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。     

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.     

PVDF压电薄膜用于Hopkinson压杆测量泡沫金属的动态性能

首先对PVDF(polyvinylidene fluoride)压电薄膜在不同温度不同压力作用下的响应进行了系统的试验研究。然后在Hopkinson压杆系统的透射杆之间夹上PVDF压电薄膜,对其动态响应进行了检验。最后应用这个镶嵌PVDF压电薄膜的Hopkinson压杆系统,测试了泡沫铜材料在不同应变率下的应力应变关系。结果表明:(1)PVDF压电薄膜的压电常数D33是随温度和压力而变,实际应用时应对其进行标定;(2)PVDF压电薄膜可有效的用于Hopkinson压杆系统来测试低强度泡沫材料或低阻抗材料的动态响应;(3)当应变率小于0.1/s时,泡沫铜的塑性流动应力对应变率不敏感,在约400/s到5000/s应变率范围,应变小于40%下泡沫铜对应变率也不敏感。但当应变大于约20%,应变率高于400/s时,与低应变率下的值比较,塑性流动应力的应变率敏感性增加。     

某船用钢动态弹塑性断裂韧性的试验测试

描述了利用Hopkinson压杆技术加载三点弯曲试样测试材料动态弹塑性断裂韧性的试验方法。材料的动态应力－应变行为测试在SHPB装置上进行，试样上的动态载荷历史由Hopkinson压杆直接测得，在此基础上，利用自行编制的ANSYS宏程序计算得到J积分历史；与起裂时间相对应的J积分值，即为动态弹塑性断裂韧性。采用上述方法进行了某船用钢的动态断裂试验，首次获得了该钢的动态弹塑性断裂韧性值，为舰船的抗爆能力计算，防动态断裂设计和安全评定提供了基础数据。     

一种新的高应变率复合压剪实验技术

提出了一种新的基于Hopkinson杆实验技术的在102~103s-1高应变率下实现压剪复合加载的实验装置,并给出了相应的理论分析和数值模拟。为了获取材料在复杂应力下的本构关系,借助斜飞片冲击实验的思想,对Hopkinson杆进行改造,将入射杆的末端改进为截锥形,以便在试样中同时产生压缩和剪切应力。利用有限元分析软件LS-DYNA对试样中的应力波传播进行模拟计算,并利用改进装置进行了初步实验。计算和分析结果表明,利用所设计的装置可以实现对试样的动态压剪复合加载,获得材料在高应变率复杂应力加载下的本构响应,进而建立材料在复杂应力状态下本构行为的描述。     

动态加载装置和动态测试技术

本文介绍了力学试验中各种类型冲击加载装置及有关的动态测试技术,讨论了分段式Hopkinson压杆装置的加载特性、主要优点、用途以及在该装置上采用的一些测量新技术。文章中提出的应力波调节器,结构简单,重复性好,是动态光测技术中一种崭新的冲击加载装置。     

微型Hopkinson杆技术

介绍了一种可对材料进行更高应变率动态性能实验的微型Hopkinson杆技术,对金属材料其应变可超过104 s-1。使用激光径向位移测试仪和与传统Hopkinson杆对比实验,对微型Hopkinson杆技术的有效性进行了验证。实验结果表明,微型Hopkinson杆确定的试样应变与激光径向位移测试的结果相当吻合;在低应变率范围内,与传统Hopkinson杆的实验结果有很好的一致性。从而证明了微型Hopkinson杆技术可进行应变率在104 s-1以上材料的动态力学性能实验。     

高温下轻质泡沫铝动态力学性能实验

对传统的分离式Hopkinson压杆装置加以改进,设计了一种长杆直接撞击Hopkinson杆的实验方案,检测出低波阻抗材料在高温动态加载下的应力均匀性。对轻质泡沫铝材料的实验表明,在同一撞击速度下,温度越高,试件两端的应力均匀性越差,增加温度与提高撞击速度均会导致泡沫铝材料冲击端与支撑端的应力不均匀性。根据高温下应力均匀性的实验结果,确定高温下试件均匀变形对应的冲击速度,再通过传统的分离式Hopkinson压杆实验得出泡沫铝在高温动态下的力学性能。     

