2219铝合金动态力学性能及其本构关系

针对2219铝合金在高温、高应变率加工条件下的变形特征以及流动应力变化规律,利用分离式Hopkinson压杆设备对该合金进行了室温以及高温动态压缩力学性能研究,并利用电子万能试验机对其进行准静态压缩力学性能测试,得到了2219铝合金在不同应变率和温度下的真实应力-应变曲线。结果表明:2219铝合金对温度有较高的敏感性,其流动应力随着温度的升高而降低;当应变率在1000~3000s-1范围内时,材料的流动应力变化并不明显;基于Johnson-Cook模型拟合出的模型参数,能较好地预测实验中材料的流动应力。     

一种RDX基PBX炸药力学性能和本构关系研究

利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对一种RDX基PBX炸药进行了高应变率加载试验,得到了其在不同应变率(300~1 200 s-1)范围内的力学性能,并用扫描电子显微镜(SEM)对回收样品进行了微观分析。结果表明:材料的力学性能和损伤均具有明显的应变率效应。采用含损伤的ZWT非线性黏弹性本构模型,对试验数据进行了拟合,拟合曲线和试验曲线吻合良好。     

不同饱水度红砂岩静态本构关系及动态力学性能研究

基于电液伺服压力试验机和φ100 mm SHPB试验平台,分别对四种饱水度红砂岩试样进行静态压缩试验和六种应变率的动态冲击试验;借鉴宏观唯象损伤力学概念及Lemairte损伤模型,依据不同饱水度红砂岩静态压缩试验结果,拟合得到分段式水软化-应变损伤本构关系,最后利用所得本构关系,对静态压缩试验结果进行合理分析;SHPB冲击试验结果表明:(1)各饱水度红砂岩均呈现出明显的应变率效应,峰值应力、峰值应变及峰值模量均随着应变率的增大而增大;(2)在水-岩-力的响应体系中,既存在水对岩石的软化作用,同时又存在应变率、孔隙水以及岩石结构之间的动力耦合强化作用,这两种作用始终存在,但随着应变率的变化,两种作用的效能发挥有所浮动,进而影响红砂岩所呈现出的性能。     

TC4钛合金动态力学性能及本构模型研究

为研究TC4钛合金的动态力学性能及本构模型,利用电子万能试验机、高速液压伺服试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置,对其进行常温下准静态、中应变率和高应变率动态力学性能试验,得到不同应变率下的应力应变曲线,拟合得到Johnson-Cook本构模型,并分析材料中应变率力学特性对本构模型参量的影响。结果表明:TC4钛合金在应变率10~(-4)~10~3s~(-1)范围内具有明显的应变率强化效应和一定的应变硬化效应,且应变率强化效应随应变的增大而减小,应变硬化效应随应变率的增大而减小;考虑材料中应变率力学特性可提高本构模型参量的准确性;通过数值方法和试验方法研究TC4钛合金平板撞击和高速拉伸过程的动态响应,两者结果具有很好的一致性,证明所得本构模型的准确性。     

一种改进BMI中高温和动态力学性能试验研究及本构方程的建立

对自制炳丙基双酚A改性双马树脂（BMI/O，O′-DPA）中高温和受冲击时的拉抻和压缩力学性能进行了实验研究，结果表明，材料在中高温时存在50℃和95℃两个转化温度，该材料具有较好的中高温力学性能和承压能力，抗压缩冲击韧性、其拉伸和压缩力学性能相差较大。给出了材料计及应变压缩本构方程。     

一种改性BMI中高温和动态力学性能试验研究及本构方程的建立

对自制烯丙基双酚 A改性双马树脂 (BMI/ O,O′- DPA)中高温和受冲击时的拉伸和压缩力学性能进行了实验研究 ,结果表明 ,材料在中高温时存在 50℃和 95℃两个转化温度 ,该材料具有较好的中高温力学性能和承压能力、抗压缩冲击韧性 ,其拉伸和压缩力学性能相差较大。给出了材料计及应变压缩本构方程     

