基于霍普金森压杆的RDX基含铝炸药装药双脉冲加载实验

基于分离式霍普金森压杆实验装置,采用夹心弹结构对周向约束条件下某RDX基含铝炸药装药进行了双脉冲加载,获得了炸药装药的动态力学参数,结合电镜扫描(SEM)图像探讨了双脉冲加载时的微观损伤模式。结果表明,试样的轴向应力-应变曲线出现两次加载峰,第二次加载时的应变率较第一次低,但应力峰值较第一次大,在实验加载应变率范围内(1 000~1 500s~(-1)),两次峰值均随应变率增加而增大;第一次加载应变率较低时(1 000s~(-1)),装药损伤模式基本为晶体裂纹及晶体与黏结剂的脱粘;随着应变率的增加,晶体裂纹扩展成裂缝,并出现小范围的晶体破碎;应变率超过1 200s~(-1)后,在破碎的晶体附近出现大范围的细小晶体,同时伴有黏结剂断裂,此类无包覆的晶体相互作用,使感度提高。     

含AP炸药装药在剪切加载下的动态响应特性

采用小落锤加载装置和自行设计的剪切装置研究了含AP及不含AP的两种炸药装药在剪切加载下的动态响应特性,分别采用高速摄影和扫描电镜记录了装药动态响应过程和晶体的微观状态。结果表明,含AP炸药装药的临界点火阈值为1.0m,不含AP炸药装药的临界点火阈值为1.2m,表明AP的加入使整个炸药装药变得敏感;炸药药柱在加载作用下主要经历冲击、塑性流动、剪切、飞散、反应等阶段;剪切加载后的AP晶体损伤以剪切变形和穿晶断裂为主,而RDX晶体以塑性变形和破碎为主,差异主要与AP晶体的力学强度较低及没有明确的熔点性能有关。     

RDX基PBX炸药的力学行为和损伤模式

利用电子万能实验机和分离式霍普金森压杆对RDX基PBX炸药进行了实验,获取了不同应变率(10-3～103s-1)下的应力应变曲线,用扫描电子显微镜(SEM)分析了RDX基PBX炸药的微观损伤模式.结果表明,RDX基PBX炸药的力学性能具有明显的应变率效应,失效应力和失效应变均随着应变率的增加而增加.准静态压缩时,试样沿轴线方向开裂,以界面脱粘为主要的损伤模式;而冲击压缩时,试样依然保持原有的块状结构,界面脱粘和晶粒破碎两种损伤模式并存.     

基于数学模拟的碳纤维胶粘板剪切性能研究

采用真空辅助成型方法制备得到碳纤维增强复合材料(CFRP)胶粘板。研究了基于应力的3D-混合失效准则对CFRP胶粘板的损伤失效模型，并对应力、应变和剪切失效时的应力分布进行了数值模拟。结果表明：高温高湿老化胶粘板面内剪切达到峰值前的Mises应力分布与未老化试样的主要受力在中部区域，试样都在板材一侧发生断裂，裂纹近似呈V型。高温高湿老化不会对CFRP胶粘板的失效模式产生影响，未老化CFRP胶粘板试样的峰值荷载和剪切应力相对较大；而经过高温高湿老化处理后，CFRP胶粘板试样的承载能力和剪切应力有所降低，这与荷载-位移曲线结果和应力、应变云图结果吻合。     

基础理论

20012029高取向系统带轴向负荷的强度Sidorov 0.V.…;Fibre Chemistry,1999,31,(5),p .401一404(英)材料中塑性应变的发展和剪切应力破坏是对着有效拉伸或压缩负荷450的平面上。外观判断塑性应变,在试样表面搜盖细条系统(滑移带)。在晶体里,由于一些晶体的晶格单元平面移动会形成的塑性变形。晶体外部组态改变的性质仍是相同的。一个研究的假设是剪切时整个平面里原子同时移动产生一个模型用来估计切变应力量能量级。这种方式适用于碳纤维及聚丙烯睛纤维。内部结构的各向异性,导致塑料的各向异性,外观的缺陷带模拟为滑移带。虽然缺陷首先…     

