PVDF压电计在低应力下的动态标定

PVDF是一种新型的高分子压电型传感器材料，应用于冲击载荷时，其压电灵敏系数的动态标定是个关键技术．采用改进的SHPB实验技术对低应力下的PVDF压电计的动态K值的标定进行了研究，并分别对3种不同引线方案的PVDF压电计进行了动态标定，发现动态K值的大小与引线面积之间存在一定的关系．     

确定SHPB实验中延迟时间的曲线拟合法

 利用已知的试件密度，用预估的透射波与实测的透射波进行早期形状比较，确定试件弹性波速度，进而确定了SHPB试验数据处理时的延迟时间。     

冲击载荷下圆环纵向压缩力学行为研究

选用外径、内径和高度三者比值为6∶3∶2的铝合金圆环试件作为研究对象,在粗磨、细磨和润滑三种端面粗糙条件下,利用SHPB实验方法研究了其纵向动态压缩行为。实验结果表明:随着端面摩擦系数的增大,对应的屈服强度和硬化强度增大明显。同时,圆环纵向压缩应力应变曲线有一个明显的应力下降段。其原因是圆环在塑性压缩过程从内而外发生了动态塑性失稳。由于端面应力不均匀和压缩过程端面摩擦系数不均匀变化,试件前后端面的压缩变形明显不一致。数值模拟分析了不同表面粗糙情况下的圆环纵向压缩过程,得到了和实验相类似的现象。     

基于SHPB的球形压痕实验方法

提出一种基于霍普金森压杆装置的动态球形压痕实验方法,通过将硬质合金小球置于2个试件中间,实现加载过程中2个试件的同时压入,以得到准确的压痕力与位移的关系。利用有限元软件ABAQUS/Explicit对该实验方法进行了数值模拟,从实验结果的可行性、准确性等方面,对新实验方法与传统的动态压痕实验方法进行了比较;采用新方法对铝合金材料进行了实验,并得到了压入力-位移曲线等关系。研究结果表明:采用新实验方法能得到较准确的结果,能较真实地描述压痕过程。     

冲击作用下的摩擦力效应实验研究

针对摩擦力效应产生的机理, 本文设计了三种不同尺寸的试件进行SHPB实验, 得到了摩擦力效应对实验的定量影响, 在此基础上对混凝土的DIF进行了修正研究, 为混凝土抗冲击工程设计提供了参考依据. 关键词： 冲击 混凝土 SHPB 摩擦力     

组合式隔热陶瓷短杆高温SHPB实验技术

讨论和分析了当前高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,为了获得材料在高温下可靠的动态力学性能,建立了一套在压杆和试件之间添加隔热陶瓷短杆的高温SHPB实验系统。相比于传统接触式高温SHPB方案,该系统可以使用在更高的冲击载荷和温度下,与机械对杆方案相比,实验装置及其控制要简便许多。结合有限元模拟,对陶瓷短杆及温度场对压杆中应力波传播的影响进行了相应的评估,并利用这套实验系统得到了800℃下HR2抗氢钢的动态压缩应力-应变曲线。     

PVDF压电计的动态响应特性及其在橡胶材料SHPB实验中的应用

通过夹心式PVDF(Polyvinylide Fluoride)压电计的动态分离式Hopkinson压杆(SHPB)标定实验,系统地讨论了传感器的动态响应特性,其中包括测量电路、PVDF表面应力集中、压电计的材料及结构特性和同一压电计受多次撞击对测试信号的影响,为PVDF压电计的制作工艺研究提供参考。利用标定好的压电计测试了橡胶材料在SHPB实验中的动态应力均匀过程。结果表明:调节并联电阻值可以提高压电计的传感精度;增大压电计的敏感面积可以减小因应力集中所造成的信号失真;材料的热粘塑性性质、摩擦效应等将使信号振荡幅度偏小;多次撞击对信号的加载与卸载段都将产生影响,但当传感器表面未发生明显损伤时,测试的应力平台平均值与真实信号近似相同。     

