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。     

一维应力动态加载下战斗部装药力学响应预报模型

为获得战斗部装药在高过载侵彻下的动力学行为,对战斗部装药（黑索今(RDX)基高聚物粘结炸药(PBX)）在高应变率下的动态力学响应特性进行了研究。采用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB) 实验技术对RDX基PBX炸药动态力学性能展开研究、压电传感器监测试件两端应力状态、高速相机拍摄实验中的试件变形过程,确保实验试件变形在动态应力平衡和常应变率加载条件下进行,保证实验数据的有效性。结果表明,该RDX基PBX炸药具有明显的密度效应及应变率效应,当应变超越0.075时应变率效应显著增强。基于应变能函数,建立该RDX基PBX炸药在一维应力状态下修正的Rivilin本构模型,模型拟合结果与实验结果基本相符,仿真结果得到的应变时间信号及试件变形模式与实验结果基本吻合。     

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。     

高应变率下的芳纶纤维增强复合材料拉伸试验研究

利用爆炸膨胀环实验技术对芳纶纤维增强复合材料（KFRC）进行高应变率（104s-1）下的力学特性研究,用铜丝汽化引爆装药的方法对驱动环进行能量加载,采用激光位移干涉仪测试试样环自由膨胀时的质点速度,实现了KFRC在104s-1应变率下的一维拉伸破坏,获取该材料的速度-时间曲线和应力-应变关系,并与在准静态、中高应变率下试验得到的数据进行比较。结果表明,KFRC具有较为明显的应变率效应,其在高应变率下的拉伸强度比常规试验下的提高近30%。     

高应变率下金属柱壳动态变形及形成破片特性研究

针对高应变率下金属柱壳动态变形及断裂响应问题,以50SiMnVB钢和40CrMnSiB钢壳体材料为研究对象,应用超高速摄影技术以及Autodyn数值模拟软件研究了壳体在高应变率下的动态变形过程。获得了壳体外壁自由面径向位移以及速度变化规律,并对回收所得破片的尺度分布规律以及断裂特性进行了分析。结果表明:壳体内部裂纹贯穿整个壁厚发生在20~25μs之间;40CrMnSiB钢壳体达到的稳定速度比50SiMnVB钢壳体提高了8.1%;试验回收所得壳体环向方向断裂形成的破片宽度变化呈正态分布,且40CrMnSiB钢壳体形成的破片质量在0.1 g以上数目比50SiMnVB钢壳体增加了49%,破碎程度更加严重。     

冲击加载作用下铁和镍的高应变率变形

采用飞片碰撞试验，研究了纯铁和纯镍的动态变形机制及其特点。结果发现：位错的生成率是有限的，最大仅是４．７８×１０１８ｃｍ－２·Ｓ－１。对应的最大应变率是８．５×１０５ｓ－１，位错的最大速度是１８．９ｃｍｓ－１。在最大冲击波压力下，材料的最大剪切应力是剪切模量Ｇ的１／２６。剪应力、位错速度和位错的生成与冲击波压力的关系是符合常规变形机制的。在实验所用的压力范围，位错不会均匀生核和以超声速移动。     

金属材料在高应变率下的热粘塑性本构模型

提出了一种考虑应变强化、应变率强化、热软化效应及材料损伤的本构模型,通过在Johnson-Cook热粘塑性本构关系中增加一个随应变增大应力减速小的软化项,反映材料的损伤.该模型可以很好地预测材料的整个变形过程,同时提供了一个确定软化项系数的简单方法.     

装甲钢在高应变率下的热塑剪切失稳

本文通过正交切削试验方法,研究了某装甲钢在高应变率下的热塑剪切失稳现象,讨论了热塑剪切失稳的临界条件以及热塑剪切带宽度的变化规律,理论分析与试验结果是一致的。     

镁合金动态力学行为研究进展

概述国内外对多晶镁、单晶镁及镁合金在高应变率加载条件下的力学性能及其相应的塑性变形微观机制,说明动态加载条件下镁合金研究的重要性,阐明镁合金在动态力学特性研究领域的缺陷及微观变形机理研究领域的不足之处,指出在将来的研究中应该充分重视研究手段、研究方法以及在准静态研究领域值得借鉴的研究成果,同时展望研究方向的重点。     

底排药的高应变率动态响应实验和仿真

利用直径14.5 mm铝制霍普金森压杆(SHPB),对直径为10 mm的底排药柱试样进行应变率在103s-1量级的单轴压缩试验。实验结果表明底排药具有明显的应变率效应。利用朱王唐粘弹性本构关系,采用最小二乘法,依据实验数据拟合出朱王唐本构材料参数,并利用LS-DYNA软件的二次开发功能将拟合出的朱王唐粘弹性本构嵌入LS-DYNA软件中,进行SHPB的数值仿真模拟,与实验对比表明在应变小于0.03弹性范围内仿真模型能够很好地描述底排药高应变率力学特性。     

