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。     

应力波载荷作用下弹塑性断裂全过程的动态分析

本文利用Hopkinson单压杆实验装置 ,对材料的弹塑性动态断裂特性进行了研究 ,建立了应力波载荷作用下动态裂纹起裂、扩展、止裂全过程的动态分析方法 ,采用该方法可同时测得材料的动态断裂韧性、裂纹扩展速度和止裂韧性。 90 7A钢三点弯曲试样的实验结果表明 ,该钢的动态裂纹扩展是先加速后减速过程 ,在 1 4 9× 10 7MPam /s的加载速率下 ,最大裂纹扩展速度为 2 36 13m/s ,动态断裂韧性和止裂韧性分别为JⅠd=5 5 2 .4 2kJ/m2 ,JIa=4 14 .0 5kJ/m2 .     

冲击载荷作用下多孔材料符合结构防爆理论计算

多孔材料具有减震和吸收冲击能量的特点，但是单一的多孔材料强度较低，为降低爆炸冲击载荷对结构的破坏，在混凝土墙壁或者两层装甲钢板中间添加一层或者几层多孔吸能材料（多孔聚氨酯、泡沫铝、铁等）构成多层复合抗爆结构，实现防爆和衰减冲击波的功能。当炸药爆炸驱动飞片高速冲击多层复合结构时，多孔材料产生塑性变形被压实。由于多孔材料冲击波阻抗很低，能够大大地削减应力波的强度。在这个过程中，飞片的冲击能量被减小，和单层结构相比，防爆能力被提高。为研究多层复合结构的防爆机理，应用冲击载荷下的材料动态本构关系，对冲击波在“钢板一多孔材料一钢板”3层介质中的传播规律和各层介质中的冲击载荷进行甘算，并对应力波在多孔材料复合结构中的衰减变化过程进行一维理论分析。     

用Hopkinson杆技术研究材料动态断裂韧性的进展

综述应用Hopkinson杆技术进行材料动态断裂韧性研究的实验方法。介绍入射波整形技术和力传感器技术在动态断裂韧性实验中的应用。简要总结动态应力强度因子的计算方法和裂纹起裂时间的确定方法。展望动态断裂韧性研究的发展趋势。     

冲击载荷下锰铜计的动态屈服强度

埋入材料中的应力计在动态载荷下的响应是动态测试领域中一个重要的课题。箔式锰铜应力计在动态载荷下的屈服强度能够通过分析其标定曲线得到，这一分析方法利用了ReSenbergZ和Partom Y推导的锰铜电阻变化的基本关系式，适用于应力计在加载中处于塑性增强的阶段。本文通过平板撞击实验得到了箔式锰铜计在1．5～9．0GPa范围下的动态屈服强度，与国外数据比较，结果较为吻合。     

冲击载荷作用下岩石动态力学性能的数值分析

为研究不同冲击载荷和不同性质岩石的动态力学性能,通过与实验结果的对比分析,验证了数值仿真冲击载荷下应力波在岩石介质中传播特性的可行性,利用显式非线性动力分析有限元程序LS-DYNA,数值模拟了SHPB冲击岩石试件的过程,得到了不同冲击速度下人造岩石的应力-应变曲线,获得了相同冲击速度下几种不同性质岩石的应力-应变关系,结果表明,人造岩石的动态力学特性与应变率有很大关系,岩石的动态力学特性与岩性密切相关.     

垫片提高抗冲击能力的应力波衰减机理

引信零部件抗高过载冲击,目前大多文献和资料提到用弹塑性垫片材料进行缓冲、吸能,但是缓冲理论并不能解释垫片提高引信零部件耐高过载能力.为此,提出垫片提高引信零部件抗冲击能力的机理主要是应力波反射衰减,即机械滤波.根据应力波在不同界面的反射与透射理论,冲击应力波在通过结构件与垫片的分界面时,因大部分被反射而衰减,垫片提高被保护件抗冲击能力的主要原因不是弹性缓冲,而是机械滤波;垫片对于被保护件质心惯性加速度影响很小,却能显著衰减骑在质心加速度曲线上的应力波,降低二者的合力尖峰,并减少往复振动冲击的破坏.仿真表明:垫片滤波说比缓冲说更合理,并且,波阻抗越小的垫片,机械滤波效果越好;只要远小于有效缓冲厚度,垫片厚度对机械滤波贡献不大;使用不同材料的两层垫片优于同厚度的单一材质垫片,多层更好.     

