爆炸与电磁加载下无氧铜环、柱壳的断裂模式转变

考虑断面收缩率、局域断裂应变以及平均断裂应变,并基于电磁膨胀环、爆炸膨胀环(柱壳)实验平台,研究了高纯无氧铜(TU1)环及柱壳在高应变率载荷下的膨胀断裂行为。采用高速摄影技术拍摄柱壳外壁的膨胀断裂形貌演化过程,用于确定柱壳平均断裂应变;利用激光干涉测速技术获得样品径向膨胀速度历史,用于确定加载应变率;利用样品的全回收测量及微观表征,确定了无氧铜环、柱壳的局域断裂应变及断裂模式。实验表明,随着应变率的增加,TU1材料的平均断裂应变增加,断面的收缩程度加剧,并在应变率约为1.0×104 s-1附近会出现明显的断裂模式转变,断面收缩率出现量级上的跳跃,从100变化至约103,局域断裂应变呈现明显的分区现象。     

对膨胀壳体材料失稳的一种简化处理

提出一种简化的塑性失稳处理并被作为高应变率拉伸下材料破坏的粗估判据。这种准则假设局部化失稳在如下条件下发生:应变及应变率硬化率恰被几何及热软化率平衡。指出了经验本构方程及本征本构方程对膨胀断裂应变的影响。通过算例也说明了热软化壳体在内压作用下的破裂过程。     

内爆炸加载条件下圆筒的膨胀、破裂规律研究

以经典热粘塑性本构关系 (John Cook本构关系和Powerlaw本构关系 )为基础 ,建立了更适当表征材料特征的新的、解耦的本构关系。采用SHPB(分离式霍普金森杆 )技术测定了常用弹箭材料 35CrMnSiA的不同应变率下的应力、应变关系 ,并采用拟合的方法确定了本构方程中的材料常数。与高速摄影技术测得的径向位移函数及圆筒材料的损伤演化方程相结合 ,建立了控制内爆炸加载圆筒膨胀 ,直至破裂的完备方程组 ,完成了内爆炸加载圆筒问题的数值模拟 ,计算结果与以往有关箭弹材料圆筒膨胀的实验结果符合较好。     

爆轰加载下金属柱壳膨胀破裂过程研究

采用前照明的高速分幅照相对不同壁厚的45钢柱壳在爆轰加载下的膨胀破裂过程进行了研究,实验成功拍摄到45钢柱壳前表面裂纹生成、扩展及产物泄漏的过程图像。研究表明:膨胀应变率在104s-1附近时,随着应变率的增加,45钢柱壳的各特征应变均有所增加,断裂模式由拉剪混合向单一剪切转变;45钢柱壳的膨胀破裂有一个过程,从柱壳的外壁面可以观察到裂纹生成至产物开始泄漏经历时间历程的长短与柱壳壁厚相关,柱壳壁越厚,从外壁出现裂纹到产物开始泄漏的时间间隔越长;由回收破片厚度测量推算出的膨胀断裂应变与动态实验过程中产物开始泄漏时的断裂应变基本一致。     

薄壁柱壳在内部爆炸载荷下膨胀断裂的研究

以柱形爆炸装置为研究对象 ,讨论了其薄壁壳体在爆炸载荷下的动态断裂准则。给出了典型的FAE模型及在数值计算时必要的简化条件。对回收的壳壁破片进行了SEM扫描电镜观测 ,分析了金属材料在高应变率下膨胀断裂的微观机制。采用解耦的、考虑应变强化的粘塑性本构方程 ,根据损伤破坏理论推导出以临界应变为依据的改进断裂准则 ,计算表明断裂参数理论解与数值模拟结果一致 ,并得到了实验方面的例证。     

JOB-9003的动态性能实验

对JOB-9003进行了SHPB压杆实验和逆向Taylor柱实验,研究其在冲击载荷下的动态特性,为进行JOB-9003的本构模型研究提供实验数据基础。通过对SHPB实验获得的应力应变曲线分析得出:在中低应变率范围,JOB-9003应变率对应力的影响成线性关系。通过对逆向Taylor柱实验获得的变形照片分析,发现破坏损伤对材料的力学性能影响显著,不可忽略。利用Taylor实验的结果对SHPB实验中获得的本构模型进行校核,发现该本构模型并不能准确描述处于高应变率下的材料压缩变形。     