G／Epoxy复合材料胶接强度研究

使用G／Epoxy作为底材研究了垫板、结构胶黏剂厚度和底材表面处理对拉伸剪切强度的影响。使用光学显微镜观察了断口形貌。结果表明加垫板能减小试验过程中由于加载偏心引起剥离应力,测试结果较大;结构胶黏剂的厚度和底材表面处理对拉伸剪切强度影响十分明显,随着厚度的增大而减小,经打磨表面裸露出纤维的试样拉伸剪切强度很低。结构胶黏剂厚度较小时以内聚破坏为主,随着厚度的增加破坏模式转变为粘接破坏。     

PBX炸药剪切流动点火性能的实验研究

为了研究PBX炸药在完全约束加载和剪切流动加载下的点火性能,采用一级轻气炮对完全约束、剪切流动(不同开孔直径)的实验样弹进行加载,采用高速摄影记录了PBX炸药装药在冲击加载过程中的反应情况,并通过压力传感器测得了加载过程中的应力曲线。使用LS-DYNA软件对完全约束加载和剪切流动加载进行四分之一模型仿真计算,用完全约束下应力参数进行模型参数校核,使用校核的模型参数对剪切流动实验进行计算,获得了炸药在不同条件下的流动速率等参数。结果表明,炸药在剪切流动加载过程中相比于完全约束的装药更容易发生反应;剪切流动加载过程中,PBX炸药是否发生反应,不仅与剪切流动速率有关,而且还与单位时间流量有关,3 mm开孔直径单位时间流量比2 mm开孔直径增加62%。     

混凝土破坏特征试验与PFC仿真技术研究

为研究PFC仿真技术在混凝土中的应用,设计了不同应变速率下混凝土的室内单轴压缩试验,对混凝土pfc模型进行了优化,分析了主要细观参数对优化模型力学特性的影响,结合室内试验验证了所用细观参数的合理性,最终分析了混凝土的破坏特征,分析发现:①混凝土模型试样的峰值应力随法向-切向刚度比增大而逐渐降低,峰值应变随法向-切向刚度比增加先增加后降低;混凝土模型试样的峰值应力、峰值应变随粘结法向强度增大而线性增加;随颗粒粘聚力增加,混凝土模型试样的峰值应力、峰值应变整体上均呈现先增大,后趋于平稳的变化趋势;②数值模型和混凝土试样单轴受压的破坏形式都为剪切破坏,骨料的分布是影响混凝土试样的破坏面形态的主要原因;③混凝土的强度主要取决于水泥砂浆的强度及其与骨料表面的黏结强度。     

不同加载方式下木塑复合材料蠕变性能的研究

主要对木塑复合材料在20℃条件下的蠕变性能进行了探索性研究。试验加载方式设为:20%～40%交变载荷作用下的梯形波加载方式;20%～40%交变载荷作用下的三角波加载方式;10%～70%应力水平下恒定载荷加载方式。结果表明,在试验开始初期,纯蠕变、疲劳-蠕变交互作用、纯疲劳三种不同的损伤失效形式对木塑复合材料弯曲变形增长率的影响不大。在试验进行到中后期,纯蠕变产生的应变增长率>疲劳-蠕变交互作用产生的应变增长率>纯疲劳产生的应变增长率;随着应力水平的增加,材料产生的应变增长率逐渐增加,在60%的应力水平处应变增长率达到了极大值。     

基于多种加载模式的含蜡原油触变特性研究

我国盛产含蜡原油,含蜡原油的流变特性是输油管道科学设计和安全管理的重要基础资料,低温胶凝含蜡原油具有触变特性,触变性是含蜡原油管道停输再启动数值计算和评价原油可泵性的重要基础资料。本文通过实验研究了恒定剪切速率加载、阶跃增加剪切速率加载、剪切速率加载条件下的滞回环、恒定剪切应力加载、阶跃增加剪切应力加载、剪切应力加载条件下的滞回环六种加载模式的含蜡胶凝原油触变特性,分析了其触变特征的微观机理。     

RDX基PBX炸药在不同应力率下的撞击安全性

利用大型落锤和一级轻气炮加载装置对RDX基PBX炸药进行撞击加载实验,获取了不同应力率(0.314~9.83GPa/ms)下的力学响应特性及反应情况,探讨了应力率对该RDX基PBX炸药撞击安全性机理的影响。结果表明,随着应力率的增加,RDX基PBX炸药的撞击安全性降低;PBX炸药颗粒的变形速率随着应力率的增加而增大,热量无法被蜡状添加物在短时间内吸收,使得RDX颗粒温度迅速上升,这是RDX基PBX炸药撞击安全性下降的主要原因。     

