冲击载荷下剪切断裂研究

利用Hopkinson压杆技术对单边平行双裂纹试样倒向加载，在较大的加载率范围，对Ti6Al4V钛合金和40CrNiMoA两种材料的动态剪切断裂行为进行了研究．实验结果表明：存在两类韧性剪切断裂模式，即常规的韧性剪切型断裂和绝热剪切断裂．常规剪切型断裂模式的断裂韧性KⅡd随加载率的提高而增大，而绝热剪切型的断裂韧性KⅡd则随加载率的提高而减小，并且，当加载率增大至某一临界值时，常规的韧性剪切断裂模式将转变为绝热剪切断裂破坏模式．     

薄钢片动态撕裂中断裂韧性的评定

提出了一个关于薄钢片动态撕裂试验能量分析法．在摆锤冲击试验机上按原始的实验方法获得了起始动态断裂韧性R0,dyn,和动态撕裂模量Tdym，为了比较对同样材料进行了静态撕裂试验，以研究加载率V对断裂基本功ГC的影响．结果表明，在加载率1mm／min到300mm／min的变化范围内，断裂基本功Гc随加载率的对数略有下降．由于屈服应力随加载率而增加，作R0,dyn和Tdyn的比较时，观察到动态断裂韧性较之静态结果有一个明显的下降．     

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．     

动态剪切型断裂问题

就剪切型动态断裂中存在的破坏模式问题进行了分析讨论,并利用受侧向冲击加载的单边平行双缺口试样,对Ti6Al4V钛合金冲动动态断裂问题进行了实验研究,与经典断裂力学不同,对于不同的材料和不同的加载率条件,结构的剪切断裂分析必须注意区分所存在的3种可能的断裂模式和机制。通过裂尖塑性场及其在高加载率下的热粘塑性失稳的近似分析,给出了Ⅱ型裂纹体绝热剪切起裂的临界条件,理论预测与实验结果的物理现象相符。     

爆炸柱壳动态断裂准则的研究

本文以一种典型的FAE装置为实际研究对象，通过对其薄柱壳在内部爆炸载荷下的动态膨胀断裂过程进行数值模拟，推导出一种实用的动态断裂准则；且在推导中引入了一个损伤演化方程．准则表明最终的结构破裂取决于与临界损伤变量密切相关的断裂应变．经算例验证，该准则的理论解和数值结果吻合较好．     

固体材料脆性断裂的多尺度时空模型(英文)

通过实例分析了动态断裂过程所固有的典型动态作用,基于断裂孵化时间理论的时空结构方法提出了固体材料断裂的统一解释.此外,还提出了计及尺度效应的广义断裂模型,该模型可以用于预测准脆性非均质材料的多尺度断裂,并证明此模型基于实验室尺度的实验数据可以预测更高尺度(真实尺度)的宏观断裂.     

脆性材料动态断裂的新模型

材料和结构的断裂是一个包括许多步骤和跨越几个尺度层次的过程,现代的实验技术和计算模型也应相应地考虑这些过程,本文在讨论宏观断裂力学基本原理的基础上,针对动态断裂问题提出了一个物理上更一般宏观断裂力学分析模型,描述了动态断裂时固体材料失效的离散图像,并对裂纹高速破坏失效时的一些重要问题进行了讨论。     

关于受冲击编织复合板的一个例子(实验特征及模型)

本文对厚编织复合材料板由硬的钢圆柱弹丸穿孔问题进行了研究．实验研究表明连续穿孔时在侵彻弹丸附近发生材料的横向剪切以及面内中间层分层的传播，而面内中间层分层的传播将导致纤维的拉伸断裂?由于冲击加载并不是瞬时的，这导致了横向剪切．在接近穿孔极限速度的入射速度(V50)范围内，这一机制依赖于复合材料板的厚度和中间层剪切强度．中间层分层的传播则由弹丸与靶接触时引起的弯曲波所致．由弯曲波所致的面内分层传播这一现象分别引起了面内圆形损伤和沿厚度内的锥形损伤．同时分层传播由弯曲波速所控制，其依赖于纤维的弹性特征、编织层的失效时间(其直接由编织层的弯曲刚度决定)及材料一些特定的失效参数．另外由于增加了拉伸破坏吸收的能量，分层传播还改进了材料的冲击强度．本文提出了一个分析模型来确定分层区域和靶的穿孔极限速度．采用这一模型对穿孔极限速度的计算结果表明其与实验值符合良好．     

35CrMnSiA钢动态断裂韧度试验研究

利用电液伺服材料试验机和专门研制的加长摆杆测力冲击试验机，测定了35CrMnSiA钢动态断裂韧度KId，研究了不同尺寸试样满足平面应变状态的条件以及应变率对KId的影响．     

