PVDF应力测量技术及在混凝土冲击实验中的应用

介绍了使用PVDF(polyvinylidene fluoride,聚偏二氟乙烯)应力计的应力直接测量技术。在SHPB装置上进行自制PVDF应力计动态压电系数的标定实验,分析了应力集中、横向泊松效应、摩擦效应对PVDF应力计信号及动态压电系数的影响。用PVDF应力计进行了混凝土的冲击压缩实验。利用混凝土前后端面PVDF应力计信号分析了实验过程中混凝土试样的应力均匀性。与应变计直测应变技术相结合得到了混凝土的动态应力-应变关系。     

冲击加载条件下材料之间摩擦系数的确定

尝试利用自制分离式霍普金森压剪装置对聚氨酯泡沫塑料、硅橡胶和MDF水泥材料与铝合金在冲击加载条件下的摩擦系数进行测试.结果表明:在冲击加载条件下,聚氨酯泡沫塑料、硅橡胶和MDF水泥与铝杆之间的摩擦系数与材料的性质关系不大,其摩擦系数测试结果存在一定的分散性,摩擦曲线出现抖动,且与加载条件有关,摩擦系数比通常意义下所得到的摩擦系数小;不同加载条件对所测试材料与铝压杆之间的摩擦系数数值影响不大,只是曲线的走势稍有不同.在冲击加载条件下硬质聚氨酯泡沫塑料与铝杆之间的静摩擦系数为0.29,动摩擦系数为0.25;硅橡胶与铝杆之间的静摩擦系数为0.285,动摩擦系数为0.24;MDF水泥与铝合金杆之间的静摩擦系数为0.28～0.29,动摩擦系数约0.23.     

α-钛合金TA6的动态力学性能和剪切现象分析

诸多文献已经报道了β和(α β)钛合金冲击和爆炸加载下的绝热剪切现象,本文利用分离式的Hopkinson压杆和反射式Hopkinson拉杆对α-钛合金TA6的动态力学性能进行研究,得到不同应变率下材料的应力-应变曲线,发现钛合金TA6和其他钛合金一样也是一种应变率敏感材料。冲击拉伸加载时破坏形状45度剪切断口,然而其在冲击压缩应力作用下体现为典型的韧性,并未出现其它类型钛合金通常会出现的绝热剪切破坏。进一步分析表明:α-钛合金TA6不同于β和(α β)的钛合金,α-钛合金TA6相对于β和(α β)的钛合金是一种绝热剪切不敏感的材料。同时也利用应力状态的柔韧系数的概念对拉伸时45度的剪切断口解释。     

Influence of Molecular Conformation on the Constitutive Response of Polyethylene: A Comparison of HDPE, UHMWPE, and PEX

The current work presents the characterization and comparison of the mechanical response of three different industrial forms of polyethylene. Specifically, high-density polyethylene (HDPE), ultra high molecular weight polyethylene (UHMWPE), and cross-linked polyethylene (PEX) were tested in compression as a function of temperature (−75 to 100°C) and strain-rate (10⁻⁴ to 2,600 s⁻¹). The responses of UHMWPE and PEX are very similar, whereas HDPE exhibits some differences. The HDPE samples display a significantly higher yield stress followed by a flat flow behavior. Conversely UHMWPE and PEX both exhibit significant strain hardening after yield. The temperature and strain-rate dependence are captured by simple linear and logarithmic fits over the full range of conditions investigated. The yield behavior is presented in terms of an empirical mapping function that is extended to analytically solve for the mapping constant. The power-law dependence on strain-rate observed in some polymers is explained using this mapping function.     

