对于常规与脉冲造型SHPB分析的讨论

对于用常规SHPB试验确定的材料一维应力动态压缩特性,提出直接考证方法：把确定的试件材料的一维应力本构关系嵌入SHPB试验的全过程数值模拟,基本上再现了实验的反射波和透射波.把由一维准静态及动态压缩试验结果所确定的镁铝合金本构关系嵌入常规SHPB试验的全过程数值模拟,结果表明,采用SHPB试验经典分析所估算的应力、应变、应变率与试件典型差分微元在试验过程中所经受的应力、应变、应变率基本一致.本文对镁铝合金的脉冲造型SHPB试验进行了数值模拟,使试件有相当长的历时处于近乎常应变率状态.因此,对于应变率敏感材料的SHPB试验,入射波造型设计是有意义的.     

冲击载荷下高聚物动态本构关系对粘弹性波传播特性的影响

从广泛适用于工程塑料的ＺＷＴ非线性粘弹性本构方程出发，研究了冲击载荷下粘弹性波传播特性与本构特性间的相互依赖和影响。以有机玻璃、聚碳酸酯和环氧树脂为实例，通过数值模拟，对粘弹性波的传播特性作了分析比较。建议了一个在准静态试验基础上，通过测量粘弹性波两个主要传播特性参数（特征波速和衰减因子）来确定高聚物高应变率下动态本构方程的方法。理论预示和实验结果相符。     

Z型Q345冷弯钢构件率相关本构模型下的动态冲击失稳研究

以Z型Q345薄壁冷弯钢构件为研究对象, 首先测试了试验钢在10-4~102s-1应变率内的材料力学属性, 并拟合得到了由Johnson-Cook本构模型表述的材料本构参数, 同时对拉伸断裂的试件断口做了微观形貌分析. 接着, 在落锤装置上对Z型冷弯钢构件做不同速度的轴向冲击试验, 研究构件受到冲击的动态失稳变形情况. 然后, 通过ABAQUS软件建立了可以反映锤头冲击构件过程的仿真模型, 考虑应变率效应和初始缺陷等因素, 分析了构件主要部位端部质点的位移和速度变化情况以及应力波传播效应的影响. 结果表明 薄壁冷弯钢构件受到外部冲击作用会产生动态屈曲, 随着冲击载荷增大, 发展为明显的塑性变形. 应力波的传播效应对动态屈曲模态的阶跃起着关键的作用.     

低阻抗多孔材料动态弹性模量和剪切模量实验测定

介绍了PVDF压电特性，讨论了用PVDF压电计直接测SHPB实验中试件两端面的应力－时间曲线。并以泡沫铝为例，说明了PVDF压电计能够解决低阻抗多孔材料SHPB实验技术难题。同时，采用在试件的轴向和周向粘贴应变片实测试件的初始段应变－时间曲线，由周向应变与轴向应变之比求得动态泊松比。取轴向实测初始段应变－时间关系再结合PVDF压电计实测到的试件初始段应力－时间关系消去时间参数，可得到试件应力应变关系的初始段，其斜率即为在高应变率下试件的动态杨氏模量，进而与泊松比计算求得动态剪切模量。     

国产航空有机玻璃(PMMA)的非线性应力松弛行为研究

实验测定了国产航空有机玻璃PMMA在室温(20℃)、3—20.45％应变量范围内的应力松驰曲线。将用于表述中低应变率下加卸载循环的应力—应变行为的非线性本构理论,也即以考虑弹性和粘弹性变形的标准线性体和考虑塑性变形的活化粘壶作串联耦合的本构模型扩展应用到应力松弛状态,给出了相应的本构理论方程。对实验测得的应力松弛曲线进行数值拟合计算,吻合结果良好。表明所提出的本构模型也适用于描述PMMA的非线性应力松弛行为。得到了平衡态的应力一应变曲线,曲线的单调变化,表明不存在屈服极大值及以后的应变软化效应。     

有限变形的三维粘弹性本构模型(英文)

遗传积分形式与弹性元件和粘壶串并联表示的微分形式可以描述高聚物小变形情况下的粘弹性特性.文章以这些小变形的本构模型为起点,推出有限变形下的本构模型.一个有限变形过程分解成一系列微小变形子过程.小变形子过程中,应力的转动变化由弹性本构方程确定,主应力的变化由弹性元件和粘壶串并联结构的模型确定,这样提出了一个满足客观性原理的有限变形的粘弹性本构模型.模型材料参数随应变率而变,所以模型适合于从准静态到冲击载荷的较宽应变率范围.作为应用,计算了简单剪切有限变形,就建议的模型与现有的模型进行了比较,结果表明建议的模型能够描述高聚物有限变形情况下的粘弹性性质.     

