基于数字图像的分离式霍普金森压杆实验中试件应变及两端应力的同步测量法

本文提出一种基于高速摄像和数字图像相关方法(DIC)的分离式Hopkinson压杆(SHPB)测量技术,从而实现试件应变和两端应力的同步测量。即在与试件接触的输入输出杆两端制作散斑,通过高速摄像获取SHPB实验过程中的散斑变形图像,由DIC测得各时刻试件的应变、输入输出杆端的应变(可直接换算为试件两端的应力)。由于试件和杆端的应变都是从同一张高速摄影的图像上分析得到的,因此它们是同步的。应用该方法对钢纤维混凝土试件的SHPB试验进行了测量,测量结果与传统应变片测量结果吻合,验证了该方法的可行性。该技术不仅实现了SHPB实验中试件应变和应力的同步测量,还将有助于直接检验各材料在SHPB实验中试件两端的力在实验过程中是否平衡。     

直撞式霍普金森压杆二次加载技术

利用传统分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验技术来实现试件在较低应变率下的大变形时，需要使用超长的压杆系统，杆件的加工和实验空间限制了该技术的推广应用。鉴于此，提出一种直撞式霍普金森压杆二次加载实验技术，利用透射杆中的应力波在其末端的准刚性壁反射实现对试件的二次加载，并分析了准刚性质量块尺寸对二次加载的影响规律；采用二点波分离方法对叠加的应力波进行了有效分离和计算，在总长4 m的压杆系统中实现了1.2 ms的长历时加载，并可以准确获得试件的加载应变率曲线和应力应变关系。建立了直撞式霍普金森压杆二次加载有限元模型，数值仿真结果表明，该实验技术能有效地实现试件的二次加载，与超长SHPB系统获得的仿真结果相比较，两者的试件应力应变关系完全一致。利用该技术对1100铝合金材料进行动态压缩实验，实现了其在102 s?1量级应变率下的大变形动态力学性能测试。     

基于激光干涉测试技术的分离式Hopkinson压杆实验测试系统

分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验的传统测试技术是基于应变片的电测技术,测试结果的可靠性强烈依赖于应变片与杆之间粘贴质量,受到人为因素的影响较大。本文中采用基于多普勒频移原理的双探头全光纤激光干涉测速技术,以粒子速度为监测目标,借助应力波传播理论,换算成试件的应变和应力,从而建立了SHPB实验的非接触光学测试系统。针对韧性和脆性两类材料,分别提出了激光正入射和激光斜入射两种测试技术。再以铝合金和PZT陶瓷为例,通过与传统的应变片测试结果以及DIC测量结果的对比分析,验证了两种测试技术的有效性。与传统的应变片测试技术相比,新的激光干涉测试技术具有免标定、抗干扰、可靠性高等许多优点,有助于实现SHPB实验测试系统标准化。     

一种用于软材料测试的改进SHPB装置

本文提出了一种新的、用于测试橡胶、高弹体及高聚物软泡沫材料动态力学性能的SHPB改进装置。该装置取消了常见的入射杆而采用长杆弹直接撞击试件从而实现了持续的长时间加载，使得在相当大的应变率范围内试件的最大应变在一个加载过程中即可达到。配合该装置采用了瞬态响应优良、分辨率良好的光电式位移测试系统来测量试件的变形；为记录微弱的应变信号，在透射杆中使用了半导体应变片。本方案克服了传统SHPB在测试软材料时由于子弹长度限制带来的加载幅度不足及由于阻抗失配导致的应变信号微弱的困难；与采用高聚物杆的SHPB改进方案相比，本方案的测试结果也更为可靠。在试验装置中还运用了加载整形技术以改善试件中的应力均匀性。从测试结果看，该装置能有效地实现大变形范围、近似恒应变率持续加载以及相应的微弱应变信号的测量。     

两点应变测量法在SHPB测量技术上的运用

介绍了两点应变测量法在分离式Hopkinson压杆 (SHPB)测量技术上的运用。该方法通过测量一根压杆两个不同地方的应变 ,利用一个简单的反复过程将压杆中相对传播并叠加在一起的右行波与左行波分离 ,从而利用输入杆对试件的多次加载来研究软材料的动态力学性能。利用该方法计算所得的最大应变比利用传统SHPB测量技术得到的最大应变增大了 2～ 3倍。     

