得的炮钢材料动态本构模型基本参数为基础,通过进一步的优化及Taylor杆冲击实验,验证并最终确认了炮钢材料动态本构模型参数,模型预测与实验结果相对误差小于5%. 验证结果表明,建立的炮钢材料动态本构模型能真实地反映其动态响应。     

分离式霍普金森压杆加载下不同组织Ti-6321钛合金的动态响应行为

通过固溶处理获得不同组织的Ti-6321钛合金,研究组织对材料动态响应行为的影响。采用万能试验机和分离式霍普金森压杆实验装置,结合光学显微镜和扫描电子显微镜等表征方法,对加载后的钛合金试样微观组织演化进行观察分析。结果表明：等轴、双态和魏氏组织材料均具有明显的应变率强化效应,临界剪切断裂应变率为3 000 s^-1,双态组织具有较好的静态、动态强塑性匹配,魏氏组织较差,等轴组织具有较高的临界剪切应变和冲击吸收功,分别为0.252和307 MJ/m³;应变率3 000 s^-1下,等轴组织的应变率敏感因子随应变的增加逐渐增大,魏氏组织相反,双态组织基本不变;应变为5%时,等轴和双态组织的应变率敏感因子随应变率的增加而增大,魏氏组织基本不变;3种组织均发生绝热剪切失效,等轴组织绝热剪切敏感性较低,魏氏组织绝热剪切敏感性较高。     

DNAN 基高固含量熔铸炸药力学性能研究

为了解2,4-二硝基苯甲醚(DNAN)基高固含量熔铸炸药(20%DNAN/15%HMX/32.5%NTO/31%Al/1.5% 功能助剂,固含量78.5%)的动态力学性能,对其进行分析。使用万能材料试验机及分离式霍普金森杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)对DNAN 基熔铸炸药样品进行准静态与动态加载,获取炸药样品在准静态加载与动态加载条件 下的应力应变曲线;依据应力应变曲线,标定炸药的Maxwell 模型参数,并通过数值仿真对模型及标定参数进行验 证。验证结果表明：DNAN 基熔铸炸药失效应变低于1.6%,脆性大,随着加载应变率增大,材料失效应力随之增加, 机械响应应变率相关;Maxwell 模型标定参数准确,能较好地反映炸药在不同应变率加载下的力学性能。     

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。     

中高应变率条件下TC18钛合金动态力学行为的实验研究

应变和应变率是影响材料力学行为的两个重要因素,分离式霍普金森压杆（SHPB）技术是实现不同应变和应变率加载的有效途径之一。为研究室温下TC18钛合金的塑性变形和破坏行为,采用SHPB,通过调节子弹长度和速度实现对TC18钛合金圆柱试样不同应变和应变率的加载。实验得到了TC18钛合金在不同应变率下的真应力-真应变曲线和同一应变率不同应变下的真应力-真 应变曲线,并分别分析了应变硬化和应变率强化效应对TC18钛合金的动态力学性能的影响。实验结果表明：TC18钛合金压缩试样破坏时断口与加载方向（轴线）之间的夹角约为45°,其压缩破坏形式为典型的剪切破坏,与应变和应变率相关;应变率越高,TC18钛合金的流动应力和屈服强度越高,故该材料具有明显的应变率强化效应;绝热剪切带是裂纹形成和试样发生宏观剪切破坏的先兆。     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移。在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量Δa的关系中,令Δa=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）c从而确定裂纹的动态起裂点。与其它方法相比,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间,所以该方法可在较高或较低的温度下使用;在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中,考虑了材料的动态应力—应变行为,使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

大直径SHPB系统角闪岩的冲击动力试验

采用大直径分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,在波形整形技术试验的基础上,对不同厚度的圆柱形角闪岩试件在冲击压缩过程中的应力均匀性进行分析,确定了岩石试件的最佳尺寸;对角闪岩在高应变率下的动态力学性能进行试验;分析了其应力应变曲线的力学特性;并从岩石材料微观结构的角度对角闪岩动态抗压强度、破坏形态和能量耗散随应变率的变化规律进行了研究。结果表明,在较低应变率下,角闪岩试件的动态压缩破坏呈显著的轴向劈裂破坏模式;在较高应变率下,试件破坏呈现压碎破坏模式;角闪岩的比能量吸收值与应变率.ε呈线性关系,而动态抗压强度增长因子η(即动态抗压强度)与.ε1/3成线性关系。     

不同组织Ti6321钛合金在低温高应变速率下的变形和断裂行为

针对目前关于船用钛合金在低温和高应变率速率下的研究不足的问题,通过热处理获得3种组织的Ti6321钛合金,研究不同组织在温度-80~25 ℃、应变速率2 500 s^-1及3 500 s^-1左右的变形和断裂行为。采用低温分离式霍普金森压杆实验装置进行加载,通过光学显微镜和扫描电子显微镜等表征方法,对其微观组织演化进行观察分析。研究结果表明：随着温度的降低,Ti6321钛合金强度增加,塑性减小;在室温下,双态组织具有较好的强塑性匹配;随着温度的降低,等轴组织具有较高的强度和较好的低温塑性变形能力,表现出良好的低温动态压缩性能。断裂机制研究表明等轴组织和双态组织表现出典型的韧性断裂特征;魏氏组织断口出现高低不平的解理面,表现出明显的脆性断裂倾向。