改性土体材料单轴受压本构关系研究

生土材料的本构关系是分析生土建筑抗震性能及倒塌机理的重要手段之一,也是对生土建筑结构进行数值模拟的前提．通过强度试验确定粗砂及麦秸秆这两种改性材料的最优掺量后,对同尺寸的素土试块及掺和了粗砂和麦秸秆的生土材料试块进行了单轴压缩试验,得到应力-应变曲线后,用有理式和混凝土规范提出的单轴本构方程分别去拟合实验实测点．建立了改性生土材料单轴本构方程．     

水泥砂浆的率型本构方程

水泥砂浆的动态力学行为具有应变率敏感的非线性粘弹特性,并伴随着微损伤的率型演化,给出的水泥砂浆计及损伤演化的率型本构方程,与实验结果吻合良好。     

玻璃态高聚物PMMA非线性粘弹-塑性本构方程的恒应变率近似解析解

本文基于粘弹-塑性耦合的本构理论模型和玻璃态高聚物PMMA在室温(T=298 K)和应变率ε=1.0×10~(-4)-1.0×10~(-1)s~(-1)范围内实测的单轴压缩加卸载循环的应力-应变曲线,给出了非线性粘弹-塑性本构方程在恒定应变率条件下的一个近似解析解,理论计算与实测的应力-应变曲线比较结果表明:在上述试验条件范围,吻合情况十分良好。     

ZWT非线性热粘弹性本构关系的研究与应用

回顾和介绍了源于高分子材料非线性热粘弹性本构特性研究的ZWT（朱玉唐）本构模型。该模型揭示了高聚物在跨越准静态到冲击动态8个量级应变率范围和大应变下的本构非线性来自纯弹性响应而其率相关响应基本呈线性;发现准静响应和高应变率响应分别由各自的特征松弛时间控制,而各自的影响域仅为4．5个量级应变率;在同时考虑湿度效应后发展了非线性热粘弹性本构模型,并建立了相应的时间／速率与温度间的互换／等效关系;实验证实ZWT方程对热固性塑料、热塑性塑料和高聚物基复合材料都适用,并可推广到混凝土;在研究了材料内部损伤在冲击大变形下的率相关抽伤学化律后,进一步提出了计及损伤率型演化的ZWT方程和相应的双变量（应变、应变率）动态破坏准则;基于ZWT方程研究了粘弹性波的弥散和衰减特性,指出存在一个由高应变率松驰时间占统治地位的“有效传播时间”或“有效传播距离”;进而一方面提出了一个确定高聚物在高应变下粘弹性本构方程的反问题解法,另一方面把传统的SHPB弹性压杆技术推广到粘弹性压杆,从而可对低波阻抗材料进行冲击试验研究。     

混凝土动态劈裂拉伸试验的数值模拟

采用LS-DYNA有限元编码程序，对混凝土的动态劈裂拉伸试验进行了数值模拟，给出了混凝土试样在不同类型加载情况下应力分布之间的差异，证实了动态劈裂拉伸试验的有效性，提出了改进试验方法的若干结论．     

列车荷载下海相沉积软土循环累积变形研究

以宁波轨道交通1号线②、③和④层海相沉积软土为对象,进行GDS单向振动三轴试验,研究了不同动应力幅值和频率作用下软土的动力学特性.结果表明：动力幅值越大,循环累积塑性变形越大,动应力的幅值大小对累积塑性变形有较明显的影响;在动应力为12kPa时,④层粘土的累积塑性应变比相同条件下②层和③层土的应变大;在相同动应力幅值时,②和④层土随频率增大,③层土则相反.最后,利用修正的指数模型对循环加载累积塑性应变的变化进行拟合,并得到了优化的模型参数.     