钨合金和钛合金绝热剪切破坏研究

介绍了中国科学技术大学在钨合金和钛合金的绝热剪切变形和破坏研究方面的工作．对截头圆锥形和预扭斜切圆柱形钨合金试件进行了分离式Hopkinson压杆试验，通过微观观察和数值模拟分析了试件中剪切失稳和绝热剪切带形成的机理，发现钨合金的细观结构和试件的应力状态对绝热剪切带形成的敏感性和位置有重要影响．通过钛合金板的冲塞实验研究了绝热剪切和动态破坏的联系，发现由于沿剪切带的孔洞形核和合并过程而出现断裂，最后导致冲塞，所有这些情况下，绝热剪切带在裂纹形成和扩展中起支配作用，正是绝热剪切带造成了试件的动态断裂．     

岩体动力变形破坏的层次特性(英文)

岩体具有复杂的内部结构,内部结构对于岩土的力学性质具有决定性的影响.文章从岩体结构层次的角度研究了岩体的动力变形与破坏过程,在松弛模型的框架内研究了变形破坏的空间尺度与应变率之间的关系.讨论了裂纹传播速度与荷载强度之间的关系,研究了岩体变形破坏的层次特性.最后从岩体结构层次角度研究了岩体的破坏准则.研究表明:岩体的动力变形与破坏具有层次特性,这一层次特性依赖于外载的空间与时间特性、岩体的结构层次和岩体变形与破坏过程速度的有限性.时间准则与极限变形准则可以较好地描述岩体的动力破坏.     

GCr15马氏体钢剪切试样断口局部熔融研究

本文采用开45?缺口剪切压缩试样, 比较研究GCr15马氏体钢在准静态压缩和高速冲击下样品断裂面的温升机制. 结果显示两种加载状态的断口上都发现了大量的局部熔融, 说明温升均超过1500℃. GCr15马氏体钢的塑性很低, 然而在剪切应力主导的试样上, 两种加载的剪切面均发生了很大塑性应变. 试样断裂瞬时所释放的能量以及裂纹面间的大滑移摩擦导致局部温升超过熔点. 分析结果表明, 两种加载模式下产生的熔融物均由残余奥氏体和孪晶马氏体组成. 受热的影响, 熔融物下面的基体组织经历了动态再结晶, 从而形成马氏体和奥氏体等轴晶. 因此,在剪应力主导的应力状态下, 马氏体钢的剪切断裂机理与加载速率无关, 高速冲击与准静态加载下的断裂模式和机理没有本质区别. 断裂瞬间产生局部温升促使材料熔融, 这是该材料剪切断裂的特性. 本文结论对GCr15马氏体钢剪切主导断裂机理的认识有重要意义.     

基于内聚力模型的快速荷载下CFRP-混凝土界面剪切剥离模拟

鉴于纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)已在混凝土结构加固中普遍应用, 能有效提高结构的承载和变形能力. 为揭示动载作用下FRP-混凝土界面的剥离机理, 本文基于ABAQUS平台, 采用内聚力模型模拟CFRP-混凝土界面层, 实现了快速荷载下CFRP-混凝土界面剥离的高效模拟. 结果表明: CFRP表面应变在加载过程中由加载端向自由端方向传递, 随着加载速率的提高, 界面承载能力也随之提高; 界面峰值剪应力也存在显著的应变率效应; 模拟结果与试验结果基本吻合, 说明了新方法的有效性.     

TiNi形状记忆合金的高应变率效应(英文)

近年来由于制造加工技术的改善,形状记忆效应和TiNi合金得到研究者、工程师和设计人员越来越多的关注.对形状记忆合金在高应变率下行为的理解取得了较大的进展.文章回顾了钛镍形状记忆合金在高应变率加载下行为的研究进展,并给出了研究年表.观测了在不同温度和应变率下的热-力学响应,以及高应变率对TiNi形状记忆合金的功能特性的影响.提出基于屈服准则来描述马氏体TiNi形状记忆合金的动态力学行为.在实验中通过控制电脉冲的幅度和宽度,确定导致马氏体TiNi合金非弹性应变的临界载荷幅值和特征时间,以及确定基于"孵化时间"概念的屈服参数.     

梁在纯弯曲作用下的脆性断裂

脆性梁在纯弯曲断裂时会产生多个碎片, 其断裂过程直接影响弯曲波的产生和传播, 以及产生碎片的平均尺度. 采用内聚力断裂模型对脆性梁的弯曲断裂过程进行有限元数值模拟, 再现了断裂中的裂纹扩展过程, 分析了脆性梁断裂后断裂面弯矩与裂纹张开角之间的规律. 数值结果表明: (1)在一个广泛的材料参数和加载应变率条件下, 断裂面弯矩与裂纹张开角之间均呈相似的单调衰减规律; (2)断裂过程中弯矩做功与断裂面的表面能一致; (3)在纯弯矩作用下, 裂纹前端总是存在压应力区域, 使得断裂末期应力状态较为复杂, 断裂不再是纯弯曲状态.     

弹性体涂覆砌体墙抗爆炸冲击数值模拟

采用LS—DYNA动力学有限元软件对弹性体涂覆砌体墙在爆炸载荷下的响应进行了数值模拟,并研究了爆炸荷载作用下结构的应力、速度、位移的变化及破坏过程．通过比较各种涂覆方式下的响应,对该涂覆技术的有效性进行了评估．数值模拟的结果表明：采用弹性体涂覆能有效提高砌体墙的抗爆炸冲击能力．