高强38CrSi钢力学性能测试及本构关系研究

使用万能材料试验机、霍普金森拉杆(SHTB)和Taylor杆撞击试验研究了淬火加中温回火处理的高强38CrSi钢在常温～700℃的准静态、动态力学性能。基于试验数据,对Johnson-Cook(J-C)本构模型中的温度软化项做了轻微修改。结合Taylor杆撞击试验反算,得到了修改的J-C本构相关参数和Cockroft-Latham(C-L)断裂准则的模型参数。通过对高速下Taylor杆撞击试验中弹体变形和断裂的数值仿真与试验结果的比较,验证了模型及参数对预测高强38CrSi钢动态大变形和断裂的有效性。     

真空橡胶的动静态力学性能及本构关系的研究

针对真空橡胶的特性展开了MTS实验和SHPB实验,通过实验获得了材料的基本力学参数和应力-应变曲线,并对材料的变形行为、应变率相关效应和破坏特性作了必要的分析,在此基础上给出了材料的本构关系。结果表明,真空橡胶材料在准静态加载下,应力3MPa时,应变率效应不明显;在冲击载荷作用下,随着加载应变率的提高,应变率效应比较明显。     

多功能布的动静态力学性能及本构关系的研究

针对多功能布的物理特性展开了MTS实验和SHPB实验,获得了材料的基本力学参数和应力-应变曲线,并对材料的变形行为、应变率相关效应和破坏特性作了分析,在此基础上给出了材料的动静态本构关系。结果表明,多功能布材料在准静态加载下和冲击载荷作用下,随着应变率的提高,应力-应变曲线斜率增加,应变率效应比较明显。     

弹塑性本构关系的一种新提法

本文基于应力空间和应变空间的概念,提出了一种能够概括目前广泛应用的Reuss和Hill本构方程的新的弹塑性本构方程。在新的本构方程中,塑性应变增量和应力之间的关系是与塑性常数矩阵相联系的,根据对塑性常数矩阵本征值的讨论,可以将一般的各向异性塑性体划分成全异性和半异性塑性体。最后本文还给出了适合于一般塑性体的广义等效应力和广义等效应变的定义。     

ECC材料力学性能与本构关系研究进展

混凝土在国内外应用广泛,但普通混凝土材料存在抗拉强度低、韧性差和脆性特征明显等缺点。自20世纪90年代采用性能驱动设计方法(PDDA)成功配制工程水泥基复合材料(ECC)后,仅在几年时间里,ECC材料受到了研究者的广泛关注。相比普通混凝土,采用PDDA得到的ECC的外掺纤维与基体界面有良好的粘结作用,这使得ECC材料具有应变硬化和多缝开展等重要特征。由于ECC优异的力学性能,使用其替代混凝土便成为解决混凝土脆性、裂缝开展等相关问题的一种有效的新途径。 然而, ECC的制备极不容易,由于基体胶凝材料产地不同或者纤维种类不同,某一地区配制成功的配合比大多无法适用于其他地区。因此,根据当地情况进行ECC材料的配合比设计仍然是各国学者青睐的课题。一方面,欲使用ECC代替混凝土用于建筑结构等,就必定要深入研究ECC材料层面的基本力学性能。建立ECC的本构模型对ECC构件甚至结构层面的研究都十分重要,但相关研究较少。另一方面,由于ECC材料良好的裂缝控制能力,国内外学者也致力于使用ECC材料进行结构加固修复的研究。 各国学者先后成功配制极限拉应变大于3%的ECC,这为进一步广泛开展ECC的研究和应用创造了很好的条件,用于配制ECC的纤维种类也更加丰富。在ECC拉伸、压缩、弯曲和剪切等大量的材料试验研究基础上,近几年,一些科研团队开始尝试用ECC部分甚至完全代替混凝土来浇筑梁、柱等构件,然后进行ECC构件层次的力学性能和耐久性等研究;另有部分研究人员也致力于建立ECC的本构模型,开展数值模拟分析。此外,由于ECC优异的力学性能,也有学者提出可以采用3D打印技术来建造无筋ECC建筑。 本文从ECC材料层面的单轴单调拉压力学性能、单轴循环拉压滞回性能、多轴力学性能及破坏准则、ECC与普通钢筋和纤维增强塑料(FRP)筋两种筋材的粘结性能方面进行综述,相应介绍了几种本构模型并简要对其进行评价,以期为用ECC代替混凝土进行建筑结构设计、选取本构模型进行数值模拟分析、编制规范和技术规程等提供参考。最后,对今后进一步开展ECC力学性能研究、建立本构模型提出展望。     