The Dynamic Impact Experiments Under Active Confining Pressure and the Constitutive Equation of PP/PA Blends at Multi-Axial Compressive Stress State

Summary : A special active hydraulic confining pressure installation matched with Φ14.5 mm SHPB apparatus was developed. A series of active confining pressure impact experiments for PP/PA blends are performed in this special SHPB system under two kinds of axial strain rate: 8.0*10², 1.4*10³ s⁻¹ and the active confining pressure of 0 MPa, 4 MPa, 8 MPa, 12 MPa, 15 MPa, 20 MPa. The axial strain-time profile, the axial stress-time profile and the hoop strain-time profile of the specimen are recorded online respectively. According to the equilibrium equation, the complete state of principal stress and principal strain of PP/PA blends under multi-axial stress state is analyzed. The experimental results reveal that the axial stress-strain curves all are related to the confining pressure and the strain rate. It can also be seen that under a constant effective strain rate the effective stress- effective strain curves at different confining pressures are coincident basically. This manifests that under a certain effective strain rate there is only one unique effective stress- effective strain curve. The multi-axial constitutive equation for PP/PA blends is suggested finally as: where σ_conf is the confining pressure value. For 113 PP/PA blends, E = 2.98 GPa, α = −31.15 GPa, β = 93.31 GPa, θ₂ = 8.54 µS, E₂ = 0.82 GPa.     

99氧化铝陶瓷在不同应变率下的破碎特性

开展了99氧化铝陶瓷在不同应变率下的轴向压缩实验,通过对相应应变率下的试件碎片进行软回收,并结合筛余法对碎片进行几何表征,获得了不同应变率下的碎片尺寸分布曲线和试件破坏的能量吸收过程,建立了颗粒陶瓷的外力功与相对破碎率之间的关系。采用数字图像相关(Digital image correlation,DIC)技术获取了不同应变率下沿加载方向的应变场,并结合能量吸收过程和碎片级配表现分析了破坏模式。实验结果表明:99氧化铝陶瓷的破坏强度与应变率呈正相关,在中应变率下,能量吸收率与应变率呈负相关,由于能量吸收机制的改变,样品初始为劈裂破坏;当应变率达到401 s^?1时,破坏模式变为劈裂-粉碎混合破坏;随着应变率继续增大,试件变为粉碎破坏,颗粒平均粒径减小,碎片尺寸趋同,应力集中的影响逐渐减弱。分析了能量、破坏过程、碎片分布之间的关系,最终获得了碎片分布规律以及破碎特性。     

基于PVDF薄膜传感器的猪肝动态压缩力学性能测试

瞬态冲击载荷作用下肝脏的力学响应是损伤生物力学的重要研究内容。本文提出了一种可用于软组织动态压缩力学特性测试的改进SHPB(分离式霍普金森压杆,Split Hopkinson Pressure Bar)方法。该方法采用PVDF(聚偏氟乙烯,Polyvinylidene Fluor)压电薄膜传感器测量实验过程中试件两端面的受力,以此来计算试件的应力,从而无需测量透射杆上的微弱透射信号。猪肝试样前后端面的PVDF压电信号对比表明,加载过程中试样达到了动态应力平衡状态。试样动态压缩中的惯性效应主要在加载的初始阶段对透射应力信号造成较大影响,在大变形阶段惯性效应引起的轴向应力较小。利用此方法对猪肝组织进行三种高应变率(1800s^-1,2500s^-1,3500s^-1)的动态压缩实验,并采用基于真实应变的惯性效应公式对实验数据进行修正计算。结果表明:猪肝组织在准静态与高应变率时的应力应变曲线都呈现出凹向上的非线性特征,即曲线初始阶段应力增长较缓慢,当应变达到15%后应力值则迅速增大;猪肝组织也具有明显的应变率效应,即随着应变率的增加,应力应变曲线的整体应力值也随之增大。最后,采用黏超弹性本构模型描述了猪肝组织的动态应力应变曲线。