标准霍普金森压杆配置下的应力波分离及无时限实验数据处理

在经典一维应力波理论基础上以及试件受力平衡假定成立的条件下，提出了一种在标准霍普金森压杆实验配置下实现杆中左、右行应力波分离的新方法，可简单有效地解决常规霍普金森压杆在长时实验时左、右行波信号重叠的问题，从而保证实验中的全部应变测试数据都可以加以利用，显著提高了霍普金森压杆的测试能力。给出了新的基于杆中左、右行应力波信号的实验数据处理公式。作为霍普金森压杆实验中经典数据处理公式的扩展，在测试信号不需要进行波分离处理的情况下，新的数据处理公式等同于经典公式。利用ABAQUS有限元软件对霍普金森压杆实验进行了数值模拟，采用虚拟实验的方式，利用模拟测试点的应变信号进行了多种实验条件下的数据处理，对该应力波分离方法的有效性及误差进行了验证与评价。数值模拟结果表明，该应力波分离方法可以给出很好的数据处理结果。在标准霍普金森压杆上进行了部分实验并利用新的波分离方法及公式对数据进行处理，所得结果令人满意。     

塑料SHPB实验中的端面摩擦效应

基于H.Meng的动摩擦实验结果,建立了一个端面动摩擦模型,以描述端面动摩擦因数随SHPB 塑料试样与钢压杆接触界面间最大径向相对滑动速度的关系。在SHPB实验的数值模拟中,分别考虑了该 端面动摩擦模型和以往被广泛采用的常摩擦因数模型,结果发现,选取不同的端面摩擦模型不影响通过塑料 SHPB实验的数值模拟获得的转折应变率(量级为102s-1),然而当应变率超出转折应变率以上时,不同的端 面摩擦模型会对塑料SHPB实验的数值模拟结果产生显著影响,使用提出的端面动摩擦模型可得到更准确 的塑料SHPB实验的数值模拟结果。     

用于高强度材料的SHPB实验添加垫块法

提出了用于高强度材料的改进的SHPB实验方法添加垫块法,运用数值模拟方法,利用有限元程序LS-DYNA3D分析了添加垫块实验方法的合理性和可行性。根据一维应力波理论,给出了数据处理的修正方法。作为应用实例,采用改进的实验方法对高强度的Al2O3陶瓷材料的动态力学性能进行了研究,得到了比常规方法较高的应变率及应力应变范围的动态应力应变曲线,表明Al2O3陶瓷为应变率相关的非线性弹脆性材料。结果表明,添加垫块实验方法可有效地防止实验中压杆端面的变形,提高试件的应力应变及应变率水平。添加垫块实验方法为在SHPB装置上实现高强度材料的动态实验提供了一种方便实用的途径。     

大直径SHPB装置的数值模拟及实验误差分析

介绍了用于混凝土冲击试验的Φ100SHPB装置。利用数值模拟和应变测试相结合的方法讨论了应力波在该装置中的传播特性。二维效应导致应力波在大直径SHPB装置传播过程的弥散现象。同时在实验的大部分时间内大尺寸试样的应力(应变)存在不均匀性。因此大直径SHPB装置进行混凝土冲击压缩应力-应变曲线的实验研究会产生误差。利用数值模拟分析了误差影响程度,同时验证了用混凝土试样应变和透射杆应力得到应力-应变曲线初始段的可行性。     

分离式Hopkinson压杆实验技术研究进展

分离式Hopkinson压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)技术是一种广泛应用于研究材料加载应变率在($10^{2}\sim 10^{4}{\rm s}^{- 1}$)范围内力学响应的实验方法. 在详细介绍Hopkinson, Davies和Kolsky的3篇经典论文的基础上, 从基本理论研究、加载波形控制、复合加载方式以及测试系统改进4个方面详细论述SHPB实验技术的研究进展. 通过分析SHPB实验技术在实际应用中存在的问题, 提出SHPB标准化、拓宽应用范围以及广义SHPB技术是SHPB实验技术研究值得深入探索的方向.     

