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相似文献
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1.
用Hopkinson压杆技术研究试样几何对动态起裂韧性的影响   总被引:5,自引:3,他引:5  
孙洪涛  刘元镛 《实验力学》1996,11(2):141-146
为了考察试样几何对材料动态起裂韧性KId的影响,本文采用Hopkinson压杆技术对不同厚度、不同裂纹长度的30CrMnSiNi2A三点弯曲试样进行了试验,并在用实验──数值法确定KId过程中首次尝试性地引入了三维有限元。试验结果表明:在小范围屈服情况下,试样几何确实对KId存在影响,而且KId的厚度效应对平面尺寸效应更为显著。  相似文献   

2.
高加载率下Ⅱ型裂纹试样的动态应力强度因子及断裂行为   总被引:3,自引:1,他引:3  
采用Hopkinson单压杆技术对单边平行双裂缝试样进行高速剪切加载,用实测的试样加载面上的载荷p(t)结合有限元计算确定其动态应力强度因子。同时还发展了一种用实测的裂尖动态应变,通过在准静态下标定的裂尖应变与应力强度因子间的关系来确定动态应力强度因子的近似方法。实验结果表明,对于稳定裂纹在无边界反射应力波干扰的情况下,两种方法获得的动态应力强度因子吻合得相当好。对40Cr钢和Ti6Al4V钛合金两种材料的动态Ⅱ型断裂实验结果显示出两种完全不同的剪切破坏模式和机理。  相似文献   

3.
用弹簧质量模型求解三点弯曲试样的动态应力强度因子   总被引:9,自引:0,他引:9  
用弹簧质量模型求解三点弯曲试样的动态应力强度因子李玉龙,刘元镛(西安西北工业大学,710072)关键词动态应力强度因子,等效刚度,等效质量,阶跃载荷,有限元法1引言动态起裂韧性K;d(》)是含裂纹体在冲击载荷作用下,起裂控制设计的一个基本参数,象静态...  相似文献   

4.
40CrNiMoA钢的动态剪切断裂行为研究   总被引:5,自引:0,他引:5  
采用Hopkinson单压杆技术对40CrNiMoA钢单边平行双裂缝试样进行高速剪切加载,得到了在不同动态高加载率时的动态断裂起始韧性。实验表明,在实验的加载率范围内,沿原裂纹方向扩展的动态剪切型断裂存在两种不同的断裂模式,分别称为常规的韧性剪切断裂模式和绝热剪切型断裂模式。前者的断裂韧性随加载率的提高而增大,而后者的断裂韧性则随加载率的提高而减小。根据对这两种断裂行为及其相互转变的实验结果的分析探讨,认为存在一个临界应力强度因子率Kcd,它表征两种断裂模式发生转变的条件。  相似文献   

5.
动态起裂韧性测试过程的三维分析   总被引:1,自引:0,他引:1  
本文应用线性弹性动脉有限元分析方法,对利用HOPKINSON压杆技术测试材料动态起裂韧性的试验过程进行了三维数值计算,求得了加载波入,加载点位移,试样裂尖动脉应力强度因子,裂尖附近点应变历程以及材料动态起裂韧性值,并与实验-数值方法所得的各结果进行了比较分析。  相似文献   

6.
用裂纹张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子   总被引:4,自引:0,他引:4  
给出了一种由裂纹的动态张开位移计算三点弯曲试样的动态应力强度因子的简单方法。对于两种不同几何尺寸的试样,在三类不同载荷作用下给出了数植算例,并与完全的动态有限元方法的计算结果进行了比较。结果表明:两种方法的计算结果相当一致。最后,还给出了由测定三点弯曲试样的裂纹张开位移确定试样的动态应力强度因子,最终确定材料动态起裂韧性的方法。  相似文献   

