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。     

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     

一种用于动态拉伸试验装置的新型试件装卡方式

针对杆杆型动态拉伸试验系统设计了一种新型的楔形卡口试件装卡方式.利用ANSYS/LS-DYNA软件,建立采用该新型试件装卡方式的直接式杆杆动态拉伸系统的三维有限元模型,并进行数值仿真试验.得到的波形与SHB(Split Hopkinson Bar)试验典型波形相符合,得到的动态应力应变曲线与输入材料模型曲线趋势是一致的.利用这种装卡方式对一种2024铝合金进行动态拉伸试验,得到的动态拉伸应力应变曲线与利用SHPB试验得到的动态压缩曲线基本一致,证明这种新型试件装卡方式是有效的.     

单向KFRP的应变率相关的本构方程

在旋转盘式杆杆型冲击拉伸试验装置上 ,对单向Kevlar 49纤维增强酚醛树脂复合材料(KFRP)进行了冲击拉伸试验 ,得到了应变率为 15 0 ,40 0和 15 0 0s-1下的单向KFRP的完整拉伸应力应变曲线 ;结果表明 ,单向KFRP的力学性能是应变率相关的。通过改进复合丝束模型 ,建立了计及应变率效应的单向KFRP的一维损伤宏观本构方程。     

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     

ARALL 材料拉伸力学性能的试验研究

利用自行研制的旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置对ＡＲＡＬＬ材料以及施加预应力的ＡＲＡＬＬ材料进行了３个应变率（２００、５００、１３００ｓ－１）的冲击拉伸试验，得到了两种材料在不同应变率下的完整的应力应变曲线。结果表明ＡＲＡＬＬ材料在高速加载条件下的变形可以分为弹性变形、塑性变形和材料失稳后的残余变形三个部分，每个部分都有不同的变形机理。结果还表明，随着应变率的增加两种材料的屈服应力、失稳应力以及失稳应变均相应增加，表现出明显的应变率强化和动态韧性现象。最后根据材料在不同应变率下的试验结果，建立了ＡＲＡＬＬ材料计及应变率影响的三段线性本构模型。     

聚碳酸酯的高应变率拉伸实验

为了解应变率对聚碳酸酯拉伸力学行为的影响,在旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验机和MTS809材料试验机上,对聚碳酸酯棒材进行了高应变率和准静态加载下的单向拉伸试验,应变率分别为380 s-1、800 s-1、1750 s-1和0.001 s-1、0.05 s-1,得到了聚碳酸酯的拉伸应力应变曲线.试验结果表明:聚碳酸酯的拉伸力学性能具有明显的应变率相关性,其屈服应力和失稳应变随应变率的增加而增大.依据试验结果,采用朱王唐粘弹性本构模型来描述聚碳酸酯的非线性粘弹性拉伸力学行为.模型结果显示,在本文实施的应变率范围内,朱王唐模型可以较好地表征聚碳酸酯的拉伸应力应变响应.     

傅立叶弥散分析在冲击拉伸和冲击压缩试验中的应用

将傅立叶弥散分析方法和程序（ＦＦＴＤＳＰ）应用于冲击拉伸和冲击压缩试验中，分析了输入杆和输出杆中波的弥散效应对试验结果的影响。带有弥散修正的试验结果表明，由于入射脉冲产生方式不同，冲击压缩试验系统中传播的应力波带有显著的弥散效应，而间接杆杆型冲击拉伸试验系统中传播的应力波的弥散效应一般较小。     

方板对角拉伸分叉、鼓动与起皱

以Ｈｉｌ关于弹塑性材料唯一性的充分性条件为理论基础，采用虚功率增率型原理和Ｍｉｎｄｌｉｎ曲壳单元的弹塑性大变形有限元模型成功地模拟了方板对角拉伸（ＹＢＴ）分叉后继变形的鼓动与起皱过程，并与同类实验结果进行了比较最后还讨论了板厚ｔ和端面拉伸宽度Ｂ对分叉模式和起皱模式的影响为板材成形过程中发生的分叉、鼓动与起皱现象提供一种有效的有限元数学模型     

高温冲击拉伸试验技术

在自行研制的高速旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置上。采用扁平哑铃状的试件。用耐高温无机胶使试件两端分别与输入杆和输出杆的叉口粘接；采用自行研制的高温炉对粘接后的试件进行快速接触加温，初步形成了800℃以下的高温冲击拉伸试验技术。对SUS304不锈钢板（厚度为1.1mm）实施常温至537℃的冲击拉伸试验和准静态拉伸试验。初步探索表明SUS304不锈钢是温度相关和应变率相关的材料。且在准静态和高应变率加载下均出现了高温脆化现象（室温至537℃）。     

