非均匀性对自由面粒子速度信号的影响

在平板撞击实验中,通常利用应力计或VISAR来获得样品中应力历史或自由面粒子速度信号来研究材料的动态力学性能.本文采用含预制缺陷的K9玻璃作为研究对象,利用口径为37mm火炮加载装置,在靶样品的自由面上2 mm线长度范围内,利用16路激光多普勒探针测量系统(DPS),对样品自由面不同位置的自由粒子速度同时进行测量,此方法不同于传统的单点VISAR测量样品自由面速度,其空间分辨率为127μm,可分辨材料内部非均匀性(尺寸大于127μm的夹杂、缺陷等)对自由面速度信号的影响.本文的实验方法可为从细观尺度研究材料动态力学性能提供一种研究思路.     

聚龙一号上磁驱动铝飞片发射实验的数值分析与再设计

聚龙一号上PTS-151发次实验中,磁驱动加速370 μm厚飞片测得的最大速度为18 km/s,磁驱动加速482 μm厚飞片测得的最大速度为19 km/s。采用MDSC2程序, 对PTS-151发次实验进行了数值分析,结果表明:PTS-151发次实验中测量的最大速度的含义不同于以往文献中飞片的最大速度。以往文献中发射飞片在测试过程中自由面未被烧蚀,测试的最大速度为飞片自由面速度;PTS-151发次实验中两个飞片在测量过程中自由面被烧蚀,实验测量的最大速度为飞片被完全烧蚀前的一瞬间飞片内部最后一个固体面的速度。在飞片自由面未被烧蚀之前,370 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为7 km/s,482 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为11.8 km/s,远低于测量值。对PTS-151发次实验条件下飞片尺寸进行了再设计,飞片厚度为680 μm时最优,既能保证自由面未烧蚀,又使得飞片的速度最大,达到17.5 km/s。     

可识别微层裂前界面的阶跃信号电探针测试技术

受微喷射物质干扰,现常用的测试技术难以对复杂结构金属样品微层裂前界面进行准确识别,针对该问题提出阶跃信号电探针测试技术。对传统电探针受微喷射物质干扰出现不正常放电现象的原理进行分析,设计阶跃信号形成电路。开展锡金属样品爆轰实验,对比传统电探针和阶跃信号电探针的放电波形,分析阶跃信号电探针数据解读方法,联合X光测试技术,对阶跃信号电探针放电波形阶跃信号高电平出现时刻进行检定。实验结果表明:阶跃信号电探针测试技术能够识别微喷射物质的干扰,可用于爆轰加载下金属样品微层裂前界面的识别。     

光纤色散及损耗对光纤探针信号传输的影响

对光纤色散及损耗给光纤探针信号前沿和幅度造成的影响进行了理论估算。通过实验对这种影响进行了实际测量。实验中采用四种长度不同的光纤。结果表明，在采用数值孔径为0.37的阶跃石英光纤传输时，光纤色散对光纤探针信号前沿的展宽为5414 ns/km，光纤损耗对光纤探针光信号的影响为4.40.2 dB/km。因此，在光纤需要长距离传输时，有必要采取措施对色散的影响加以控制。     

阵列DPS测量技术在材料动态力学性能研究中的应用

利用?37mm 火炮加载装置,在平板撞击下,以含预制内部缺陷的K9玻璃作为实验样品,采用具 有高空间-时间分辨率的阵列式多普勒探针测量技术(空间和时间分辨率分别为127m 和50pm),测到了样 品后界面不同位置的粒子速度。简略分析了材料内部缺陷对样品自由面粒子速度信号的影响,探索了从细- 微观尺度研究材料动态力学性能的实验方法。     

激光干涉测速技术

在材料的高压状态方程和动力学特性研究中,经常利用冲击波加载。这类实验需要高精度测量自由面速度,两种不同材料的界面速度及各种不同材料的粒子速度等。目前,世界上已有几十台激光干涉仪用于冲击波物理的研究,成功地测量了飞片速度,自由面速度,波后粒子速度及界面速度等。     

JSG-1激光速度干涉仪的性能及其应用实例

本文介绍JSG-1型激光速度干涉仪的工作原理、性能及其特点,并给出了在化爆条件下,以此测量铁、钨样品自由面速度的实验结果。     

滑移爆轰下飞板飞行速度测量的实验方法

本文所述滑移爆轰下,飞板飞行速度的测试方法电阻丝探针法,综合了电阻丝和探针的测量技术,应用阶跃信号处理技巧,应用快速信号采集仪器和计算机数据处理系统,提高了时间间隔的测量精度。从而能较准确地给出飞板在等速区和准等速区的弯折角、板速V_p及滑移爆轰速度V_d,也可以用连续电阻丝测量飞板飞行姿态。 在恒流源设计上,本文简略给出放电电容和限流电阻的估算方法。     