7.
三点弯曲试样动态冲击特性的有限元分析   总被引:6,自引:0,他引:6  
本文使用动态有限元技术,对两种不同几何尺寸,两种不同材料的三点弯曲试样在三类七种不同冲击载荷作用下的动态响应进行了分析,求得了动态应力强度因子随时间的变化规律,并与准静态应力强度因子进行了比较,计算结果表明:半冲击载荷历史代入静态公式确定动态应力强度因子的做法是不正确的,要求得动态应力强度因子,必须对试样进行完全的动态分析,当材料的E/ρ值相同时,动态应力强度因子的响应曲线完全相同,而动态应力强度  相似文献   

8.
平面应变下紧凑拉伸试样的动态断裂韧性的实验研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
材料的动态断裂韧性是衡量材料在动载荷作用下抵杭裂纹扩展能力的重要指标,以往的材料动态断裂韧性测试多采用三点弯曲试样,而针对紧凑拉伸试样的动态断裂韧性研究很少.本文将紧凑拉伸试样(即CT试样)简化成等效弹簧质量模型,得到了CT试样动态应力强度因子的近似表达式.对Hopkinson压杆装置进行了改进,利用改进后的实验装置进...  相似文献   

9.
SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究   总被引:9,自引:3,他引:9  
夏开文  程经毅 《实验力学》1998,13(3):307-313
SHPB(分离式Hopkinson压杆)装置由于具有结构简单、操作方便等优点,为人们普遍采用;但作测量材料的动态高温力学性能方面还存在诸多不便之处。本文研究了附有恒温加热炉的SHPB装置,利用一维应力波传播理论和传热学原理,修正了温度梯度场对波形测量的影响,从而使SHPB装置用于高温动态力学测量更为准确可靠;并实际测量了30CrMnSiA钢从室温到高温(600℃)的动态(1.5~4.0×103s-1)应力应变曲线。  相似文献   

10.
本文使用动态有限元技术,对于两种不同几何尺寸,两种不同材料的三点弯曲试样在三类七种不同冲击载荷作用下的动态响应进行了分析,求得了动态应力强度因子随时间的变化规律。并与准静态应力强度因子进行了比较。计算结果表明:将冲击载荷历史代入静态公式确定动态应力强度因子的做法是不正确的,要求得动态应力强度因子,必须对试样进行完全的动态分析。当材料的E/ρ值相同时,动态应力强度因子的响应曲线完全相同。而动态应力强度因子分别与加载点的位移及裂纹的张开位移之间存在着与准静态情况下各自相同的线性关系。这与资料[5][6]中的结论完全相同。  相似文献   

11.
We present a procedure for measuring the dynamic fracture-initiation toughness of materials. The method is based on three-point bending tests at high loading rates, performed in an experimental device which is a modification of the classical split Hopkinson pressure bar. Coupled with the loading device, a high-speed photography system was used to measure the crack mouth opening displacement (CMOD) directly on the specimen. The stress intensity factor was calculated by three different simplified methods and the time to fracture was obtained from an appropriate specimen instrumentation. To evaluate the results derived from the simplified methods, a two-dimensional full-numerical analysis of the dynamic bending fracture test was made. The model includes the specimen, the input bar, the impacting projectile and the supporting device and takes into account the possible loss of contact during the experiment between the input bar and the specimen and between the specimen and its supports. From the tests and numerical results, it can be concluded that the CMOD procedure, together with the knowledge of the time to fracture determined using crack gages, seems to be the best method for measuring dynamic fracture-initiation toughness.  相似文献   