A rigorous assessment of the benefits of miniaturization in the Kolsky bar system

A rigorous experimental and numerical assessment is made of the benefits and limits of miniaturization in the Kolsky bar system. The primary issues that arise in very high strain rate testing (stress equilibration, inertial effects, wave dispersion, friction, and controllability of deformations) are addressed through experiments coupled with explicit finite element analyses. A miniaturized Kolsky bar system that includes the input bar is developed, together with the use of the laser occlusive radius detector to obtain local measurements of specimen strain during the very high rate deformations. It is demonstrated that this miniaturized Kolsky bar system can be used to provide fully validated results, including the explicit determination of equilibration, over a very wide range of strain rates (1×10³ to 5×10⁴ s⁻¹). The desired high strain rate can be achieved even at low accumulated strains, and the total strain developed can be controlled very effectively. Specific conditions are developed for determining the range of utility of the technique for a given material. The technique is applied to the characterization of 6061-T651 aluminum, and the results are compared with the results obtained using a conventional Kolsky bar.     

SHPB试验中粘弹性材料的应力均匀性分析

采用特征线解法，对满足ZWT方程的粘弹性材料在高应变率SHPB试验中的应力均匀性进行了数值研究。着重分析了不同的材料本构粘性(松弛时间)、瞬态波阻抗比和入射波升时对于试样中应力均匀性、应变均匀性和平均应变率等的影响。为今后动态试验的试样设计提供了一定的理论依据。     

基于FDM-DEM耦合的冲击损伤大理岩静态断裂力学特征研究

为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征,基于有限差分（finite difference method,FDM）-离散元（discrete element method,DEM）耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）数值模型,其中杆件系统和岩石试件分别采用FLAC3D和PFC3D程序建模。利用该模型对中心直切槽半圆盘（NSCB）试样进行了恒定子弹速度下的循环冲击,随后对受损试样进行静态三点弯曲断裂实验。通过编写Fish程序,提取试样断裂面数据,对断裂面进行重构并定量计算表面粗糙度。通过与相关室内实验结果的对比分析,验证了本文数值分析的合理性与可靠性。模拟结果表明,随着循环冲击次数的增加,试样内部微裂纹、破碎颗粒均增加。连接力场分布混乱,部分力链发生断裂。力链的变化是试样力学性能劣化的根本原因。在静态三点弯曲断裂实验中,冲击5次后试样的静态断裂韧度较天然试样产生一定程度的降低。试样在静载过程中产生的微裂纹和碎块的数量随循环冲击次数的增加而增加,断裂面粗糙度随循环冲击次数的增加而增加。     

干燥和水饱和花岗岩的动态断裂特性

利用霍布金森压杆实验研究了干燥和水饱和花岗岩试件的动态应力应变关系。实验得到了干燥和水饱和花岗岩试件的平均动态拉断强度，表明水饱和花岗岩试件和干燥花岗岩试件的抗拉强度与加载速率具有不同的关系。对实验中实测试件层裂片的厚度进行了计算分析，对岩石类介质的动态断裂准则提出了初步见解。     

侧限压缩下干燥砂的动态力学性能

通过添加波形整形器的分离式霍普金森压杆(SHPB),研究了侧限条件下干燥砂在不同应变率和 不同预压时的动态压缩力学性能,并利用MTS810材料实验系统,研究了干燥砂的准静态压缩应力应变曲 线。实验采用的材料为硅基细颗粒干燥砂,粒径分布范围为150~245m,自然堆积状态的密度为 1.40g/cm3。研究发现,应变率对干燥砂压缩过程影响不大,而不同的预压对实验结果影响显著。     

水泥砂浆的一个热粘弹性率型损伤本构模型

利用SHPB实验系统及自行研制的混凝土类材料快速高温加热设备,对水泥砂浆试件进行了不同 温度(20~600℃)和3种冲击速度下的实验,得到了不同温度和冲击速度下水泥砂浆试件的应力应变关系曲 线。基于ZWT粘弹性本构模型,并且考虑高温下水泥砂浆损伤演化规律都服从Weibull分布,提出了一个水 泥砂浆的热粘弹性率型损伤本构模型。通过数据拟合,获得了本构模型的相关参数,结果表明:理论预测和实 验结果吻合良好。