高应变率下延性金属中微孔洞贯通行为的数值分析

采用有限元分析方法,研究了延性金属材料动态拉伸断裂过程中微孔洞之间贯通行为,讨论了初始孔洞间韧带距离和加载应变速率的影响。通过实时跟踪测量微孔洞长大过程中的形状改变,定量判断微孔洞开始贯通时刻。计算结果显示微孔洞从独立长大向微孔洞贯通转变开始的临界韧带距离约为0.5倍微孔洞实时直径,其对初始微孔洞间韧带距离和加载应变速率不敏感。从物理机制上看,微孔洞间贯通行为是通过塑性应变场相互作用实现的,但孔洞间韧带区域的塑性应变场需要达到一个临界阈值才能驱动微孔洞开始贯通。在材料中微孔洞统计均匀分布的假定条件下,指出临界孔洞间韧带距离（ILD_c）判据和临界孔洞体积分数（f_c）判据在物理本质是一致的,可以相互转换。     

高应变率下6061铝合金力学性能及本构模型研究

为研究6061铝合金在高应变率下的力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行87组应变率为(2 000～3 400)s-1的动态压缩试验,得到应力-应变曲线。提取动态试验中试件的流动应力和塑性应变的最大值,揭示峰值应力-应变与应变率间的相关性,并根据6061铝合金的特性对Johnson-Cook本构模型进行修正。结果表明:在高应变率下,6061铝合金为应变率较敏感材料,应变率和峰值应力、应变率和峰值应变间的线性相关性较强,且修正后的JohnsonCook本构模型可以较准确地描述6061铝合金的力学性能。     

PMMA高应变率冲击压缩试样的断裂机理与力学模型

通过对大量PMMA的SHPB冲击压缩试样断裂形貌及临界断裂角的观察,建立了其断裂过程的力学模型:试样整体断裂形式与应力状态有关,不同的应力状态决定了初始做裂纹的不同的分叉过程,从而决定了不同的整体破坏形式。采用应变能密度因子理论对PMMA临界断裂角作了计算,并与实验结果比较,两者一致。     

高应变率下高温应变计灵敏度系数的校准方法

为校准高应变率下高温应变计在高温环境下的灵敏度系数,使用具有快速高温同步组装功能的高温、高应变率耦合的分离式Hopkinson杆装置对其灵敏度系数进行标定.将待校准的高温应变计粘贴在标准试样表面,并与试样处在相同温度与受力环境.对试样同步施加高温与高应变率加载,对比分离式Hopkinson杆上标准应变计信号与试样上高温...     

防弹玻璃动态力学响应规律及抗弹性能研究

采用霍普金森压杆对防弹玻璃进行动态压缩实验,分析其破坏机理和防护机理,并通过靶试试验研究PVB夹层防弹玻璃的抗弹性能。结果表明：玻璃的压缩强度随应变率的增加而增大,但压缩失效应变随应变率的增大而减小;胶层可以有效提高玻璃的动态失效应变,使玻璃的吸能能力大幅提高;玻璃的动态强度随试样厚度的增加而提高,动态失效应变随试样的横截面积的增加而升高;玻璃在冲击载荷下出现大量裂纹并粉碎破坏,需要消耗大量能量作为表面能,从而能够有效消耗子弹的能量;PVB夹层防弹玻璃具有较强的防弹性能,且当迎弹层较厚时弹坑深度较浅。     

某导弹无依托发射场坪动态响应研究

为得到某导弹无依托发射时场坪的动态响应,采用Hongnestad方程及改进后的Saenz单轴方程分别拟合混凝土在受压时的上升段及下降段应力-应变关系,构建了一条适用于沥青混凝土的受压应力-应变曲线;引入损伤因子并结合Sidiroff能量等价原理,建立了某导弹无依托发射场坪塑性损伤动态本构;基于含场坪的发射平台非线性结构动力学模型,分析了导弹在发射状态下场坪的动态响应。研究结果表明：在导弹垂直待发射阶段,后支腿处场坪比前支腿处场坪动态响应明显;在导弹垂直发射阶段,发射筒底部处场坪沉降较大,发射筒底部处场坪与后支腿处场坪交叉区域损伤严重。研究结果可为导弹无依托发射前场坪快速评估提供理论支撑。     

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。     

应变率相关的混凝土连续损伤本构模型

针对混凝土在爆炸和高速撞击、侵彻等典型动态加载下的响应问题,在开发动态本构模型方面做了相应研究,自行开发了适合描述混凝土大变形、高应变率、高压加载响应的计算本构模型--混凝土率相关连续损伤模型(RDCDMC),并将其引入三维动力有限元程序LS-DYNA.模型在考虑混凝土的损伤(包括拉、压损伤)、应变率效应及破坏模式的完备性方面有所进步.模型的可行性和有效性在相关的数值模拟工作中得到了检验.