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。     

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。     

高温高应变率下纯锆的本构模型研究

 研究了常温至1 073 K、不同应变率下（4.1×10^－4 s^－1～2.8×10³ s^-1）锆的压缩力学性能。结果表明,锆的流动应力对温度和应变率的变化比较敏感,随应变率的提高而增大,随温度的升高而降低。基于位错动力学理论,建立了锆的本构模型,并考虑塑性变形过程中孪晶演化的影响,对模型进行了修正。修正后的本构模型预测结果与实验结果吻合较好,可描述很宽应变率和温度范围内锆的塑性变形行为。     

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。     

电子束辐照圆环靶产生动态应变的实验研究

 动态应变是电子束辐照靶结构产生结构响应中的一个重要力学参数。本文叙述了近年来我们在“闪光二号”装置上进行电子束辐照圆环靶产生动态应变的实验研究。靶材为LY-12铝,靶厚为2.5~3 mm,靶上能通量为50~60 J/cm²。实验结果表明,在圆环受照部分内表面中心处应变值可达1.6×10⁴ με,而在圆环两侧内表面处应变值为(0.45~0.65)×10⁴ με。     

冲击压缩下聚四氟乙烯电阻率及冲击绝热线的实验研究

 实验测量了国产聚四氟乙烯（SFB-1）在15~40 GPa冲击压力范围内的电阻率及冲击压缩线。主要的实验结果是：电阻率是冲击压力的单调递减函数，其数值在2.45×10⁵~1.73×10³ Ω•cm之间变化；冲击压缩线可用D=1.571+1.961u-0.0537u²表示（D，u分别为冲击波速度及粒子速度，单位均为km/s）。与其他作者发表的数据相比，发现不同制造厂家生产的聚四氟乙烯材料的电阻常数数值有一定的差别，但其以D-u关系表示的冲击压缩线没有出现可以察觉的变化。     

Ta-10W合金压缩力学性能实验研究

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对非退火状态Ta-10W合金进行了准静态和动态压缩实验,给出了材料的静态压缩屈服强度和应变率在700~3 100 s-1范围内的动态压缩应力-应变曲线,并获得了不同应变率下材料的动态屈服强度。通过对实验结果的分析可以发现,非退火状态Ta-10W合金具有较好的韧性,在所进行的实验中试件表面均未出现可见裂纹;试件材料具有较高的静、动态屈服强度,静态屈服强度达到930 MPa,动态屈服强度在1 GPa以上,在所进行的700~3 100 s-1应变率范围内,材料的动态屈服强度随应变率的增加略有提高。     

温度与应变率对钽流动应力的影响

 研究了温度在-100～400 ℃、应变率在10^-5～10³ s^-1范围内温度和应变率的变化对钽的流动应力的影响。结果表明,钽的流动应力对温度和应变率的变化相当敏感。同时还就两种本构模型对钽的温度效应与应变率效应的不同处理方法作了比较,指出Zerilli-Armstrong模型能更好地描述温度与应变率对钽流动应力的影响。     

Hf-基非晶合金的力学性能研究

 利用MTS810实验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）,对Hf_44.5Cu₂₇Ni_13.5Ti₅Al₁₀块体非晶合金进行了准静态和动态压缩实验,应变速率范围为10^-4~10³ s^-1,给出了不同应变速率下非晶合金的应力-应变曲线,并对其压缩断口形貌进行了扫描电镜观察。结果表明：在准静态压缩条件下,Hf_44.5Cu₂₇Ni_13.5Ti₅Al₁₀非晶合金不具有应变速率敏感性,在由放射区和扇形区组成的断口形貌上观察到纳米级韧窝和60 nm左右的周期性条纹结构;在动态压缩条件下,随着应变速率的增加,动态屈服强度明显减小,合金具有应变速率敏感性,同时断裂表面为夹杂着脉络条纹的絮状结构。进一步观察发现,动态压缩断口上存在3种特征断裂形貌：树枝状条纹、典型脉络花纹和合金熔体。     

