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．     

动态断裂韧性:特性及特点

动态断裂过程有着某些特异性并有别于静态断裂过程．断裂韧性一般随加载率提高而降低，但在某些情况下也会提高(如高聚物)．分散性和断裂表面的粗糙度随加载率而提高．时间起着重要作用，并有两个特征时间已被确认：孕育时间和临界时间．本文给出了一些典型的动态断裂例子：层裂，弹塑性动态断裂以及源于缺口的动态断裂．     

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．     

金属损伤演化方程和层裂准则的确定

文中由唯象分析和细观统计相结合的方法给出了一种新的损伤演化方程．对两种金属，在试验结果和内变量理论的基础上得到了计及损伤的热-粘塑性本构关系．用有限差分数值计算研究了应力波传播规律、损伤发展及层裂．通过自由面速度历史的数值模拟，并基于计算结果与试验结果间的最佳一致性，得到了损伤演化方程和层裂准则中的材料参数．     

一种钨合金含损伤本构的唯象模型

利用多压阻传感器拉氏实验分析方法对受冲击90w钨合金材料中形成的应力波场进行了测试，并利用拉格朗日分析方法获得的结果建立了合金的不含损伤的本构关系．然后以动态层裂试验获得的层裂参数曲线和数据为依据．提出了一种考虑材料内部损伤成核，成长及汇合效应的唯象本构模型，并通过对层裂实验曲线进行数值模拟，确定了该合金的含损伤本构的参数．     

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．     

高应变率下的率相关损伤演化及其对材料动态行为的影响(英文)

实验和数模结果都揭示动态损伤演化同时依赖于应变和应变率.基于热激活机理提出了一个新的损伤演化率和一个新的断裂准则.为确定材料的损伤参数,发展了两种途径:DM-ZWT途径和BP神经网络途径.两种途径的理论预示都与实验数据很好地相一致.     

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．     

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。     

一个新的等参数奇异单元

本文推导得到了一个新的等参数奇异单元,它仍然是四边形四分之一节点奇异元。数值实验表明,它要比常用的四边形四分之一节点奇异元精度更好,使用这种单元可以使断裂问题的有限元计算效果更好。在计算过程中还利用到改进等参变换。     

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.     

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.     

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.     

增容剂对PP/PA共混体系动态力学性能的影响

采用2种不同的增容剂对PP／PA共混体系进行增容：PP与马来酸酐的接枝共聚物PP—g—MAH和接枝改性的热塑性弹性体TPE—g．并对它们应变率从10^-4s^-1到100s^-1范围内的力学性能进行了研究．试验结果表明：采用PP—g—MAH作增容剂的PP／PA两元体系，在高应变率冲击条件下，界面损伤演化加速，应变约6％时即发生宏观应力应变曲线软化，应变率约2000s^-1，应变约23％时即发生剪切破坏．采用TPE—g界面相容剂的PP／PA两元体系，由于形成分散相为核，界面相容剂为柔性壳的核壳结构，在尼龙粒子及壳层的协同作用下，使该共混体系的韧性得到大幅度提高．该体系在应变率高于3500s^-1，应变约45％时才发生剪切破坏．断裂时单位体积吸收能量大幅度提高．