实现金属环动态拉伸的电磁加载技术研究

描述了实现金属环动态拉伸的电磁膨胀环实验方法,改进了快速放电和短路开关两个实现自由膨胀的关键问题,为研究材料本构关系、动态断裂和破碎提供了一条简单而实用的加载途径。主回路电流由Rogowski线圈测量获得,金属环的膨胀速度由狭缝扫描相机测量得到,并由电动力学方程可计算出金属环中的流动应力、应变、应变率以及温升等动态力学参数。     

纯钽动态本构关系的实验研究

利用材料试验机和分离式霍布金森压杆实验装置测量了纯钽在较宽温度(-100～550℃)和应变率(10-5～103s-1)范围内的应力 应变曲线,该曲线表明钽的流动应力对温度和应变率都很敏感。利用所测得的应力 应变曲线拟合了钽在不同应变率和不同温度下的Johnson Cook与Zerilli Armstrong本构方程,Zeril li Armstrong本构方程与实验数据基本吻合,Johnson Cook本构方程与实验数据吻合得不太好。对Johnson Cook本构方程中的应变率强化项作了修正,修正后的Johnson Cook本构方程与实验数据吻合比修正前的好。     

冲击载荷作用下柱壳链中的弹性波传播简化模型及其解析解

柱壳链能引起波形的弥散,具备操控波形的潜力。建立了柱壳链结构的等效连续介质模型和细观有限元模型,研究了质量块冲击作用下柱壳链中的弹性应力波传播过程及其几何弥散特性。基于考虑横向惯性修正的Rayleigh-Love波动方程,建立了柱壳链在质量块冲击下的控制方程,采用Laplace变换及其逆变换获得了位移场、速度场和应变场的解析解,所得结果与细观有限元模拟结果较好吻合。结果表明,在冲击过程中应变和速度峰值均逐渐减小,应变峰值、振荡幅度和波形前沿宽度与泊松比和惯性半径相关,泊松比和惯性半径越大,应变峰值越小,应变分布振荡越剧烈,波形前沿宽度越宽。     

圆柱壳的塑性膨胀和变形

根据材料不可压缩假设,适当选取材料塑性本构关系,将圆柱壳塑性膨胀运动简化为以圆柱壳内 半径为因变量的常微分方程初值问题。对3种初始内外半径比纯铜厚壁圆柱壳膨胀过程的计算表明,应变率 硬化阻碍圆柱壳的塑性膨胀运动,应变硬化和温度效应的影响可以忽略,而与圆柱壳的厚度无关。     

Traveling waves in one-dimensional non-linear models of strain-limiting viscoelasticity

In this paper we investigate traveling wave solutions of a non-linear differential equation describing the behaviour of one-dimensional viscoelastic medium with implicit constitutive relations. We focus on a subclass of such models known as the strain-limiting models introduced by Rajagopal. To describe the response of viscoelastic solids we assume a non-linear relationship among the linearized strain, the strain rate and the Cauchy stress. We then concentrate on traveling wave solutions that correspond to the heteroclinic connections between the two constant states. We establish conditions for the existence of such solutions, and find those solutions, explicitly, implicitly or numerically, for various forms of the non-linear constitutive relation.     

A constitutive equation for the Mullins effect in stress controlled uniaxial extension experiments

A one-dimensional constitutive equation for the Mullins effect in rubberlike materials, which is motivated by the two phase microstructural material model proposed by Mullins and Tobin [I], is developed in [2]. The constitutive equation is used in [2] to predict the effect of stress softening on the small transverse vibration of a rubber string loaded in uniaxial extension. The two functions which comprise the constitutive equation were assumed to be monotone, but no further analysis of the actual nature of these functions was necessary.In this paper, we examine more closely how the results of a stress controlled uniaxial extension experiment can be used to gain insight into the specific nature of the microstructural strain and the strain amplification functions which comprise the constitutive equation. We examine experimental representations of the two functions which are independent of any special microstructural interpretations. Stress controlled uniaxial extension experiments with buna-n, neoprene, and silicone rubber cords are examined. We demonstrate how the experimental data can be applied to yield representations of the functions of interest to within a multiplicative constant; but no attempt is made to find specific analytical representations of these functions. For buna-n and neoprene samples, we observe behavior consistent with our monotone assumptions, while anomalous behavior is observed with silicone rubber.     