Ein Näherungsverfahren zur Berechnung der kompressiblen laminaren Grenzschicht mit kontinuierlich verteilter Absaugung

Ohne ZusammenfassungAus dem Institut für Strömungsmechanik der Technischen Hochschule Braunschweig (Leiter: Prof. Dr.H. Schlichting). Gekürzte Fassung der von der Fakultät für Maschinenwesen der Technischen Hochschule Braunschweig genehmigten Dissertation 1962. Berichter: Prof. Dr.H. Schlichting; Mitberichter: Prof. Dr.H. Blenk, Privatdoz. Dr.-Ing.K. Gersten. — Ausführliche Fassung: Zur Berechnung der kompressiblen laminaren Grenzschicht mit kontinuierlich verteilter Absaugung, Bericht 61/28 des Inst. f. Strömungsmechanik der T. H. Braunschweig (1961); auszugsweise vorgetragen auf der Jahrestagung der Wiss. Ges. für Luftfahrt in Braunschweig, 9. 10.–12. 10. 1962.     

Mechanics of granular materials: The discrete and the continuum descriptions juxtaposed

In recent years a discussion could be followed where the pros and cons of the applicability of the Cosserat continuum model to granular materials were debated [Bardet, J.P., Vardoulakis, I., 2001. The asymmetry of stress in granular media. Int. J. Solids Struct. 38, 353–367; Kruyt, N.P., 2003. Static and kinematics of discrete Cosserat-type granular materials. Int. J. Solids Struct. 40, 511–534; Bagi, K., 2003. Discussion on “The asymmetry of stress in granular media”. Int. J. Solids Struct. 40, 1329–1331; Bardet, J.P., Vardoulakis, I. 2003a. Reply to discussion by Dr. Katalin Bagi. Int. J. Solids Struct. 40, 1035; Kuhn, M., 2003. Discussion on “The asymmetry of stress in granular media”. Int. J. Solids Struct. 40, 1805–1807; Bardet, J.P., Vardoulakis, I., 2003b. Reply to Dr. Kuhn’s discussion. Int. J. Solids Struct. 40, 1809; Ehlers, W., Ramm, E., Diebels, S., D’Addetta, G.A., 2003. From particle ensembles to Cosserat continua: homogenization of contact forces towards stresses and couple stresses. Int. J. Solids Struct. 40, 6681–6702; Chang, C.S., Kuhn, M.R., 2005. On virtual work and stress in granular media. Int. J. Solids Struct. 42, 3773–3793]. The authors follow closely this debate and try, with this paper, to provide a platform where the various viewpoints could find their position. We consider an ensemble of rigid, arbitrarily shaped grains as a set with structure. We establish a basic mathematical framework which allows to express the balance laws and the action–reaction laws for the discrete system in a “global” form, through the concepts of “part”, “granular surface”, “separately additive function” and “flux”. The independent variable in the balance laws is then the arbitrary part of the assembly rather than the single grain. A parallel framework is constructed for Cosserat continua, by applying the axiomatics established by [Noll, W., 1959. The foundation of classical mechanics in the light of recent advances in continuum mechanics. In: The axiomatic method, with special reference to Geometry and Physics, North-Holland Publishing Co., Amsterdam pp. 266–281, Gurtin, M.E., Williams, W.O., 1967. An axiomatic foundation of continuum thermodynamics. Arch. Rat. Mech. Anal. 26, 83–117, Gurtin, M.E., Martins, L.C., 1976. Cauchy’s theorem in classical physics. Arch. Rat. Mech. Anal. 60, 305–324]. The comparison between the two realisations suggests the microscopic interpretation for some features of Cosserat Mechanics, among which the asymmetry of the Cauchy-stress tensor and the couple-stress.     