TC4钛合金力学性能测试及其本构关系研究

为合理描述TC4钛合金材料的应力流动行为,分别利用万能材料试验机、霍普金森压杆设备,进行常温和高温准静态拉伸试验、动态压缩试验。通过试验得到了材料在不同应变率、温度下的工程应力-应变曲线,发现TC4钛合金材料应变硬化效应较弱,但应变率敏感性和温度软化效应较强。其次,基于试验结果,修正Johnson-Cook (J-C)本构模型和断裂准则获得MJC模型,并结合数值模拟标定J-C与MJC模型参数。最后,为校验模型和参数的有效性,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立卵形头弹体撞击靶体的模型,分别将J-C和MJC模型及参数嵌入到有限元程序中,进行数值仿真计算,对比撞击试验与数值模拟计算结果。研究表明,MJC模型预测的弹体弹道极限与靶体失效模式更接近于试验。     

尼龙的压缩力学性能及本构模型研究

尼龙材料在用作齿轮、辊轴、航空器件等情况下需承受动态荷载,因此研究尼龙材料在静、动态荷载下的力学性能是有必要的。利用MTS810材料实验机和SHPB实验装置,开展尼龙(PA)的准静态压缩实验和动态压缩实验,通过实验获得尼龙材料的应力应变曲线。结果表明:尼龙材料在压缩时,随着应变率的增大屈服应力逐渐增大。与静态压缩相比,动态压缩软化效应减弱,而被随后而至的强化效应所取代,表明高应变率下应变软化和应变硬化存在竞争趋势。采用Cowper-Symonds过应力模型结合实验数据获得尼龙的材料参数并拟合理论曲线,其结果与实验结果的最大误差分别为2%,1%,7%,吻合较好。     

蜂窝纸板一维动态本构关系及应用

为了在蜂窝纸板一维压缩应力-应变曲线基础上建立其一维本构关系,首先得到蜂窝纸板在应变率0.0017/s~114.3/s范围内的试验压缩行为。试验结果表明蜂窝纸板呈现较强的率相关性,这是由于蜂窝结构的横向惯性作用引起的。基于最低应变率0.0017/s压缩载荷下的应力-应变数据,提出了形状函数,用于精确拟合蜂窝纸板应力-应变曲线所表现的线弹性、应力软化、屈服平台和压实等四个典型特征。然后在形状函数的基础上,考虑应变率的影响,得到蜂窝纸板一维动态本构关系。最后研究了易损件-产品主体-蜂窝纸板缓冲系统在跌落冲击载荷下的冲击响应,得到缓冲系统的最大加速度-静应力曲线,所得出的结论可以直接用于具有易损件物品的缓冲设计。     

Fe-36Ni高温高应变率动态力学性能及其本构关系

为研究Fe-36Ni因瓦合金的动态力学性能及其本构关系,在20～800℃和10-3～104 s-1的应变率内,采用电子万能试验机和高温分离式霍普金森压杆分别对Fe-36Ni因瓦合金进行准静态实验和动态压缩实验,得到其高温、高应变率下的应力-应变曲线.结果表明,Fe-36Ni因瓦合金的流动应力表现出较强的应变率和温度敏感性,随着应变率的增大而增大,随着温度的升高而减小.采用改进应变率项和温度项的Johnson-Cook本构方程拟合了Fe-36Ni因瓦合金在高温、高应变率下的动态塑性本构关系,拟合结果与试验数据吻合很好.     