延性金属层裂自由面速度曲线特征多尺度模拟研究

以延性金属钽为研究对象,对钽在平板撞击下的层裂行为进行了多尺度下的数值模拟研究,从微观视角对自由面速度曲线上的典型特征进行了新的解读。在宏观尺度,对比分析了光滑粒子流体动力学法（smootfied particle hydrodynamics, SPH）与Lagrange网格法以及几种本构模型的模拟结果及其适用性。通过与实验数据的对比表明,Steinberg-Cochran-Guinan本构模型在层裂模拟中与实验数据吻合较好,通过改变加载条件获得了不同应变率下的自由面速度曲线,分析了不同应变率下的自由面速度曲线中的典型特征。在微观尺度,采用分子动力学方法获得层裂区域内损伤演化情况,揭示了宏观尺度自由面速度曲线典型特征所蕴含的物理内涵。分析表明,层裂表现为材料内部微孔洞形核、长大和聚集的损伤演化过程,自由面速度曲线上的典型特征与层裂区域的损伤演化过程存在密切关联。Pullback信号是层裂区域内微孔洞形核的宏观表征;自由面速度曲线的下降幅值在一定程度上反映了微孔洞的形核条件,由此计算得到的层裂强度实际上是微孔洞的形核强度。此外,Pullback信号后的速度回跳速率反映了微损伤演化的速率。     

七孔探针的神经网络校准与制造偏差分析

作为一种可以同时获得流动速度的大小和方向、以及总压和静压的气动测量装置,七孔探针能够被广泛应用于各种大角度的流动测量。但是它的校准过程周期很长,代价昂贵,影响了探针的推广和批量制造。神经网络算法被用于该探针的校准过程,弥补常规校准方法的不足;在掌握足够多数据点的前提下,一个经过优化的神经网络结构使得对校准精度的提高和进一步改善大角度条件下的探针性能成为可能;同时本文利用CFD数值方法分别模拟了两根探针的不可压绕流流动,实现其数值校准过程,通过对结果的比较和对探针制造过程中产生的典型的制造偏差进行分析,研究了典型制造偏差对校准系数和校准精度的影响。     

PVDF压电薄膜在应力波测量中的应用

综合介绍了PVDF压力传感器的测试原理、动态标定实验，并采用定制的PVDF压力传感器测量了不同类型分层介质在冲击载荷作用下的压力衰减，说明了PVDF压力传感器在压力测量中有着很好的前景．     

岩石偏心圆孔单裂纹平台圆盘的动态裂纹扩展与止裂

针对平台圆环构型的优点, 提出偏心圆孔单裂纹平台圆盘(cracked eccentrically holed flattened disc, CEHFD), 该试样具有更长的断裂路径。利用霍普金森压杆加载系统, 径向冲击CEHFD试样, 完成Ⅰ型动态断裂实验。砂岩试样表面粘贴应变片和裂纹扩展计, 用于监测裂纹动态起裂、扩展和止裂的全过程。实验表明, 在整个断裂过程中, 裂纹非匀速扩展, 裂纹扩展速度在裂纹起裂后加速上升, 在裂纹止裂前有明显的减速, 与地震时断层的动态破裂全过程完全吻合。采用实验-数值-解析法得到动态应力强度因子, 其时间历程呈现先增大后减小的趋势。根据断裂过程不同时刻, 得到相应的动态起裂韧度、扩展韧度及止裂韧度。在动态断裂全过程中, 动态扩展韧度为速度的函数, 变化趋势与速度一致, 随着时间先增大后减小; 动态起裂韧度大于动态止裂韧度, 止裂韧度随着裂纹最大扩展速度的增大而降低, 并且有较大的离散性。     

复合射孔压力加载下铜柱测压计测试实验和数值分析

进行基于铜柱测压和实测压力时间曲线的石油井射孔压裂实验,建立铜柱测压计的数学模型,并 采用交互式计算方法得出其作用过程的解析解。分析结果表明,井下射孔压裂过程中,压力上升沿很陡,活塞 在外部压力达到峰值时,速度很大,会继续压缩铜柱直到速度为零。活塞的运动可以分为加速和减速撞击2 个过程。活塞的最大速度决定了铜柱测压计最终测试值,且与速度成正比。射孔脉冲压力加载过程中铜柱测 压计的误差取决于压力上升时间、脉冲宽度、峰值压力等影响因素。火炮膛压加载下铜柱测压计误差较小。     

Correction of Gauge Factor for Strain Gauges Used in Polymer Composite Testing

Strain gauges are used together with the corresponding gauge factor to relate the relative electrical resistance change of the strain gauge with the strain of the underlying material. The gauge factor is found from a calibration on a stiff material - steel. Nevertheless, the gauge factor depends on the stiffness of the calibration material and ideally the calibration should be done on a similar material as tested. In practice, the gauge factor found by the strain gauge manufacturer is often used. The paper documents that even for moderately stiff materials such as glass-fibre composites a significant error is found on the strain measurements obtained by the strain gauges. This is documented both experimentally and numerically. A stiffness, also test sample and strain gauge geometry dependent correction coefficient of the gauge factor is proposed. A correction coefficient covers material stiffnesses ranging from 1 GPa to 200 GPa.     