12.
Dynamic fracture toughness determined from load-point displacement   总被引:6,自引:0,他引:6  
The paper presents a method to determine dynamic fracture toughness using a notched three-point bend specimen. With dynamic loading of a specimen there is a complex relation between the stress-intensity factor and the force applied to the specimen. This is due to effects of inertia, which have to be accounted for to evaluate a correct value of the stress-intensity factor. However, the stress-intensity factor is proportional to the load-point displacement if the fundamental mode of vibration is predominant in the specimen. The proportionality constant depends only on the geometry and stiffness of the specimen. In the present method we have measured the applied force and load-point displacement by a modified Hopkinson pressure bar, where two-point strain measurement has been used to evaluate force and displacement for times greater than the transit time for elastic waves in the Hopkinson bar. We have compared the method with the stress-intensity factor derived from strain measurement near the notch tip and good agreement was obtained. The method is well suited for high-temperature testing and results from fracture toughness tests of brittle materials at ambient and elevated temperatures are presented.  相似文献   

13.
邹广平  谌赫  唱忠良 《力学学报》2017,49(1):117-125
冲击剪切载荷作用下动态断裂韧性的测定是材料力学性能和断裂行为研究中重要组成部分.为了测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,许多学者采用不同的试样与实验方法进行了实验,但限于实验条件,裂纹断裂模式往往是I+Ⅱ复合型,而不是纯Ⅱ型,因而不能准确测得材料的Ⅱ型动态断裂韧性.鉴于此,本文基于分离式霍普金森拉杆(split Hopkinson tension bar,SHTB)实验技术,提出一种改进的紧凑拉伸剪切(modified compact tension shear,MCTS)试样,通过夹具对MCTS试样施加约束,从而保证试样按照纯Ⅱ型模式断裂.采用实验-数值方法对MCTS试样动态加载过程进行分析,将实验测得的波形输入有限元软件ANSYS-LSDYNA,得到了裂纹尖端应力强度因子-时间曲线,并与紧凑拉伸剪切(compact tension shear,CTS)试样进行了对比.同时采用数字图像相关法进行了实验,验证了有限元分析结果.结果表明,MCTS试样在整个加载过程中K_I K_Ⅱ,裂纹没有张开;而CTS试样在同样的加载过程中K_IK_Ⅱ,出现裂纹张开现象.这说明MCTS试样能够准确地测定材料的Ⅱ型动态断裂韧性,为材料动态力学测试提供了一种有效的实验技术.  相似文献   

14.
A Semi-Circular Bend Technique for Determining Dynamic Fracture Toughness   总被引:6,自引:0,他引:6  
We propose and validate a fracture testing method using a notched core-based semi-circular bend (SCB) specimen loaded dynamically with a modified split Hopkinson pressure bar (SHPB) apparatus. An isotropic fine-grained granitic rock, Laurentian granite (LG) is tested to validate this dynamic SCB method. Strain gauges are mounted near the crack tip of the specimen to detect the fracture onset and a laser gap gauge (LGG) is employed to monitor the crack surface opening distance. We demonstrate that with dynamic force balance achieved by pulse shaping, the peak of the far-field load synchronizes with the specimen fracture time. Furthermore, the evolution of dynamic stress intensity factor (SIF) obtained from the dynamic finite element analysis agrees with that from quasi-static analysis. These results prove that with dynamic force balance in SHPB, the inertial effect is minimized even for samples with complex geometries like notched SCB disc. The dynamic force balance thus enables the regression of dynamic fracture toughness using quasi-static analysis. This dynamic SCB method provides an easy and cost-effective way to measure dynamic fracture toughness of rocks and other brittle materials.  相似文献   

15.
岩石动态断裂韧度的尺寸效应   总被引:1,自引:0,他引:1  
采用两种圆孔裂缝平台巴西圆盘试件(一种为直径分别为42、80、122、155 mm的几何相似试件,另一种为直径80 mm、仅裂缝长度不同的单一尺寸试件)对岩石动态断裂韧度的尺寸效应进行了研究。给出了在霍普金森压杆系统上对试件进行径向撞击产生的应变波形和断裂模式。实验结果表明,对于几何相似试件,动态断裂韧度的测试值随着尺寸的增大而增大,而对于单一尺寸试件,其测试值随着中心裂缝长度的增加呈现先增大后减小的趋势。裂缝前端的断裂过程区长度和孕育时间是岩石动态断裂韧度测试值表现为尺寸效应的主要原因,为了减小尺寸效应,建立了考虑这两个参数在空间-时间域对动态应力强度因子的分布进行积分后再平均来确定岩石动态断裂韧度的方法。  相似文献   