用本构关系及有限元法研究高温管道剩余寿命

以辐射加热炉ＰＧ２０３２高温合金离心铸管为例，用试验得到的高温蠕变与损伤演变的本构关系，通过有限元分析计算模型给出了在工况条件下高温管道临界损伤随服役时间的变化规律，这一结论可以与在设高温管的无损检测结果相比较，在此基础上能够为准确地推断出在役高温管道的剩余寿命。     

一种三维纺织复合材料的本构关系及其性能分析

本文对一种三维增强纤维复合材料的结构与性能进行了研究.通过对手工纺织的三向纤维增强复合材料的分析,建立了其细观力学模型,并在此基础上导出了反映其宏观力学性能的本构关系,同时采用具有相同纺织结构的试件进行试验,对本文的理论结果进行了验证.此外,通过对三维复合材料与层合板的力学性能进行对比试验,说明三维增强复合材料的综合性能,尤其是层间剪切性能得到了很大的改善和提高.     

ZL205A铝合金动态力学性能及其本构模型

目的 研究ZL205A铝合金在不同温度和不同应变速率下的流动应力行为,为材料数值模拟提供参数依据。方法 利用高低温电子万能材料实验机和霍普金森压杆设备,在不同变形温度(20~400 ℃)和应变速率(10⁻⁴~2 200 s⁻¹)下进行准静态拉伸实验、高温拉伸实验以及高应变率动态压缩实验。对实验所得真应力-应变曲线进行力学性能分析,考虑到霍普金森实验下的材料绝热温升,构建了ZL205A铝合金的Johnson-Cook本构模型,并将该模型与实验数据进行比对验证。结果 在室温低应变率(20 ℃、10⁻⁴~10⁻¹ s⁻¹)条件下,随应变率的增大,材料的流动应力变化不明显;当材料屈服后,随着应变的增大,材料流动应力增大的趋势变大,应变硬化作用占主导。在室温高应变率(20 ℃、500~2 200 s⁻¹)条件下,材料的屈服强度和流动应力与室温低应变率时的数据变化不大,考虑到高应变率下的实验时间短、变形大,材料变形产生的热量来不及散出,受温度升高的影响,材料在高应变率范围内的应变率强化效应不明显。在高温低应变率(100~400 ℃/0.001 s⁻¹)条件下,材料的屈服强度和流动应力随温度的升高而迅速降低,表现出较高的温度敏感性,当温度高于200 ℃时,材料产生拉应力回调现象。结论 根据材料真应力-应变曲线,获得了材料的Johnson-Cook本构参数,该模型能较准确地预测材料在不同状态下的流动应力行为。     

高孔隙度泡沫塑料的一种近似非线性本构关系

根据高孔隙度泡沫塑料杨氏模量满足平方律关系的理论和实验结果，并通过对泡沫塑料泊松比的合理近似，在假设基体材料服从幂律本构关系的基础上，研究了高孔隙度泡沫塑料的非线性本构行为，得到了用于非线性本构关系的应变势函数，给出了描述高孔隙度泡沫塑料非线性力学行为的一种有效，合理的本构关系的形式。此外，由此得到的泡沫塑料屈服应力与前人按照量纲分析方法得到的低密度闭孔泡沫塑料的结果相一致。     

复合材料蠕变本构关系及实验测定Ⅰ.本构关系

蠕变是复合材料最重要的力学性能之一,实验表明:复合材料在蠕变条件下的变形可以分为弹性变形、粘弹性变形和粘塑性变形.应用不可逆过程的热力学和广义变量的概念可以分析材料的蠕变变形.本文首先回顾了热力学的基本方程;基于Schapery本构关系的假设和思路推导了蠕变本构关系的一般形式,其中包括弹性变形、粘弹性变形和粘塑性变形;考虑到广义力选取的不唯一性,本文提出了广义力选取的原则以使得到的本构关系尽可能地简单;由此本文给出了复合材料的一维蠕变,各向同性复合材料的二维蠕变和纤维增强复合材料平面内的蠕变的本构关系.