对薄层柱壳爆炸膨胀断裂过程的研究

 本文提出了一个用于描述动态破坏发展过程的损伤度函数。从这个损伤度函数出发,把材料特征性方程取为强化粘塑性本构方程形式,导出了薄层柱壳爆炸膨胀运动在两种近似下（恒定膨胀速度近似合恒定应变速率近似）断裂判据的解析表达式。结果分析表明,在上述条件下,存在着一个动态断裂“塑性峰”,在这个峰值条件的应变率下,柱壳出现贯穿断裂时刻的应变最大。以软钢为算例,本断裂判据可以比较好地解释Иванов和陈大年等给出的实验结果。这时,动态断裂“塑性峰”对应的应变率为4×10⁴ s^-1,相应的应变约为60%~80%。     

石油醚在流体静高压下的超声声速、衰减、密度和绝热压缩系数

 专门设计了用脉冲-回波-重合法在不同静水压下测量液体声速的装置，并对石油醚在0.1~650 MPa流体静压力范围内测量了其超声声速和衰减系数。还通过测量体积压缩量和质量得到石油醚密度ρ随流体静压力的变化。最后，给出了石油醚的绝热压缩系数β与流体静压力的关系。     

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。     

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。     

Deformation behavior of Zr-based bulk metallic glass and composite in the supercooled liquid region

A Zr-based bulk metallic glass (BMG) with a composition of (Zr₇₅Cu₂₅)_78.5Ta₄Ni₁₀Al_7.5 and a bulk metallic glass matrix composite (BMGC) with a composition of (Zr₇₅Cu₂₅)_74.5Ta₈Ni₁₀Al_7.5 have been prepared by copper-mold casting. The compressive deformation behavior of the BMG and BMGC was investigated in the supercooled region at different temperatures and various strain rates ranging from 8×10⁻⁴ s⁻¹ to 8×10⁻² s⁻¹. It was found that both the strain rate and test temperature significantly affect the deformation behavior of the two alloys. The deformation follows Newtonian flow at low strain rates but non-Newtonian flow at high strain rates. The deformation mechanism for the two kinds of alloys was discussed in terms of the transition state theory. Supported by the National Natural Science Foundation of China (grant Nos. 50471060 and 50635020)     

三硝基甲苯起爆机理实验研究

 用单脉冲化学激波管实验方法,使用自由基清扫剂和对比速率,测定了邻位和对位硝基甲苯在高温下,裂解瞬间（500 μs） 的化学反应机理,并测定了化学反应速率常数。作为邻位硝基甲苯的同分异构体,对位硝基甲苯的主要裂解通道与其不同。通过实验发现了邻位硝基甲苯的裂解重要通道,测到它的产1氧-2氮-3,4-环丁二稀基异嚙唑（Anthranil） 在瞬间随温度变化生成和很快消失的过程。由此,测得这一化学性质极不稳定的产物的消失速率常数为：k(Anthranil)＝3.7×10¹⁵·exp(－25 800/T) s^-1。分析这一过程的机理,认为第一步是硝基甲苯的裂解,第二步是Anthranil的生成,第三步是Anthranil中的N－O键的断裂。     

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。     

聚四氟乙烯动态特性的实验研究

 在10~55 GPa的高压范围用化爆装置、采用阻抗匹配法测得了聚四氟乙烯（初始密度ρ₀=2.19 g/cm³）的冲击波速度D和波后粒子速度u之关系为：D=2.10+1.62u（mm/μs）。在0.2~3 GPa的低压范围用气炮装置、采用电磁速度计测量了材料内加、卸载过程的拉格朗日粒子速度波形，获得的冲击加载D-u关系为：D=1.24+3.72u-1.94u²（mm/μs）。实测卸载曲线和加载冲击绝热线接近一致，残余应变似乎不存在或者说很小；弹性区段很不明显，聚四氟乙烯本质上呈现出塑性性质。