低密度聚氨酯泡沫压缩行为实验研究

 在室温下,对一种低密度硬质聚氨酯泡沫进行了准静态压缩及应变率在1×10³～5×10³ s^-1范围内的冲击压缩实验。结果表明,所测试的聚氨酯泡沫材料在准静态实验与动态实验之间存在明显的应变率效应,但在纯动态实验中应变率效应不明显。最后,给出了以屈服应力、密度、应变等为参量的动态压缩本构关系,且能较好地与材料的动态压缩曲线吻合。     

应变率和孔隙率对规则多孔钛压缩力学性能的影响

采用普通材料测试机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对孔隙规则排布的多孔钛试样进行准静态及动态单轴压缩实验,研究了应变率和孔隙率对多孔钛材料弹性模量、屈服强度和能量吸收能力的影响。结果表明:在不同应变率下,规则多孔钛应力-应变曲线在特定区域均可近似为双线性模型;孔隙率对弹性模量、屈服强度和能量吸收能力有直接影响,屈服强度和能量吸收能力均与应变率相关,并给出了同时考虑孔隙率和应变率对屈服强度影响的经验公式。     

混凝土材料动态压缩强度的应变率强化规律

混凝土材料的动态压缩强度具有明显的应变率效应,而且在低、高应变率下压缩强度的动态强化因子(Dynamic Increase Factor,DIF)与应变率的关系具有明显的区别。参考近30余年相关文献中大量的混凝土动态压缩实验数据,结合理论分析,探讨了在不同应变率阶段混凝土压缩强度DIF的变化规律,分析准静态压缩强度对压缩强度DIF的影响规律。最后对实验结果进行拟合,得到混凝土材料在不同应变率区间内压缩强度DIF的预测表达式。研究表明:混凝土材料的压缩强度DIF随着应变率的增加呈递增趋势,具有相似的线性关系;压缩强度DIF曲线按照斜率变化分为3个阶段,且在高应变率下斜率最大;不同准静态压缩强度的混凝土DIF随应变率变化的规律有少许区别,但它们之间没有明显的界限,DIF随应变率递增的趋势与准静态压缩强度没有明显的联系。     

橡胶材料的动态压缩性能及其应变率相关的本构模型

 利用Instron万能试验机与LC4超硬铝合金分离式Hopkinson压杆设备,对3种不同波阻抗的橡胶材料——炭黑母胶（Carbon Black Rubber）、硅橡胶（Silicone Rubber）和泡沫橡胶（Foam Rubber）在较大应变率范围（0.002~15 000s^-1）内进行了单轴压缩实验,研究应变率对橡胶材料力学性能的影响。实验结果表明：3种橡胶的准静态与动态应力-应变曲线具有不同的应变硬化形式,且动态加载下随着应变率的增大,硬化效应逐渐增强;在准静态及高应变率（12 000~15 000 s^-1）压缩下,泡沫橡胶表现出多孔类材料压缩曲线的弹性、塑性崩塌及致密化3段特征。基于Rivilin应变能模型,构建了一个应变率相关的动态本构模型,模拟结果与实验结果吻合较好,可以用于描述较大应变率范围内3种橡胶的非线性应力-应变关系。     

平面冲击波压缩下氧化铝陶瓷的动态强度

 简述了一维应变压缩条件下的材料动态强度表征，指出了静水压力和高应变率效应的强度影响。基于Drucker-Prager屈服准则，提出了Hugoniot弹性极限表征的修正形式。进行了氧化铝陶瓷平板撞击实验，采用VISAR测试了氧化铝陶瓷样品的自由面质点速度历程，讨论了氧化铝陶瓷动态压缩强度的测定和存在的问题，对实验现象进行了一定的探讨。结果表明，材料动态强度的表征与实验测定之间存在相当大的差距。     

压缩载荷下UHMWPE纤维复合材料层合板的力学性能与失效分析

为获得超高分子量聚乙烯(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)纤维复合材料层合板在静、动态压缩载荷下的力学性能与失效模式,采用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆对材料进行面外方向的压缩实验,获得了不同应变率下材料的应力-应变关系。通过扫描电子显微镜观察材料微观失效形貌,分析了材料的失效模式。结果表明,UHMWPE纤维复合材料层合板在应变率较低(6.7×10^-3～6.7×10^-2 s^-1)且相差较小时,无应变率效应;在高应变率(2.05×10³～5.27×10³ s^-1)下,材料具有明显的应变率效应。压缩强度随应变率的增加而增大,动态增强因子逐渐增大,具有明显的应变率强化效应。静态压缩载荷下,材料的主要破坏模式为纤维的拉伸、断裂;动态压缩载荷下,材料的主要破坏模式为纵向位错分层。     