激光光通量位移计在Hopkinson杆中的应用

简要介绍了激光位移测试技术的基本原理及实现方案,准静态和动态标定结果表明该系统可以用 于动态测试。给出了激光光通量位移计在Hopkinson杆实验中的3种应用:(1)用激光光通量位移计可以监 测试样的横向变形,从而得出试样的动态泊松比;(2)在动态断裂实验中,激光光通量位移计可以监测裂尖张 开位移,结合应变片的信息可以得出试样的动态断裂能;(3)将激光光通量位移计和石英晶体应力计相结合可 以直接在试样两端得到应力应变信息,用来测量超软材料在中应变率下的力学响应。     

高温分离式Hopkinson压杆技术及其应用

本文介绍了在分离式Hopkinson压杆装置上通过使用一种气动同步机构,实现对试样进行高温高应变率加载的技术。利用此技术仅对试样加高温度而保持入射杆和透射杆与试样脱离且处在较低温度,到预定温度时,借助气动同步机构使入射杆、透射杆与试样接触并同时实现对试样加载。利用波形抑制技术,仅对试样实现一次加载,入射杆中的后续二次加载波通过反作用质量块吸收。通过这些技术的结合,1)可以进行材料在高温高应变率下应力应变测试;2)可以测试材料在高应变率不同温度下的等温曲线;3)可以间接对材料的塑性功热转换系数进行测试;4)可以进行不同温度高应变率下的中断跳跃试验等。在文中给出了一些典型的试验曲线和结果,并对测试方法和结果进行了分析讨论。     

高碳高钢系高速钢的耐磨性研究

制备了不同成分的新型高碳高钢系高速钢,并与高铬铸铁对比考察了其耐磨性和磨损机理。结果表明：高碳高钡系高速钢的耐磨性明显优于高铬铸铁;其组织中的碳化物形态对耐磨性具有显著影响,其中具有细小及弥散分布的颗粒状ＭＣ型碳化物组织的试样的耐磨性最佳;其磨损机理为犁削和应力作用下碳化物的脆性碎裂及脱落。     

一种新型高精度大功率电动飞行仿真转台的驱动方案设计

针对一种新型电动飞行仿真转台高精度、大功率的突出特点,设计了十分有效的驱动方案。首先简要介绍了该电动飞行仿真转台的主要技术指标,然后提出了高精度大功率飞行仿真转台驱动方案的详细设计策略,驱动方案中采用PWM功率放大器驱动,最后给出了该驱动方案在飞行仿真转台控制系统中的设计实现。实际应用表明:该驱动方案可以很好地满足新型电动飞行仿真转台的高精度、大功率要求,具有很强的抗干扰性和鲁棒性,完全适合在高精度大功率电动仿真转台上应用。     

高钒高速钢冲击磨损性能与机理的研究

以高铬铸铁Cr26为对比材料,利用可模拟破碎机耐磨件实际服役工况(主轴转速2 840 r/min)的WM-1型冲击磨损试验机,以初始直径约25 mm的鹅卵石颗粒为磨料研究了高钒高速钢V9的冲击磨损性能及其磨损机理.结果表明:高钒高速钢V9的耐磨性为高铬铸铁Cr26的3倍以上;在颗粒的高速冲击下,高铬铸铁的磨损机理主要为划伤和碳化物碎裂导致剥落;高钒高速钢的磨损机理主要为在鹅卵石颗粒冲击下,基体受到显微切削而导致碳化物脱落,使基体受到颗粒的蚕食作用而不断反复进行的磨损过程.     

High resolution, high sensitivity moire method

Based on geometric moire method, moire interferometry and microscopic moire interferometry, a high spatial resolution and high sensitivity geometric microscopic moire method is presented. Geometric micron-moire patterns are produced by the superposition of two high frequency gratings through a microscope system. Compared with other grating-based photo-mechanics methods, microscopic moire method could provide whole-field moire patterns of both high spatial resolution and high sensitivity. The frequency of specimen and reference gratings used in this method can be from 1 line/mm to 10000 lines/mm. Additionally, a 4F optical filter system is used to enhance the contrast of microscopic moire patterns effectively. The project supported by the National Natural Science Foundation of China     