一种基于微孔洞聚合模型的韧性材料失效判据

通过对阵列微孔洞附近应力场的三维有限元数值模拟计算,分析了韧性材料动态失效强度与材料应变率和材料中微孔洞相对间距的数值关系.基于微孔洞聚合模型,通过对微孔洞相对间距与微孔洞附近局部静水拉应力之间数值关系的分析,认为微孔洞之间韧带上静水拉应力对微孔洞相对间距很敏感,从而建立了以微孔洞相对间距和静水拉应力为参数的韧性材料动态失效判据.基于此失效判据,通过数值模拟得到韧性材料在不同应变率下的材料失效强度,并且可以合理解释韧性材料的动态失效.     

纳米SiO_2/尼龙6复合材料动态拉伸力学性能

纳米复合材料可以显著增加基体材料的某些性能,为了研究其在不同应变率下的力学特性和纳米颗粒的改性效果,利用拉伸式霍普金森拉杆实验装置对纳米SiO2/尼龙6复合材料进行了动态力学实验,以及讨论了应变率效应和纳米颗粒含量对基体的影响和纳米材料的增强机理.结果表明：纳米SiO2颗粒对尼龙6基体具有增强效果.     

冲击荷载下C型G550冷弯钢的断裂机理研究

以C型G550薄壁冷弯钢构件为研究对象, 通过材料在不同应变率下的拉伸实验和数值模拟数据得到Johnson-Cook (J-C)本构模型和Johnson-Cook失效模型参数. 通过Abaqus软件模拟了不同冲击荷载作用下C型冷弯钢构件撕裂破坏的全过程, 利用落锤装置轴向冲击试验进行对比, 其实验结果与有限元数值模拟结果有良好的一致性. 此外, 对冲击试样撕裂断口进行微观形貌分析, 得到构件的断裂机理. 结果表明: 随着冲击速度的提高, 冲击力对构件的加载时间增加, 构件需要较大的塑性变形来吸收冲击能量; 冲击速度越高, 裂纹扩展功所占吸收冲击能量的比例越大, 显示出高速下裂纹扩展的能力越好; 冲击速度较高时, 以脆性断裂为主, 断口出现解理面, 甚至在高速变形时发生了绝热剪切破坏.     

动载荷下颗粒增强高聚物中的损伤演化

本文讨论了在强动载荷作用下的颗粒增强高聚物中的损伤演化规律．文中首先介绍了由本文作者最近提出来的关于粒子填充高聚物的本构关系．然后研究了在平板撞击下的一维应变波的传播和衰减特性．本文基于细观力学方法研究了介质中微损伤的演化．拉应力波的作用将可能导致由于界面脱粘引起的微损伤成核，已经成核的微损伤(微孔洞)的长大与汇合将最终造成材料的动态失效．研究表明，影响微损伤演化的因素有：粒径分散度，平均粒径和界面粘结能等．然而，与准静态加载不同，在动态条件下，以上这些因素对损伤演化的影响并不十分明显．理论分析的结果是：材料的层裂破坏强烈地依赖于飞片对靶板的撞击速度，最后，本文还根据损伤演化的特征建议了一个关于粒子填充高聚物的层裂准则．     

考虑应变率效应的FRP-混凝土界面正拉黏结性能研究

为揭示FRP-混凝土界面正拉黏结性能的应变率效应, 对60个标准试件进行快速荷载下的正拉试验, 研究了加载速率、FRP种类及混凝土强度等级3个参数对FRP-混凝土界面正拉黏结强度的影响规律. 在欧洲规范建议的幂函数模型基础上, 通过回归拟合建立了考虑应变率效应的正拉黏结强度预测模型, 并验证其可靠性. 结果表明: 正拉黏结强度随着加载速率的增大而提高; 在中高加载速率时, 加载速率对正拉黏结强度的影响有减弱趋势; 黏贴CFRP的试件正拉黏结强度明显高于黏贴BFRP的试件; 正拉黏结强度随着混凝土强度等级的提高而提高.     

高聚物计及损伤演化的动态变形和断裂

实验结果表明：高聚物在高应变率下的率相关的变形过程通常伴随着内部损伤的演化，这种演化导致了高聚物的最后断裂．采用改进了的熔丝网络模型及蒙特卡罗随机方法进行的数值模拟以及基于热激活机理所作的分析，得出了率相关的损伤演化律．相应地导出了计及损伤的率相关的非线性粘弹性本构关系，以考虑损伤弱化效应．进而提出了一个动态断裂判据，其同时与应变、应变率相关。采用SHPB技术与反向传播神经网络相结合的新方法，进一步证实了上述主要结果．