16.
Dynamic fracture initiation toughness of marble was tested using two types of the holed-cracked flattened Brazilian disc (HCFBD) specimens, which were diametrically impacted at the flat end of the disc by the split Hopkinson pressure bar (SHPB) of 100 mm diameter. One type of the discs is geometrically similar with different outside diameter of 42 mm, 80 mm, 122 mm and 155 mm respectively, and with crack length being half the diameter; another type of the discs has identical 80 mm diameter and different crack length. Issues associated with determination of the stress wave loading by the SHPB system and the crack initiation time in the disc specimen were resolved using strain gage technique. The stress waves recorded on the bars and the disc failure patterns are shown and explained. The tested dynamic fracture toughness increases obviously with increasing diameter for the geometrically similar HCFBD specimens. It changes moderately for the one-size specimens of identical diameter and different crack length. The size effect of rock dynamic fracture toughness is mainly caused by the fracture process zone length l and fracture incubation time τ, the latter being an additional influencing factor for the dynamic loading as compared with the counterpart static situation. Hence a method is proposed to determine a unique value for the dynamic fracture initiation toughness, the approach takes average of the local distribution and time history for dynamic stress intensity factor in the spatial-temporal domain, which is defined by l and τ jointly. In this way the dynamic size effect is minimized.  相似文献   

17.
基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
混凝土、岩石类材料在复杂应力状态下的动态力学性能研究一直备受关注,但鉴于动态实验的复杂性,对真三轴应力状态下材料的动态加载一直未曾实现。本文中研制了一套真三轴静载作用下混凝土、岩石类材料的“三维Hopkinson杆”动态力学实验系统,为冲击载荷作用下材料动态各向异性特性的研究提供了一种有效的实验测试技术。该系统采用液压伺服控制对立方体试件施加三向独立的0~100 MPa真三轴静载,再利用分离式Hopkinson压杆对试件施加冲击动载,具体研究了C30混凝土材料在不同真三轴静载条件下的动态压缩性能,得到了不同条件下X、Y、Z方向上的动态应力应变关系。  相似文献   

18.
爆炸、冲击、地震等人为或自然灾害不可避免,经常造成大量土木工程设施的破坏,因此岩石在动态载荷作用下的行为受到特别关注.岩石动态断裂韧度是评价岩石抵抗裂纹动态起裂、扩展和止裂性能的材料参数,开展岩石动态断裂韧度测试方法的研究对相关理论基础和实验技术的要求较高.岩石动态断裂韧度分为动态起裂、动态扩展、动态止裂三种,虽然关于动态起裂和动态扩展的研究已有一些成果,对岩石动态止裂的研究仍是一个难题,至今几乎无人问津.研究表明,在分离式霍普金森压杆撞击压缩单裂纹圆孔板岩石试样的I型动态断裂试验中,动态起裂、扩展、止裂的全过程可以由黏贴在压缩单裂纹圆孔板试样上的裂纹扩展计监测,岩石的动态起裂、扩展、止裂韧度可以用实验-数值-解析法确定.特别值得一提的是首次测出了岩石的动态止裂韧度.裂纹扩展计信号还显示,压缩单裂纹圆孔板在止裂后,停止的裂纹还会再次动态起裂、扩展并超出裂纹扩展计的检测范围.从能量的角度分析了动态止裂的过程,指出测试动态止裂韧度时要注意的一些问题.结果显示,岩石动态起裂韧度和动态扩展韧度分别随动态加载率和裂纹扩展速度的增大而增大,岩石动态起裂韧度略大于动态止裂韧度.   相似文献   

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