复合应力下泡沫铝屈服行为实验研究

 采用ARCAN双轴加载装置和材料实验机（INSTRON 5544）,对相对密度为8.5%的闭孔泡沫铝（Alporas）进行了不同应变率下的双轴加载实验。在宏观等效应变率为7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内测得实验屈服面,并与泡沫金属的3种屈服准则进行了比较。比较结果表明：在主应力空间下,实验屈服面与Miller和Deshpande-Fleck屈服准则吻合较好,Gibson屈服准则过小估计了测试泡沫铝的实验屈服面;被测泡沫铝的实验屈服面在宏观等效应变率7.0×10^-3~1.0×10^-1 s^-1范围内对应变率不敏感。     

准等熵压缩实验中金属铝的热力学耗散分析

为获取高压下材料的纯热力学压力-比容参考线和完全物态方程,减去应力-应变曲线中的其它信息,对准等熵压缩实验中由加载应变率引起的黏性耗散和热传导引起的热耗散做了分析讨论。基于反积分计算和流体动力学积分计算相结合的方法,根据激光加载(约108 s-1)和磁驱动准等熵压缩(约105 s-1)的实验数据,对材料声速、应力-应变曲线、温度和熵增等物理量进行计算,分析了不同应变率与该物理量的关系;还对热传导和SCG本构模型进行了计算,分析了热传导引起的温度变化对材料屈服强度、剪切模量和拉格朗日声速的影响。结果表明:激光加载实验中,应变率引起的温升差异约为180K,熵增差异约为250J/(kg·K),热传导导致温度下降40K;磁驱动准等熵压缩应变率较低,引起的熵增变化小于8J/(kg·K)。     

一种超高温动态力学行为测试及原位图像获取方法

提出了一种新的超高温(1 600℃)动态力学性能测试及原位图像获取方法:在原有分离式Hopkinson压杆的基础上,利用加热源为Mo Si2的超高温炉实现超高温环境,采用两个活塞组成双同步系统,利用高速摄像机记录动态变形过程。为了验证所提方法的可行性,以TC4钛合金和Si C陶瓷为研究对象,进行超高温动态力学性能测试,其中:在TC4钛合金实验中,应变率为2 000 s-1,温度范围为20~1 400℃,测得其流动应力从1.6 GPa降到150 MPa;在Si C实验中,应变率为250 s-1,温度范围为20~1 200℃,测得其压缩强度从250 MPa降到220 MPa。根据高速摄像机记录的试样动态变形过程,分析试样的破坏模式,结果表明:在高温空气环境下,TC4钛合金试样表面有氧化层裂开现象,而在氩气环境下则没有;室温下,Si C试样初始裂纹产生时的应力为压缩强度的80%,而在1 200℃下为压缩强度的99%。     

冲击加载下42CrMo钢的动态力学性能及其本构关系

车轴作为高速列车走行部中的重要部件,不可避免地需承受冲击载荷作用。为研究车轴用42CrMo钢的冲击动态力学性能,对其进行了应变率0.001~4 163s-1范围内的压缩实验,结果显示42CrMo钢在高应变率下表现出明显的应变率效应,存在应变硬化以及一定的热软化效应。根据实验结果对Johnson-Cook模型中应变项和应变率项解耦,并引入绝热温升,得到改进的Johnson-Cook模型,改进Johnson-Cook模型能够较好地描述42CrMo钢的动态力学特性,为实际工程结构力学分析提供了参考。     

α-锆低压动态力学特性研究

 在3.3×10^-4～1.5×10³ s^-1应变率范围内获得了α-锆的应力-应变曲线，给出了Johnson-Cook本构拟合参数。利用含动态损伤与断裂的一维程序，较好复显了在峰值应力4.3～5.1 GPa范围测量的α-锆自由面速度剖面，验证了确定的α-锆低压动态力学参数的合理性。     

脉冲激光作用下铝靶的层裂

 本文报导波长为1.06 μm脉宽（FWHM）约4 ns的强脉冲激光辐照下，铝靶发生层裂的实验结果。当入射功率密度在2.0×10¹¹~5×10¹¹ W/cm²范围的激光束作用下，厚度为0.1 mm、0.2 mm的靶在超临界条件下发生层裂，层裂厚度分别在(17±6) μm及(35±5) μm范围。文中使用一种简化模型对阈值条件下不同厚度的靶发生层裂时的层裂片厚度作了近似估算，并与已有的实验结果较好地符合。     