Book Reviews

Book reviewed in this article:
VIBRATION DAMPING By A.D. Nashif, D.I.G. Jones, J.P. Henderson
ELASTICITY, THEORY AND APPLICATIONS By H. Reismann and P.S. Pawlik
MODAL TESTING: THEORY AND PRACTICE By D.J. Evvins     

Unterschallströmung um nicht angestellte,dicke Rotationskörper

Ohne ZusammenfassungDissertation Göttingen. Referent Prof. Dr. A. Betz. Korreferent Prof. Dr. W. Tollmien. Die Arbeit wurde in der Aerodynamischen Versuchsanstalt Göttingen e. V. durchgeführt.Hiermit danke ich meinem verehrten Lehrer Herrn Prof. Dr. Albert Betz für die stete Förderung und seinen hilfreichen Rat bei der Durchführung der Arbeit. Herrn Dr. F. W. Riegels danke ich für wichtige Literaturhinweise und Herrn Dr. F. Keune für eine kritische Diskussion des Rechenverfahrens.     

Energieumsetzung in Querschnittserweiterungen bei verschiedenen Zulaufbedingungen

Ohne ZusammenfassungMünchener Dissertation. Berichterstatter: Prof. Dr.-Ing. D. Thoma, Mitberichterstatter: Prof. Dr.-Ing. W. Nusselt. Die Arbeit wurde mit Unterstützung der Notgemeinschaft der deutschen Wissenschaft durchgeführt.     

Die Querschwingungen elastisch gebetteter Saiten,Stäbe,Membranen und Platten

Ohne ZusammenfassungHabilitationsschrift Karlsruhe. Ref.: Prof. Dr.Th. Pöschl, Korref.: Prof.K. v. Sanden.     

Stress intensity factors for two offset parallel circular cracks: Part III — Elastic layer

Part III of this work is concerned with the interaction of two penny-shaped cracks in the mid-plane of an elastic layer. Two cases, namely the stress free boundary case and the fixed boundary case, are considered. It is shown that these two cases are mathematically equivalent. As in Part I (G.A.C. Graham and Q. Lan, J. Theor. Appl. Fract. Mech. 20, 207–225 (1994) [1])_for the problems of an infinite solid and Part II (G.A.C. Graham and Q. Lan, J. Theor. Appl. Fract. Mech. 20, 227–237 (1994) [2]) of a semi-infinite solid, the problem is reduced to a system of Fredholm integral equations of the second kind. These integral equations are then solved when the crack size is small compared to the distance between them and the cracks are far away from the boundaries. It is also shown that the problem decouples when the cracks are subjected to normal loading and shear loading. Asymptotic solutions are presented for these two loadings.     

Stress intensity factors for two offset parallel circular cracks: Part I — Infinite elastic solid

The method (W.D. Collins, Proc. R. Soc. London A274, 507–528 (1963); W.S. Fu and L.M. Keer, Int. J. Eng. Sci. 7, 361–372 (1969) [1,2]) used to solve co-planar penny-shaped cracks is generalized to investigate interaction of arbitrarily located penny-shaped cracks. The solution (M.K. Kassir and G.C. Sih, Three-dimensional Crack Problems (Noordhoff International, 1975) [3]) for the problem of an isolated crack in an infinite solid is applied together with the superposition principle to reduce the problem to a system of Fredholm integral equations of the second kind. These integral equations are then solved iteratively when the cracks are far apart. Some asymptotic solutions for the stress intensity factors are presented and comparisons are made whenever possible. Numerical solutions reveal some interesting phenomena.     

Electrical phenomena on exposing a cable to neutrons and gamma rays

The discussion concerns the effects of ionizing radiation on pulse formation between conductors in a cable.I am indebted to G. M. Gandel'man, F. M. Gudin, G. F. Ioilev, and S. A. Kuchai for valuable discussions.     

Laminar mixing of planar supersonic chemically reacting jets of unequal pressure

A study is made of the influence of a transverse pressure gradient on the mixing of reacting jets of fluorine and hydrogen. The real picture is simulated by a system of simplified Navier-Stokes equations. A comparison is made with calculations based on the complete Navier-Stokes equations and also boundary layer equations. Features of the shock waves are analyzed under conditions of strong heat release in the mixing layer. The influence of these features on the gain in laser situations is considered.Translated from Izvestiya Akademii Nauk SSSR, Mekhanika Zhidkosti i Gaza, No. 3, pp. 18–23, May–June, 1982.We thank G. N. Volchkova, Yu. P. Golovachev, V. A. Pospelov, M. Kh. Strel'ts, and M. L. Shur for helpful discussions.