开孔与螺栓加载的三维五向编织复合材料剪切破坏模式

本文研究了开孔和螺栓加载对三维五向编织复合材料剪切性能的影响。制备了4种样品:无孔编织件、机械开孔无螺栓加载的编织件、机械开孔且分别螺栓加载5次和10次的试件。结果表明:机械开孔只是造成孔边纤维的切断,没有发现其它明显的损伤;螺栓加载不会明显影响材料的剪切性能。材料的破坏模式为:在试样纵向截面内,裂纹的扩展区域成扇形,在纵向截面中裂纹区域长度沿着厚度方向从表面到中部逐渐缩短。三点弯剪切测试后,没有产生明显的分层破坏。在试样表面裂纹主要沿着纤维束编织角方向,而在试样内部裂纹主要沿着厚度方向和纤维束取向方向。     

加卸载应力路径对砂岩能量演化机制的影响

为了明确应力路径对砂岩能量演化的影响,采用RMT岩石力学试验系统开展了砂岩三轴和不同卸围压速率试验,详细分析了不同应力路径下砂岩破坏过程中吸收总能量、弹性应变能和耗散能的演化规律.结果 表明,加载和卸围压应力路径下,砂岩屈服前吸收的总能量基本都以弹性应变能的形式存储,弹性应变能的增速与吸收总能量的增速保持一致,并逐渐增大.弹性应变能在单轴时经历较短的慢速增加阶段;三轴时随着围压的增大,慢速增加阶段越加显著,且在后期其增速很小;卸围压阶段弹性应变能基本保持不变.砂岩单轴耗散能出现较早表明内部损伤发展较早;三轴屈服阶段后期耗散能增速加快表明该阶段内部损伤发展加快;卸围压阶段耗散能线性增大表明内部损伤稳步发展.砂岩峰值处弹性应变能与吸收总能量的比值在单轴时最大,随着围压或初始围压的增大逐渐减小并趋于稳定;在相同围压下,卸围压应力路径下弹性应变能与总能量的比值小于三轴加载应力路径下的比值.在0.01 MPa/s卸围压速率下,弹性应变能与吸收总能量的比值受初始围压影响大,而1 MPa/s卸围压速率下,受初始围压影响小.砂岩弹性储能极限随着破坏时围压的增大按线性规律增大,加载应力路径相对卸围压应力路径能够提高砂岩的弹性储能极限.以上成果从能量演化角度分析了地下工程稳定性,具有一定的指导意义.     

南京地区粉土的不排水三轴压缩试验

通过全自动三轴仪进行了南京地区粉土的三轴不排水的试验,研究了围压和干密度对应力-应变曲线、孔隙水压力曲线和有效主应力比曲线的影响.试验表明:高围压状态下粉土试样呈现出弱应变软化型,而低围压状态下呈现出应变稳定型;低围压下试样在加载初期产生正孔隙水压力,随后产生负孔隙水压力,其后基本保持稳定;干密度越大,主应力差峰值越大,表现出较大的剪胀性,孔隙水压力易出现负孔隙水压力;干密度值较高时,土样处于密实状态,表现出剪胀特性,有效主应力比-应变曲线近于应变软化型;围压较低、干密度较大时,试样易表现出软化特征,试样出现剪切带破坏,强度明显下降.     

考虑软弱夹层的含孔洞大理岩力学特性模拟分析

天然岩体中常含有孔洞和软弱夹层等缺陷,为研究含1条软弱夹层与中心孔洞的大理岩在单轴压缩作用下的破坏模式和力学特性,采用数值模拟软件RFPA2D对试样破裂过程进行了模拟。结果表明:软弱夹层的存在改变了大理岩试样的破坏模式,当软弱夹层强度比较低,厚度比较大时,软弱夹层下部的大理岩基本不出现破坏;当软弱夹层强度不变时,大理岩试样的峰值应力随着软弱夹层厚度的增加而减小,峰值应力对应的应变随着软弱夹层厚度的增加而增加;当软弱夹层厚度不变时,大理岩试样的峰值应力随着软弱夹层强度的增加而增加,峰值应力对应的应变随着软弱夹层强度的增加而减小。研究结果对比揭示了不同厚度和强度软弱夹层含孔洞大理岩的破坏模式和力学特性,可为软弱夹层上部建设的岩体工程失稳破坏提供一定的参考。     

