杆杆型冲击拉伸试验装置的二维轴对称弹塑性有限元分析

对带有哑铃状圆柱形试件的杆杆型冲击拉伸试验装置,建立了含有多个物理和几何间断面的二维轴对称弹塑性有限元模型,采用动态增量非线性有限元程序ＡＤＩ－ＮＡ,进行了数值模拟模拟分析,揭示了应力波在试验系统中的传播规律,在弹性框架内初步论证了杆杆型冲击拉伸试验装置测试原理的有效性。     

摆锤式块杆型冲击拉伸试验装置的动力学系统简化分析

本文对摆锤式块杆型冲击拉伸试验装置进行了较完整的动力学系统简化分析。用差分方法和特征线方法进行了数值分析,并和试验结果进行了比较。结果表明本文的分析方法和计算程序是正确的和可靠的,该试验装置是合理的,可以得到材料在一定平均应变率下的应力应变曲线。本文还用数值分析的结果解释了试验中出现的现象,指出了试验系统的匹配问题,给出了判断试验装置最大打击应力的方法。     

套管式Hopkinson冲击拉伸实验相关问题的探讨

基于套管式Hopkinson冲击拉伸实验装置,对板状、棒状材料的冲击拉伸试验进行了简要介绍,重点讨论和解决材料冲击拉伸试验过程中出现的一些问题。通过提出的一种辅助式螺母连接方法,改进了棒状材料试件连接装置,解决了棒状试件试验过程中因连接拧紧度对实验结果的影响;通过建立其有限元模型,运用ABAQUS软件数值模拟分析入射杆端部拉伸螺母厚度对入射波形的影响,给出合理选择拉伸螺母的依据。     

摆锤式单杆冲击拉伸试验装置通过鉴定

中国科技大学力学系复合材料力学性能课题组,经两年多的努力,完成了自行设计研制的摆锤式单杆冲击拉伸试验装置,鉴定会于1986年10月14日在中国科大召开,由哈尔滨工业大学教授顾震隆主持。该装置系块—杆型(即单杆型),试件与撞块、输出杆采用螺纹联接,加载方式为摆锤式。试件中的应力、应变以及应变率,是根据一维简单波理论,用试件试验段与撞块相重合     

红外瞬态测温装置及其在冲击拉伸试验中的应用

为研究材料在高速变形时的性态和破坏过程以及热力偶合问题,作者自行研制并设计了一套红外瞬态测温装置,同时对它进行了整体动态标定.并利用该装置在摆锤式杆-杆型冲击拉伸试验机上首次获得了三种不同材料的试件在冲击拉伸过程中的瞬态温升曲线,得到了一些颇有意义的结论。     

弹塑性材料滤波作用的研究--间接杆杆型冲击拉伸试验装置产生加载脉冲的三维弹塑性动力学有限元分析

本文对旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置建立了产生拉伸加载脉冲的三维弹塑性动力学模型 ,使用ANSYS/LSDYNA程序模拟了该装置产生加载脉冲的过程 ,分析了弹塑性材料的滤波作用。数值模拟得到的入射脉冲与实验结果吻合 ,表明该数值模型和方法是有效的。分析结果表明 ,相对于直接连接系统 ,间接连接系统中的前置金属短杆的弹塑性变形直至断裂使锤头与撞块只发生一次撞击 ,即滤去了多次撞击 ,同时滤去了金属短杆与撞块界面扰动力的高幅抖动 ,使扰动力变成幅值较低的平稳脉冲。总之 ,前置金属短杆的作用相当于一个低阈值的低通滤波器。本模型还可为合理确定试验方案以及为改进和设计新的冲击拉伸试验装置提供依据和方法     

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。     

杆杆型冲击拉伸试验装置一维试验原理有效性的论证

本文对杆杆型冲击拉伸试验装置建立了简化的含有多个轴向和环向的物理和几何间断面的空间轴对称线弹性动力学系统模型，用二维有限差分法和自编的ＢＢＩＤ－Ⅱ程序进行数值分析，并提出双虚边界法来计算物理间断面上的位移。用多种方法，特别是通过将包含内部界面的非均质变截面二维轴对称圆杆的泊松比退化为零，然后求得其差分数值解，再将此差分数值解与一维等效简化变截面非均质圆杆的解比较的方法，对有限差分方法和有限差分程序ＢＢＩＤ－Ⅱ进行了较充分的考核。数值分析成功地模拟了弹性应力波作用下的冲击拉伸试验过程，在线弹性的框架内论证了杆杆型冲击拉伸试验装置的试验原理成立的基础和条件     

PMMA反射拉伸动态破坏的数值模拟

利用PMMA等透明材料弹丸撞击靶板可以直观再现和观测金属弹体撞击靶板的某些响应和破坏特性,研究PMMA在冲击载荷作用下的动态性能可为更好的分析和认识PMMA结构的动态响应提供支撑.基于文献中的实验构型,本文运用LS-DYNA开展了柱锥形PMMA试件在压缩入射波加载下动态响应的数值模拟,研究由于应力波在试件锥段的汇聚效应,以及在自由端的反射拉伸效应.分析了柱锥形PMMA试件的动态响应过程以及拉伸破坏特性,数值模拟获得了与实验相一致的试件破坏现象.     