爆炸载荷作用下混凝土内应力波速度的测量

根据一维弹性波理论,提出了一种应用行波杆对混凝土内应力波速度进行测量的方法,介绍了该方法的测量原理。设计了该方法中行波杆的长度、外径和材质等关键参数,并构建了在爆炸载荷驱动下的混凝土实验模型,配置了测试系统．实验结果表明,行波杆设计方法正确,各项参数符合测试需求,实验数据真实可靠．     

应用Voronoi随机模型研究多孔材料中波的传播特性

高孔隙率泡沫金属材料由于其较长的应力平台可以吸收较多的能量,在结构耐撞性设计中有重要的应用前景。然而,实验研究表明当高孔隙率泡沫金属材料承受强冲击载荷时,可能发生应力/力增强现象,从而对被保护结构造成较严重的损伤。采用二维Voronoi随机分布模型研究"真实"泡沫材料在不同持时的强冲击载荷作用下可能出现的力/应力增强现象。对5种不规则的泡沫金属材料计算结果表明:在强冲击载荷达到一定强度时,在泡沫金属材料中应力/力传递会出现应力/力的增强现象。     

爆炸载荷作用下混凝土内应力波速度的测量

根据一维弹性波理论,提出了一种应用行波杆对混凝土内应力波速度进行测量的方法,介绍了该方法的测量原理,设计了该方法中行波杆的长度、外径和材质等关键参数,并构建了在爆炸载荷驱动下的混凝土实验模型,配置了测试系统.实验结果表明,行波杆设计方法正确,各项参数符合测试需求,实验数据真实可靠.     

非均匀轴向冲击载荷作用圆柱壳的弹塑性动力屈曲

本文对非均匀轴向冲击载荷作用下圆柱壳的弹塑性动力屈曲问题进行了研究.基于Hamilton变分原理导出圆柱壳的非轴对称运动方程,本构关系采用增量理论,借助增量数值算法求解动力方程组.讨论了非均匀轴向冲击圆柱壳的变形模态和临界屈曲载荷,并且分别与均匀轴向冲击和静力偏载的情形进行了比较.     

加载速率对Al-Li合金断裂韧性的影响

铝锂合金具有低密度、高弹性模量等优点 ,但其韧性较差 ,研究了加载速率对 Al- L i- Cu- Mg- Zr合金断裂韧性的影响。通过准静态与动态三点弯曲实验分别测定了材料的断裂韧性 ,实验发现动态下的断裂韧性较之准静态有了提高 ,断口观察表明动态断口出现了大量长而深的分层 ,透射、扫描电镜进一步分析认为分层开裂形式是导致断裂韧性提高的主要原因。     

消除弹塑性断裂韧性试件几何约束相关性的一种新方法──建议一种新的材料弹塑性断裂韧性指标

基于韧性断裂的局部损伤理论，导出了弹塑性断裂韧性Ｊ＿（ＩＣ）与裂尖约束强度Ｔ的关系，提出了一种消除弹塑性断裂韧性试件几何相关性的新方法，进而建议了一种新的独立于试件几何形状的材料弹塑性断裂韧性参数Ｊ＿（ＳＣ），给出了有关的试验验证。结果表明，本方法能有效地消除弹塑性断裂韧性的约束相关性，新参数Ｊ＿（ＳＣ）能确切地表征材料的真实断裂韧性，Ｊ＿（ＳＣ）值愈大，材料的断裂韧性愈高。在断裂动性测量时，无需确定那种试件能满足结构的约束要求，任何几何形状的试件都可用来测试尺寸无关的断裂韧性值Ｊ＿（ｓｃｏ）为把从实验室小试件测得的断裂韧性用于准确预测大结构的断裂行为提供了一种新途径。     

8090AlLi合金动态断裂韧度的研究

用Hopkinson杆应力波加载装置研究了加载速率对8090AlLi合金断裂韧度的影响。结果表明,合金的断裂韧度随应力强度因子率的增加而增加。扫描电镜分析发现,准静态下的断裂为沿晶和准解理混合断口;随着应力强度因子的增加,断裂从准解理断裂过渡到准解理和显微空穴聚集的韧窝断裂的混合断口。高应力强度因子率下断裂韧度的提高与其变形机制和晶界无沉淀区(PFZ)的变化有关。     

几种兵器材料的动态断裂韧度试验研究

在电液伺服材料试验机和专门定做的加长摆杆的测力冲击试验机上,测试了几种典型的兵器用钢的动态断裂韧度,在此基础上研究制定出国内首次公布的部颁标准“金属材料平面应变动态断裂韧度ＫＩｄ 试验方法     

两种材料的动态断裂韧度 K_(Id) 的实验测定

给出了两种材料的动态断裂韧度ＫＩｄ随应力强度因子速率Ｋ变化的规律；并对其在不同回火温度下，不同含量的磷和硼对ＫＩｄ的影响进行了揭示。     

高强度炮钢的断裂韧度

近代火炮在服役期内有相当长的一段时间是在身管内膛存在裂纹的情况下使用的。裂纹的生成、扩展及断裂恰好为断裂韧度（ＫＩＣ）所描述。ＫＩＣ值对炮管材质及生产工艺的偏差也十分敏感，为检验产品质量的有效指标。所以，ＫＩＣ值已成为高强度炮钢机械性能中的一项重要指标。但ＫＩＣ值的量化和在工程设计中的应用是一个复杂的问题。概述了近代火炮的特点、炮钢ＫＩＣ值的意义并通过模拟试验与实弹射击试验将ＫＩＣ值进行标定，使之成为工程设计上控制火炮质量的定量指标。     

动载荷下弹塑性结构塑性位移的上界

本文讨论了理想弹塑性材料在动载荷下的塑性位移的限界问题，给出了塑性位移的上界估计式。同时又把结果推广到线性强化材料的情形。此外，本文还以一个简单弹簧－质量系统为例对结果进行了校核。