冲击载荷下土的动态力学性能研究

 利用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）技术,研究了土体在不同应变率条件下的冲击动态力学性能,发现土体有明显的应变率效应,与静载相比,冲击载荷下土的动强度和动模量均有很大的提高。根据实验曲线的特征,以一根线性弹簧和两个不同松弛时间的Maxwell体并联的粘弹性模型来表达土体的损伤型粘弹性本构模型,两个Maxwell体分别表示土体的低应变率响应和高应变率响应,模型的数值拟合曲线与实测动态本构曲线具有较好的一致性。拟合参数表明,土体对低应变率的响应与混凝土相同,对高应变率的敏感性远远高于混凝土。     

铝合金应变率效应综述及其机理研究

铝合金材料的动态力学性能已有了大量的研究,许多文献表明铝合金有着复杂的应变率效应,而且不同种类铝合金的应变率效应研究也不够充分具体。本文对铝合金应变率效应已有的研究进行归纳和总结,并在微观层面对铝合金的应变率效应进行了理论机理解释。此外,对于在铝合金材料中常用的Johnson-Cook本构模型的改进进行了研究总结。     

冻土单轴动态加载下的应力应变关系

研究冻土在冲击加载下的动态力学行为对寒区的工程建设、交通运输等都有着重大的意义。该研究在粘弹性模型的基础上,考虑了损伤和温度的影响,建立了能够合理描述冻土在单轴冲击荷载作用下的应力-应变行为的本构模型。并进行了冻土霍普金森压杆冲击动态实验,对比实验曲线和所建立的本构模型曲线,发现拟合良好,具有一定的工程应用价值。     

冻土单轴动态加载下的力学性能

研究冻土的动态力学性能对于地下工程人工冻结法施工等具有重要意义。本文应用分离式霍普金森压杆(SHPB),研究了冻土单轴动态加载下的力学性能,涉及-3、-8、-13、-17、-23和-28℃共6个负温的冻土,应变率范围350～1200s-1。获得了相应条件下的冻土应力应变关系。冻土的单轴动态应力应变曲线具有脆性特征。发现冻土具有温度和应变率效应,其强度随温度降低和应变率增大而增大,最终应变随应变率增大而增大。冻土温度越低,应变率敏感性越强;加载应变率越高,冻土的温度效应越显著。文中提出的粘弹性损伤型本构模型能够较好的描述6个温度冻土的应力应变关系。     

含损伤的冻土本构模型及耦合问题数值分析

从复合材料的细观力学机理出发，建立了含损伤的冻土弹性本构模型. 对于在不同冰体积 含量和不同温度下的冻结砂土，由该损伤本构模型计算的结果与实测的应力-应变曲线比较 吻合. 利用自主开发的程序，分别对渠道冻结和冻土路基的水分场、温度场、应力场3场耦 合进行数值模拟，得到了比较准确、详尽的符合实际的温度场与应力场、位移场、应变场耦 合的计算结果，与前人的计算及实测结果相符合，规律一致. 表明该程序能够计算冻土材料 的相关物理量，并能很好地描述这些相关物理量之间的关系.     

基于内时理论的冻土试验研究与数值分析

从内时理论出发,基于考虑了温度和应变率影响的冻土内时流变本构方程,采用Matlab拟合法确定内时材料参数,对冻土在单轴和3轴应力条件下的应变进行了求解、分析与试验验证,并将理论结果与试验所得的应力-应变曲线进行了比较,理论曲线与试验曲线基本吻合. 与传统塑性理论的研究方法相比,内时理论的研究方法可以免去确定屈服面的困难. 基于所使用的内时本构模型,对冻土路基的冻结进行了数值分析,结果表明该理论具有很好的适用性.      

Dynamic behavior of frozen soil under uniaxial strain and stress conditions

The split Hopkinson pressure bar (SHPB) method is used to investigate the dynamic behavior of the artificial frozen soil under the nearly uniaxial strain and uniaxial stress conditions. The tests are conducted at the temperatures of −3^?C, −8^?C, −13^?C, −17^?C, −23^?C, and −28^?C and with the strain rates from 900 s⁻¹ to 1 500 s⁻¹. The nearly uniaxial stress-strain curves exhibit an elastic-plastic behavior, whereas the uniaxial stress-strain curves show a brittle behavior. The compressive strength of the frozen soil exhibits the positive strain rate and negative temperature sensitivity, and the final strain of the frozen soil shows the positive strain rate sensitivity. The strength of the frozen soil under the nearly uniaxial strain is greater than that under the uniaxial stress. After the negative confinement tests, the specimens are compressed, and the visible cracks are not observed. However, the specimens are catastrophically damaged after the uniaxial SHPB tests. A phenomenological model with the thermal sensitivity is established to describe the dynamic behavior of the confined frozen soil.     

轴对称粗糙圆杆的扭转变形

本文旨在研究轴对称表面粗糙圆杆的扭转变形。通过微元法,推导了轴对称表面粗糙圆杆的控制微分方程。结合摄动法和离散傅里叶变换,获得了粗糙圆杆的扭转角摄动解。对比典型粗糙圆杆的材料力学解析解或有限元解,验证了本文摄动解的有效性。通过系统计算,探究了粗糙面的统计参数对于扭转角的影响规律并建立了经验公式。本文的研究成果拓展了材料力学中扭转问题解的范围,并为数学物理方法提供了具体的力学实践。     

5083H111铝合金宽应变率拉伸动态本构模型

结合5083H111铝合金较宽应变率范围2×10-4 ~ 4×102s-1内的拉伸实验数据,揭示该铝合金的拉伸“V”型率效应特征,分析对数应变率敏感系数λ和切线模量Et的应变率和应变相关性,进而通过对Johnson-Cook模型的修正来建立合理描述5083H111铝合金较宽应变率范围内的动态拉伸本构模型。建立的动态本构模型中,流动应力包括应变率相关和应变相关两部分。该模型合理描述了5083H111铝合金的拉伸“V”型率效应特征,预测结果与实验结果较为一致。另外,结合破坏应变的对数应变率敏感系数β,得到了拉伸破坏应变预测方程,其预测结果也与实验结果基本一致。     

连续激光与单脉冲纳秒激光对CMOS的损伤效应

针对前照式有源型可见光互补金属氧化物半导体(CMOS)器件,开展了1080nm连续激光与1064nm单脉冲ns激光损伤效应的对比研究,观察到了CMOS出现点损伤、半边黑线损伤与十字交叉黑线损伤三个典型的硬损伤阶段,并分析了损伤机理。在连续激光辐照下,损伤效应主要是热效应的影响。当辐照时间小于稳态时间时,辐照时间越长,损伤阈值越低,当辐照时间大于稳态时间时,损伤阈值趋于稳定值。对损伤后的CMOS器件的微观结构进行了显微观察,结合CMOS电路结构深入分析了各种典型实验现象的损伤机理,半边黑线损伤与十字交叉黑线损伤主要是不同层金属线路熔断导致信号断路。在单脉冲ns激光作用下,CMOS像元表面的硬损伤主要是激光加热作用和等离子体冲击波作用引起的。