Application of split Hopkinson tension bar technique to the study of dynamic fracture properties of materials

A novel approach is proposed in determining dynamic fracture toughness(DFT) of high strength steel,using the split Hopkinson tension bar(SHTB) apparatus,combined with a hybrid experimental-numerical method.The center-cracked tension specimen is connected between the bars with a specially designed fixture device.The fracture initiation time is measured by the strain gage method,and dynamic stress intensity factors(DSIF) are obtained with the aid of 3D finite element analysis(FEA).In this approach,the dimensions of the specimen are not restricted by the connection strength or the stress-state equilibrium conditions,and hence plane strain state can be attained conveniently at the crack tip.Through comparison between the obtained results and those in open publication,it is concluded that the experimental data are valid,and the method proposed here is reliable.The validity of the obtained DFT is checked with the ASTM criteria,and fracture surfaces are examined at the end of paper.     

薄壁异形环截面管材料环向动态拉伸特性测试

针对薄壁异形环截面管状结构,结合有限元分析,提出了基于Hopkinson拉杆技术的环向材料动 态拉伸实验方法;设计了特殊的夹具,采用空心透射杆提高透射波幅值;并对1Cr18Ni9Ti材料薄壁异形环截 面管状结构进行不同应变率下的冲击拉伸实验。实验结果表明,该实验方法可适用于这种薄壁异形环截面管 状结构,该结构具有良好的塑性变形能力,断裂应变随应变率的提高明显降低,拉伸强度随应变率的提高明显 增大。     

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.     

闭孔泡沫铝的多轴唯象受压本构参数

基于显微计算机断层扫描影像信息, 逆向重建闭孔泡沫铝试件的三维细观有限元模型, 定量研究闭孔泡沫铝在多轴压缩载荷作用下的大变形力学行为. 讨论了泡沫金属唯象弹塑性本构参数的确定方法, 根据计算结果确定了3 个有代表性的泡沫材料本构模型的本构参数, 并验证了这些本构模型在描述多轴压缩应力状态下的精度. 研究表明, 对于单轴压缩, 3 个本构模型的屈服面均有很好的精度;对于静水压缩, 有限元软件"ABAQUS"的可压缩泡沫本构模型屈服面会发生严重偏离, 陈-卢本构模型"屈服面" 略微低估静水压缩的屈服应力, 而体积强化本构模型的屈服面有很好的精度.      

单脉冲加载的Hopkinson扭杆装置

分析了反复加载现象及其对变形微结构的影响，介绍了对现有标准Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ扭杆的改进。改进后的新型Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ扭杆是具有特殊设计的加载头和传动器的四杆系统，它完全消除了应力波的反复加载效应，实现了过程的单脉冲加载。改进前后的实验波形和变形局部化微结构形态的比较证实了改进的有效性。     

复合材料后压力框加筋元件双轴拉伸试验与模拟

试验针对应用在飞机后压力框上的碳纤维织物复合材料的力学特性和设计压力框壳体加强筋的刚度匹配问题,本文设计了十字形的试件,并开展了双轴拉伸试验,测试分析了试件中心位置含有不同尺寸加强筋时对刚度和强度的影响。依照试验条件,建立有限元模型,以中心位置未加筋试件为基准,探讨了两种尺寸筋条增强效果的差异。试验与模拟结果表明:在双轴拉伸载荷作用下,帽型加强筋明显提高了试件刚度和强度;两种筋条尺寸的差异对于试件刚度和强度的影响不明显;根据重量最小的原则,在同等条件下使用较小尺寸加强筋更为合适;有限元模拟与试验结果吻合良好,验证了本文提出的试验和模拟方法可用于复杂应力条件下织物复合材料结构的力学性能分析。     

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。     

粉末冶金涡轮盘简单模拟件低周疲劳寿命研究

采用光滑圆棒试样和带孔平板试样,对不同温度下的镍基粉末高温合金(FGH95)的低周疲劳(LCF)寿命进行了试验研究和有限元分析。在详细分析试验和有限元计算结果的基础上,提出了复杂应力状态下的低周疲劳寿命模型。模型寿命表达为真实应力幅的函数,模型参数由不同应力水平加载作用下的光滑圆棒试样试验结果给定,进一步采用涡轮盘简单模拟件即带孔平板试样对比验证LCF寿命模型的有效性。有限元计算结果显示,理论预测寿命与试验结果能很好地吻合。