高温高压下扩张式封隔器胶筒非线性流动仿真计算

针对井下温度压力环境下扩张式封隔器的工作状态，本文建立了卡距内管柱及封隔器力学模型，采用网格重划分方法来描述胶筒在环空间隙中的非线性流动，并将重划分前后的网格信息进行映射，解决了封隔器有限元方程矩阵奇异问题。对不同压裂泵压、不同井温和不同环空间隙下封隔器胶筒的位移、剪切应力及接触压力进行仿真计算。压裂泵压为30 MPa～80 MPa时，胶筒未发生轴向窜动，橡胶基体的剪切应力及接触压力随着压裂泵压的增加而增大；井温为25℃～175℃时，胶筒基体剪切应力随井温的升高而增大，胶筒与套管间接触压力随井温升高而降低；胶筒与套管环空间隙为2.5 mm～9.5 mm,胶筒剪切应力随间隙增加而增大，胶筒与套管接触压力随间隙增加而降低。通过胶筒网格变形可知，胶筒橡胶在环空间隙中产生非线性流动是引起胶筒剪切应力数值增大、接触压力数值降低的根本原因。综上可得，在压裂作业中，随着压裂泵压的增大、井温的升高和环空间隙的增大，封隔器胶筒更容易发生剪切撕裂破坏，且封隔器的密封效果亦降低。     

基于混合型WENO格式数值模拟四类Riemann问题

本文基于三阶WENO格式和三阶WENO-Z格式，利用有限体积法研究了同一格式在不同方向使用不同的求解器，以及在不同方向采用相同精度的不同格式数值模拟4类Riemann问题，分析各向异性对数值计算结果的影响．数值结果表明，无论是使用不同的格式，还是使用不同的求解器进行数值模拟，都会导致数值结果不同程度地失去图像对称性．     

定向结晶材料高温蠕变规律研究

利用高温云纹干涉法对航空发动机叶片定向结晶材料的高温蠕变进行了测试，获得该材料不同主方向的高温蠕变性质和规律。实验结果表明定向结晶材料在结晶方向和各向同性平面的蠕变性质有很大差异。     

超声波作用下气泡的非线性振动

Flynn方程在引入泡内气体的压缩性修正后能够更好地描述超声波作用下液体内气泡的非线性振动.以此为基础通过数值分析探讨了声场内气泡的非线性振动特征以及气泡初始半径、驱动声波频率和声压幅值对气泡非线性振动状态的影响.结果表明,声场内的气泡可分为3种类型:吸收声能量作准本征振动的大气泡、空化气泡和以驱动声波频率受迫振动的微气泡.空化气泡的尺度范围受到驱动声波频率和声压幅值的共同影响.利用高速摄影系统对换能器作用于未除气的自来水所引起的变化进行了实验研究,结果表明:超声波作用下液体内的气泡场是一个混合场,不仅有空化气泡,还有毫米级的大气泡;场内除了有气泡的非线性振动外,还有气泡间的相互吸引、碰撞和结合.     

一种改进的金属材料的高温动态拉伸实验技术

在旋转盘冲击拉伸实验装置上,利用金属材料自身的导电特性,对试样施加电流.使其在电流作用下发热,实现自加热,形成了试件快速加热而波导杆温升很小的金属材料的动态高温高应变率拉伸实验技术.应用该实验技术获取了45 #钢从室温到1000℃温度范围和应变率650s-1时的材料动态拉伸应力—应变曲线.实验结果表明,45 #钢具有明显的热软化效应,其流动应力和屈服应力随温度的升高而降低.     

Al0.2Co1.5CrFe1.2Ni1.5TiC0.4高熵合金的微观组织、力学与高温摩擦学性能

通过引入碳元素,设计了一种以原位形成的碳化物为增强相的高熵合金Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4),并采用放电等离子烧结(SPS)技术成功制备了这种高熵合金.采用XRD、SEM、EDS、万能材料试验机和高温摩擦磨损试验机等研究了微观组织、力学性能和室温至800℃下的摩擦学性能.结果表明:Al_(0.2)Co_(1.5)CrFe_(1.2)Ni_(1.5)TiC_(0.4)高熵合金由面心立方(FCC)结构的高熵固溶体基体相和弥散分布的TiC陶瓷相组成.FCC相使高熵合金具有良好的塑性和韧性,而TiC增强相赋予了高熵合金高的硬度和强度.随着温度的升高,高熵合金的摩擦系数和磨损率均具有逐渐减小的趋势.在800℃时,鉴于摩擦氧化作用,在磨损表面形成了致密的氧化物釉质层,起到了良好的减摩抗磨作用,使高熵合金表现出了优异的高温摩擦学性能.