一种新形式的钢纤维混凝土冲击动态本构关系及材料参数的确定

采用?75 mm大口径SHPB系统进行了钢纤维体积率为0%、0.75%、1.5%三种混凝土材料动态性能实验,得出了不同钢纤维含量、不同应变率下的材料应力-应变关系曲线,实验结果表明:随着纤维含量及应变率的增加,钢纤维混凝土材料的峰值应变、峰值应力都随之提高,并在峰值应力之后出现应力的应变软化现象。以此实验结果为基础,提出了一种依赖于应变和应变率相关函数的新型非线性黏塑性动态本构关系,并通过对实验曲线的三步逐次最小二乘优选模拟,得到了相应的材料参数。结果表明,该本构关系对实验数据的模拟效果较好。     

耦合蠕变损伤的Chaboche粘塑性模型的研究

Chaboche粘塑性统一本构模型由于没有包含损伤变量,在应力恒定时只能得到不变的塑性应变速率,因此不能描述蠕变第三阶段的加速过程.该文按照Lemaitre有效应力的概念,采用Kachanov损伤演化方程,推导了耦合损伤的Chaboche粘塑性流动方程和硬化方程,并链接到有限元软件ANSYS中,将之用于高温合金钢P91的蠕变寿命计算,结果表明耦合损伤模型的模拟值与实验数据基本吻合;为该模型描述蠕变损伤和疲劳交互作用奠定了基础.     

软材料的SHPB实验设计

通过对SHPB实验中加载波波形进行控制设计 ,实现软材料试样在加载过程中的应力平衡和常应变率加载 ,从而保证SHPB实验的前提条件。采用这种方法研究了两种材料的高应变率本构 ,实验结果表明 :设计的方法是行之有效的。     

一维非线性黏弹体和黏塑性体中的最优应变路径

得出了一维非线性黏弹体和黏塑性体中最优应变路径方程，并揭示了它们的某些特性，如：（１）当非线性黏弹本构方程中的黏性部分与应变的关系具有上凸形式时，相应的最优应变路径具有下凸性质；（２）对于过应力和Ｂｏｄｎｅｒ－Ｐａｒｔｏｎ黏塑性体，它们的最优应变路径是塑性应变为线性形式，即塑性应变率为常数，而弹－黏塑性体的最优应变路径则不同。     

双基推进剂的高应变率力学特性及其含损伤ZWT本构

为了解双基推进剂在冲击载荷下的力学特性及本构行为,利用材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）对双基推进剂进行了单轴压缩实验,并对实验数据的有效性进行了检验。用二波法对实验数据进行处理,得到了双基推进剂的应力应变曲线。实验结果表明:双基推进剂具有明显的应变率相关性,动态下屈服应力与静态下相比明显提高,且屈服应力表现为应变率对数的双线性关系;双基推进剂屈服应变表现为延脆转换特性,在低应变率下表现为延展性,高应变率下表现为冲击脆化特性。利用含损伤朱王唐（ZWT）本构模型对实验结果进行了拟合,得到了模型中的本构参数,并对损伤因子项进行了分析。通过模型预测曲线与实验曲线的对比,发现含损伤ZWT本构能较好地描述双基推进剂在0～0.14应变范围内的力学特性。     

基于分形理论的高强混凝土动态损伤本构关系

基于高强混凝土（HSC）试块在SHPB冲击实验中的分形损伤演化规律,推导了HSC的分形损伤变量表达式,标定了HSC裂纹的分形维数范围。然后参考ZWT模型,并结合HSC实验过程中的应变率相关性、动态损伤特性及近似恒应变率,推导了分形损伤演化的HSC动态损伤本构方程。采用4组应变率工况下的C60、C80混凝土应力-应变曲线对本构方程进行验证,理论曲线和实验曲线吻合较好。     

Constitutive relation for rheological processes: Properties of theoretic creep curves and simulation of memory decay

We study the nonlinear stress-strain constitutive relation proposed earlier for describing one-dimensional isothermal rheological processes in the case of monotonous variation of the strain (in particular, viscoplasticity, creep, relaxation, plasticity, and superplasticity). This relation contains integral time operators of the strain and strain rate, which are the norms in the Lebesgue and Sobolev spaces equipped with special weight factors, one material function, and nine material parameters determined by the results of tests of the material for relaxation, creep, long-term strength, and constant-rate strain.We analytically inverse the constitutive relation and study the properties of the inverse operator. We derive the equation of creep curves corresponding to an arbitrary law of loading at the stage of passing from the zero stress to a given constant level. We study their dependence on the material parameters and the loading stage characteristics and find restrictions on the material parameters which ensure that the asymptotic behavior of the creep curves for large times is independent of the length of the loading stage and the specific law of stress variation during this stage, i.e., we find the conditions of the model memory decay in creep. Thus we have proved that the constitutive relation proposed above can adequately model both creep and the effect of the material memory decay.