控制棒驱动机构中隔磁片的冲击模拟与试验研究

本文通过分析实际控制棒驱动机构中的隔磁片的工作特点,设计了隔磁片的动态冲击试验装置,同时利用数值分析方法验证了该装置与控制棒驱动机构中隔磁片实际受力模式的相似性.通过实验测试和数值分析,研究了304不锈钢与625不锈钢两种材料制备的隔磁片在不同的衔铁冲击速度、不同的基座刚度条件下的衔铁冲击加速度、隔磁片受到的冲击力以及沿基座环向和轴向的应变历程.结果表明:通过冲击试验测试得到的数据与数值计算结果具有较好的匹配度,同时基座刚度、衔铁冲击速度以及隔磁片材料的差异均对隔磁片在冲击过程中的力学响应有相应的影响.     

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.     

大直径SHTB实验装置数值模拟及混凝土细观骨料模型动态直拉研究

对混凝土材料在高应变率下的动态拉伸实验多以劈裂和层裂的形式进行，然而它们作为间接研究混凝土动态拉伸性能的实验技术具有一定的局限性，亟需使用大直径分离式Hopkinson拉杆（split Hopkinson tensile bar，SHTB）设备对混凝土进行动态直拉实验。因此，运用数值模拟方法对一种新型的霍普金森拉杆的入射波进行了研究，并对设备的局部构件进行改进，使其不仅具有对混凝土试件的胶粘连接方式，也可通过螺纹连接配套夹具以同时兼顾挂接等其他连接方式。针对改进后的SHTB装置，建立了圆环状三维混凝土细观骨料模型。通过数值模拟与实验结果的对比，验证了采用空心圆管式SHTB装置的有效性，并为混凝土细观骨料模型的动态拉伸模拟提供了思路。     

大理岩动态拉伸强度及弹性模量的SHPB实验研究

提出了获取脆性材料动态拉伸强度及弹性模量的实验步骤及相关记录数据的分析方法。利用直径为100mm的分离式Hopkinson压杆径向冲击巴西圆盘和平台巴西圆盘试样,测试了大理岩在高应变率加载下的动态力学性能。应力波加载下动态劈裂拉伸圆盘在试样中心产生了约45/s的拉伸应变率。分析了实验的有效性并考虑了试样两个端面应力波波形差异的影响以提高实验结果的精度。结果表明准静态下的公式可适用于动态劈裂拉伸实验;大理岩的动态拉伸强度及弹性模量比静态时有明显的增加。     

Dynamic Tensile Testing of Soft Materials

Determination of dynamic tensile response of soft materials has been a challenge because of experimental difficulties. Split Hopkinson tension bar (SHTB) is a commonly used device for the characterization of high-rate tensile behavior of engineering materials. However, when the specimen is soft, it is challenging to design the necessary grips, to measure the weak transmitted signals, and for the specimen to achieve dynamic stress equilibrium. In this work, we modified the SHTB on the loading pulse, the equilibrium-monitoring system, and the specimen geometry. The results obtained using this modified device to characterize a soft rubber indicate that the specimen deforms under dynamic stress equilibrium at a nearly constant strain rate. Axial and radial inertia effects commonly encountered in dynamic characterization of soft materials are also minimized.     

中应变率材料试验机的研制

本文全面介绍了自行研制的中应变率材料试验机的基本情况,此试验装置可在0.1s^-1-50s^-1应变率范围内对哑铃状圆柱试件和哑铃状扁平试件进行拉伸及加卸载实验,对圆柱状态 试件进行了压缩及加卸载试验,通过采用液压驱动、分级调速、缓冲撞击等技术产生上升沿陡峭的平衡加载脉冲,从而实现中应变率试验;通过自定心夹具、液压缸的精密共轴保证试验的可靠性;辅以定位装置实现对试件的加卸载;同时通过力传感器及配套研制的高动态应变仪、光学引伸仪完成应力、应变的测量,经实验考评,表明装置是可靠的。     

一种绸布的冲击拉伸性能实验

采用改进的分离式Hopkinson拉杆测试技术对低强度材料进行动态拉伸。该装置采用铝杆作为透射杆,并且透射杆采用半导体应变片。针对一种芳纶绸布材料,进行了试样两端应力平衡、实验速度、半导体应变片与电阻应变片测量的验证,获得了不同速度下被测材料的本构曲线,并通过高速照相机清楚地观察了试样的整个破坏过程。实验结果表明,设计的实验方法行之有效。     

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。     

A Novel Fluid Structure Interaction Experiment to Investigate Deformation of Structural Elements Subjected to Impulsive Loading

This paper presents a novel experimental methodology for the study of dynamic deformation of structures under underwater impulsive loading. The experimental setup simulates fluid–structure interactions (FSI) encountered in various applications of interest. To generate impulsive loading similar to blast, a specially designed flyer plate impact experiment was designed and implemented. The design is based on scaling analysis to achieve a laboratory scale apparatus that can capture essential features in the deformation and failure of large scale naval structures. In the FSI setup, a water chamber made of a steel tube is incorporated into a gas gun apparatus. A scaled structure is fixed at one end of the steel tube and a water piston seals the other end. A flyer plate impacts the water piston and produces an exponentially decaying pressure history in lieu of explosive detonation. The pressure induced by the flyer plate propagates and imposes an impulse to the structure (panel specimen), which response elicits bubble formation and water cavitations. Calibration experiments and numerical simulations proved the experimental setup to be functional. A 304 stainless steel monolithic plate was tested and analyzed to assess its dynamic deformation behavior under impulsive loading. The experimental diagnostic included measurements of flyer impact velocity, pressure wave history in the water, and full deformation fields by means of shadow moiré and high speed photography.