RDX基PBX炸药在被动围压下的力学性能

利用在分离式霍普金森压杆(SHPB)上进行的被动围压试验研究了RDX基PBX炸药的力学性能,获取了不同应变率(830~1 850s-1)下的应力—应变曲线,讨论了围压—轴压之间的关系,计算了该炸药的动态力学性能参量。结果表明,应力—应变曲线峰值点处的应力和应变均随应变率的增加而增加,围压状态下RDX基PBX炸药承受的压力远高于无围压状态;随着应变率的增加,动态屈服强度明显提高,而动态泊松比和动态杨氏模量则基本保持不变。     

HTPB推进剂疲劳特性试验研究

针对HTPB推进剂开展了不同加载应力和加载频率下的疲劳试验,并结合红外热成像系统实时监测疲劳试验中材料的表面温升,分析疲劳损伤对HTPB推进剂力学性能的影响。结果表明,随着循环次数的增加,HTPB推进剂应力—应变曲线滞回圈逐渐右移,表明峰值点和谷点的应变都在不断增加,疲劳峰值应变呈现三阶段的发展规律:初始变形阶段、稳定发展阶段和加速阶段;非弹性效应会造成不可逆的热力学现象,产生的能量绝大部分以黏性耗散的形式释放,是造成推进剂温度变化的主要原因;HTPB推进剂的初始弹性模量、屈服应力和最大抗拉强度随循环加载次数越多衰减越大,微观层面上主要是由于疲劳过程中颗粒与基体粘结界面出现"脱湿"现象,逐渐形成微孔洞和微裂纹,最终发展汇聚成宏观裂纹而失效。     

变形态AZ80镁合金冲击性能研究

笔者对AZ80镁合金试样分别在0.001S~(-1)、0.1S~(-1)、10S~(-1)、1320S~(-1)、2020S~(-1)、3100S~(-1)六个应变率下进行冲击试验,金相显微镜对其进行金相组织观察,主要观察不同加载条件下AZ80镁合金的晶粒形貌,包括晶粒变形、尺寸及剪切带等。采用origin软件对试验数据进行处理,作出相应的曲线,研究其变化规律,分析应变速率、应力、应变等条件对AZ80镁合金组织与性能的影响,分析塑性变形过程中组织演变的规律和力学性能之间的关系。     

基于数字图像相关法的熔融沉积聚乳酸材料动态力学性能测试

为研究熔融沉积聚乳酸（PLA）材料动态的力学性能,利用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对PLA材料进行了加载应变率分别为880、1 230、1 650、2 230 s^-1的动态压缩实验,通过高帧率图像采集设备获得了不同应变率下PLA材料的变形图像,结合数字图像相关（DIC）法分析得到PLA试样表面沿加载方向的应变场,并对应变率进行了分析。结果表明,熔融沉积PLA材料在动态载荷作用下的变形过程存在弹性阶段、塑性阶段和卸载阶段;随着应变率的增加,PLA材料在塑性阶段出现了显著的塑性流动区域;PLA材料的压缩强度和最大应变均随应变率增大而增大;利用DIC法测得在整个动态冲击实验过程中,应变在试样中分布基本均匀,应变范围随应变率增大而增大,应变率在整个加载过程中基本保持恒定;DIC法测得的应变与SHPB实验基本一致,应变率误差均小于3 %,表明本研究使用的DIC法能够应用于SHPB实验。     

基于霍布金森压杆的砂岩动态力学特性数值模拟研究

以砂岩为研究对象,采用ANSYS/LS-DYNA软件建立分离式霍布金森压杆数值模型,模拟砂岩在不同应变率及应力波加载次数下的冲击过程.研究结果表明:随着应力波的传递,砂岩表现为三种破坏模式:张应变破坏、沿径向劈裂拉伸破坏、压碎破坏阶段;随着应变率的增大,动态峰值应力和峰值应变也随之增大;应变率一定时,随着应力波加载次数的增加,岩样的入射能、反射能、耗散能都呈现减小的趋势,而总耗能却表现为逐渐增大.