特种泡沫塑料的动态力学性能研究

通过大尺寸分离式Hopkinson压杆对特种泡沫塑料进行了高应变率冲击实验，完整地给出了该材料在高应变率下的动态应力应变曲线，并将结果和理论上的Eyring模型进行了比较，指出了这种材料在一定的应变率范围内，具有明显的应变率效应，同时从应力应变曲线的特点来看，这种材料又有良好的吸能特性，最后通过对实验数据的拟合，提出了便于工程应用的动态本构方程。     

改进的霍普金森压杆技术在聚氨脂泡沫塑料动态力学性能研究中的应用

用改进的霍普金森杆技术得到了聚氨脂泡沫塑料在动态应力均匀和恒应变率条件下的实验结果。     

硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究

介绍用大尺寸分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对四种密度的硬质聚氨酯泡沫塑料进行高应变率实验，完整地给出了这种材料在１０３／ｓ高应变率下的包括弹性区、屈服区和致密区变形全过程的动态应力应变曲线，并提出了包括应力、应变、应变率和密度等参量的本构关系．     

硬质聚氨酯泡沫塑料动态力学性能的研究

介绍了用分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对硬质聚氨酯泡沫塑料（ＲＰＵＦ）进行的一种高应变率实验，第一次完整地给出了ＲＰＵＦ在１０￣３ｓ￣（－１）高应变率下的动态应力应变曲线，并对ＲＰＵＦ的动态力学性能及其吸能缓冲机理作了简单的分析。     

套管式冲击拉伸实验装置的研制

介绍了几种常见的冲击拉伸实验装置,并做了简要的评述.提出了一种改进后的套管式冲击拉伸实验装置,该装置直接产生拉伸脉冲,消除了反射式冲击拉伸实验装置中两种干扰信号的影响,得到了远比反射式冲击拉伸实验更为理想的透射波形.运用改进后的套管式冲击拉伸试验装置对几种板材材料进行了动态拉伸实验,得到了这几种板材在600/s,1200/s,1800/s应变率下的应力应变曲线,与静态应力应变曲线相比较,反映了这几种板材具有明显的应变率效应.根据实验结果中动态与静态应力应变曲线的一致性,分析了这种套管式冲击拉伸实验装置的优越性与有效性,它能更好地反映材料的动态力学性能.     

钢纤维活性粉末混凝土的动态力学性能

利用?74mmSHPB实验装置对钢纤维活性粉末混凝土(RPC)进行动态压缩实验和动态劈裂拉 伸实验。获得了钢纤维RPC在1~102s-1应变率加载下的动态力学参数。对试件内的动态应力分布进行数 值模拟,验证了动态实验的有效性。结果表明,钢纤维RPC的动态压缩和动态劈裂拉伸的力学性能均表现出 显著的应变率效应。随着应变率的增加,钢纤维RPC冲击压缩破坏应力、冲击压缩破坏应变、弹性模量、动态 劈裂拉伸破坏应力均有一定程度的增加,动态拉压比相对静态拉压比也有显著的提高。     

玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料的压缩力学性能研究

本文研究了两种不同密度的玻璃纤维增强聚氨酯泡沫塑料在准静态压缩下的力学性能。给出了与相应密度的普通泡沫塑料力学性能的比较，实验结果表明：两种增强泡沫塑料在压缩载荷作用下，具有不同于普通泡沫塑料的应力－应变特性，压缩模量和强度一般均有不同程度的提高，而且对相同纤维含量的增强泡沫塑料来说，密度较高的材料增强效果较好。     

聚氨酯泡沫塑料动态剪切力学行为的研究

通过大型精密分段式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ 扭杆实验装置对聚氨酯泡沫塑料进行了动态扭转实验,研究了聚氨酯泡沫塑料在剪切应力波加载下的力学行为,得到了这类材料的动态剪切应力 应变曲线和动态力学性能参数。此外,针对动态扭转破坏试件断口进行了扫描电镜分析,研究了泡沫塑料动态剪切破坏的机制。还给出了同准静态扭转实验结果的比较。     