高应变率下TC4及TC9钛合金的动态断裂

 报导了由短脉冲激光引起的应力波加载及电炮驱动Mylar膜平面飞片碰撞TC4、TC9钛合金靶的实验及数值计算研究结果。由回收靶样品的金相分析表明：在电炮驱动飞片碰撞及由激光引起的应力波加载所造成的应变率分别在10⁶ s^-1左右及10⁷ s^-1以上两种情形下，TC4、TC9钛合金的层裂特性都是以微孔洞的成核、增长、汇合为特征的韧性断裂。运用一维流体弹塑性动力学程序进行数值研究表明：成核增长NAG模型在一定程度上可以用来描述高应变率下TC4、TC9钛合金的损伤破坏特性。     

某PBX炸药的动态力学性能研究

 PBX炸药作为现代武器的主装药,它的力学行为决定着武器的生存能力。为了研究PBX炸药的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）作为加载手段,结合半导体应变片测试技术和压电晶体监测技术,保证了实验数据的有效性。利用SHPB加载波整形技术,实现了材料两端应力平衡和常应变率加载,得到了不同应变率（90~410 s^-1）下材料的应力-应变曲线。根据材料的模量、破坏强度和破坏应变随应变率的变化规律,采用粘性修正的Sargin模型,得到了该PBX炸药在单轴压缩下的唯象本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好。     

High strain rate deformation and fracture of the magnesium alloy Ma2-1 under shock wave loading

This paper presents the results of measurements of the dynamic elastic limit and spall strength under shock wave loading of specimens of the magnesium alloy Ma2-1 with a thickness ranging from 0.25 to 10 mm at normal and elevated (to 550°C) temperatures. From the results of measurements of the decay of the elastic precursor of a shock compression wave, it has been found that the plastic strain rate behind the front of the elastic precursor decreases from 2 × 10⁵ s^?1 at a distance of 0.25 mm to 10³ s^?1 at a distance of 10 mm. The plastic strain rate in a shock wave is one order of magnitude higher than that in the elastic precursor at the same value of the shear stress. The spall strength of the alloy decreases as the solidus temperature is approached.     

Deformation resistance and fracture of iron over a wide strain rate range

The results of measurements of the decay of an elastic precursor in iron at the distances from 0.13 to 10 mm and the spall strength of the samples with such thicknesses have been compared with similar data for the nanometer-scale samples. The decay has been described by a unique dependence whose differentiation gives the relationship between the initial plastic strain rate in the range from 10³ to 10⁹ s^?1 and the compression stress in the elastic shock wave from 1.5 to 27.5 GPa. The dynamic breaking strength (spall strength) varies in this range of shock-wave load time from 1.5 to 20 GPa.     

3D processing map and hot deformation behaviour of a new type Al–Zn–Mg alloy

ABSTRACT

The thermal compression behaviour of Al–Zn–Mg alloy was studied on a thermal simulator machine at the temperature range of 380–540°C and strain rate range of 0.01–10?s^?1. The constitutive equation and 3D processing map of the alloys were established. The microstructure characteristics of the alloy were studied by metallographic observation, electron back-scatter diffraction (EBSD) analysis and transmission electron microscopy (TEM) microstructure analysis. The results show that the peak stress of high-temperature deformation of alloy decreases with the increase of deformation temperature and increases with the increase of strain rate. The dynamic recovery of the alloy occurs at the temperature range of 380–460°C and the strain rate range of 0.01–0.1?s^?1. The dynamic recrystallization of the alloy occurs at the temperature range of 460–500°C and the strain rate range of 0.01–0.1?s^?1. The alloy maintains fine and uniform recrystallized grains at a temperature range of 460–480°C and a strain rate range of 0.01–0.1?s^?1, which is suitable for hot working.     

Structure and strength of Al-Si alloys obtained by the Stepanov method

Al-Si alloy samples with a silicon content from 8 to 15 wt % were obtained by the Stepanov method at solidification rates of 10² and 10³ µm s^?1. Tensile and bending strain diagrams were studied at a strain rate of about 10^?4 s^?1. The microstructure of the samples was investigated. It was found that the silicon content in the eutectic structure of the alloy grows as the solidification rate increases. The yield stress and the tensile strength increase as the silicon content grows.     

高压下声速温度系数的一种新算法

 从声速的定义出发,由热力学基本关系给出了声速温度系数（偏微商）的一种计算方法,以顽火辉石为例,计算结果显示,在40～140 GPa压力范围内,其纵波、剪切波和体波的温度系数随压力的增大而逐渐减小,分别由40 GPa时的-0.386、-0.251、-0.255 m/(s·K)降至80 GPa时的-0.298、-0.188、-0.204 m/(s·K),120 GPa时的-0.244、-0.148、-0.175 m/(s·K)和140 GPa时的-0.197、-0.131、-0.162 m/(s·K)。将这一规律内推至零压得到(dK/dT)₀=-0.027 9 GPa·K^-1,与静高压下的实验值吻合很好。