A, φ-Ω METHOD FOR 3-D EDDY CURRENT ANALYSIS

After the field equations and the snonumuoo conditions between the interfaces for 3D eddy current problems Under various gauges were discussed, it was pointed cut in this paper that using the magnetic vector potential A. the electric scalar potential φ and Coulomb gauge ∇·A = 0 in eddy current regions and using the magntetic scalar potential Ω in the non-conducting regions are more suitable. All field equations, the boundary conditions, the interface continuity conditions and the corresponding variational principle of this method are also given.     

基于PVDF复合压电效应的低强度冲击波柔性测量

为探索低强度冲击波的柔性测量技术,对PVDF(polyvinylidene fluoride)压力传感器开展冲击波加载和灵敏度标定实验,评估其低强度冲击波压力测量的可靠性。基于微结构设计改进薄膜传感器,获得适用于低强度冲击波压力测量的高灵敏柔性传感器,结果表明:单一压电工作模式的薄膜传感器测量低强度冲击波时有效输出电荷量和信噪比较低,测量结果容易受压电膜力电响应非线性、结构表面变形振动以及封装因素的影响,灵敏度系数不稳定、个体差异性大。采用周向固支的微结构设计能够将作用于薄膜传感器表面幅值较低的冲击波转换为幅值较高的面内拉应力,产生的复合压电效应可大幅提高传感器名义灵敏度系数、降低个体差异性。研制的柔性传感器在0.2～0.7 MPa压力范围内名义灵敏度约900～1 350 pC/N,相对测量误差不大于±13%。     

压剪复合冲击下氧化铝陶瓷的剪切响应实验研究

通过对92.93%氧化铝陶瓷进行倾斜板碰撞实验,研究了多晶陶瓷材料在压剪复合冲击下的非弹性变形响应和剪切波传播规律。压剪复合冲击实验由57 mm开槽气体炮驱动铜飞片对陶瓷靶板加载,通过试件内埋植的电磁速度计来测量内部质点速度历程。将纵向粒子速度从感应电动势曲线中分离后得到横向粒子速度历程,发现在压剪复合冲击下由于材料剪切刚度的降低而引起的剪切波衰减。冲击软回收试件的扫描电子显微镜（SEM）观察表明,冲击载荷低于屈服强度时,多晶氧化铝陶瓷中存在沿晶界、气孔的微裂纹成核与扩展,在高于屈服强度的冲击加载下进一步产生了穿晶微裂纹,微裂纹系统导致了材料在卸载后的显著的体积膨胀。     

On the use of digital image correlation for slip measurement during coupon scale fretting fatigue experiments

Digital image correlation (DIC) is a full field three dimensional measurement technique that can quantify displacements and strains of a surface. In this paper, digital image correlation is used as a slip measurement technique during coupon scale fretting fatigue experiments. Slip measured with the novel DIC technique is compared to conventional slip measurement techniques as clip gauges and modified clip gauge measurements proposed by Wittkowsky et al. Slip measurements with the DIC system show lower slip values and higher tangential contact stiffness’s compared to (modified) clip gauge measurements. Slip measured with DIC is obtained closer to the contact compared to clip gauges, eliminating the influence of elastic deformations or fitting parameters. During the fretting fatigue experiments are two equal contacts simultaneously tested. However, the slip of both contacts is not identical with outliers of more than 10% difference in slip amplitude.     

Free-surface magnetohydrodynamic flow with solidification

The paper considers an analysis of a liquid metal flow, occurring in the horizontal belt strip casting process. The liquid metal flows over a moving copper belt with a growing solidifying phase beneath the melt. The effect of applying a transverse magnetic field is investigated. A set of three-dimensional shallow water equations is derived. Supercritical flow is assumed and the shallow water equations are solved numerically using a shock-capturing method, which automatically takes care of the possibility of oblique hydraulic jumps.It is shown that non-uniform conditions introduced in the feeding region give a pattern of steady hydraulic jumps, which propagate downstream and are reflected at the sidewalls. The effect of the magnetic field is to brake the flow and damp the standing hydraulic jump pattern. Different feeding methods are compared and it is shown that the magnetic field erases the initial differences in liquid distribution using different feeding techniques.     

冻融循环对含纯Ⅰ型裂隙围岩的动态起裂特性影响规律

以寒区隧道为工程背景研究在冻融循环作用下围岩内Ⅰ型裂纹的动态起裂特性演化规律,采用隧道模型试件作为研究对象,开展冻融循环试验与大尺度落锤冲击试验,得到岩石试件经历不同冻融循环次数后的相关力学参数,并在裂纹尖端粘贴裂纹扩展计(crack propagation gauge, CPG)测量预制裂纹的动态起裂时间。采用有限元软件建立相应的数值模型计算裂纹尖端的动态应力强度因子,采用试验-数值法计算动态起裂韧度,随后采用电镜对冻融循环后的试样进行扫描,研究冻融循环对岩石材料的细观损伤机制。研究结果表明:随着冻融循环次数的增加,岩石材料的纵波、横波波速与弹性模量逐渐减小,而泊松比逐渐增大;砂岩材料的动态起裂韧度随着冻融循环次数的增加逐渐减小,表征线性反比例的特性;材料内部的胶结物质会由于冻融循环的影响而流失,材料的孔隙和裂纹也随着冻融循环次数的增加而变多变大。