准噶尔盆地火成岩动态冲击破碎特征研究

针对准噶尔盆地石炭系火成岩难钻地层,利用改进的立式霍普金森压杆装置,开展了准噶尔盆地石炭系的安山岩、流纹岩、凝灰岩、玄武岩四种火成岩的动态冲击破碎实验;分析了4种冲击速度及不同应变率下火成岩的动态峰值应力、破碎特征;建立了应变率与分形维数的关系。结果显示:动态峰值应力与应变率呈较好的正相关性线性关系,玄武岩在应变率为286.7s~(-1)时,动态峰值应力达到653MPa;随着冲击速度增大,岩石应变率持续增加,所有试样的破碎程度明显增大;在冲击速度为16m/s时,岩石试样应变率在157.8s~(-1)～296.3s~(-1)之间,破碎岩屑的平均破碎块度在16mm以下。分形维数能较好地描述岩石的破碎特征,随着应变率的增大,碎屑分形维数呈增大趋势;当应变率超过157.8s-1时,火成岩试样破碎岩屑的分形维数显著增大至1.5以上;在所有冲击破碎实验中,火成岩试样碎屑没有出现粉末状态。相同冲击条件下,四种火成岩中玄武岩表现出更高的强度,动态峰值应力更高。     

双轴应力状态下正交异性动态光弹性应力——光性定律研究

基于静态下Ｈｙｅｒ和Ｌｉｕ表述的正交异性应力－光性定律，在前文中，提出了正交异性光弹性复合材料的动态应力－光性定律并证明了其在单轴应力状态下的正确性。本文旨在进一步考察在双轴应力状态下正交异性动态应力－光性定律的适用性，采用的方法是对纤维增强光弹性复合材料制作的平板模型施加冲击荷载，加载方向与材料纤维方向分别成０°、９０°及４５°角，同时进行正交异性动态光弹性实验和动态应变测量，另外，对该模型进行相应的各向异性介质时域边界元计算。把动态应变测量推算出的应力分量以及时域边界元计算出的应力分量分别代入正交异性动态应力－光性定律，得到随时间变化的双折射条纹级数历程，将其与正交异性动态光弹性实验的结果进行比较。实验及计算结果表明，在三个加载方向下，由这三种方法得到的双折射条纹级数历程均吻合良好，从而证明了前文提出的正交异性动态应力－光性定律在双轴应力状态下的正确性。     

高孔隙率闭孔泡沫铝的低应变率压缩行为

通过落锤冲击实验研究高孔隙率闭孔泡沫铝的动态压缩性能及抗低速冲击特性, 同时通过高速摄影仪观察试件的动态压缩行为, 并记录落锤冲击速度的衰减过程. 结果表明, 高孔隙率闭孔泡沫铝的抗冲击缓冲效果明显, 且在低速冲击条件下其变形特征与准静态变形类似. 采用有限元方法分析了落锤和泡沫中应力的分布特点以及表面摩擦系数对应力分布的影响. 由于摩擦力阻碍了接触面处泡沫的横向位移, 致使其压缩外形呈``鼓形'; 在低速冲击时, 应力在泡沫铝试件内部的传播周期远小于冲击的缓冲时间, 应力波现象并不明显, 应力的变化与准静态压缩时相似. 在考虑接触面上摩擦力的基础上, 通过第2类Lagrange方程建立了落锤-泡沫材料的碰撞解析模型, 将预测的落锤冲击速度的衰减过程分别与实验和有限元结果进行比较, 取得了较为一致的结论, 并进一步讨论了不同冲击速度和材料参数对冲击过程的影响.      

基于核磁共振技术的非均质岩心中泡沫动态稳定性评价方法及应用

基于有效孔隙体积守恒和核磁共振技术建立了泡沫在岩心中的动态稳定性的评价方法. 利用油、水标定方法测量了岩心中油相和泡沫液的体积, 计算了泡沫在岩心驱替过程中的动态稳定因子. 测试了双层非均质岩心的横向弛豫谱线及核磁共振图像, 比较了纳米颗粒强化泡沫和表面活性剂泡沫的驱油效果和动态稳定因子. 结果表明, 岩心中的含水体积在注入2.0 PV泡沫前快速上升随后基本稳定; 而含气体积逐渐上升, 注入5.0 PV泡沫后上升速率变小. 泡沫的动态稳定因子经历了骤减、递增和平稳3个阶段. 泡沫前期的驱油效果主要依赖于水相, 随着含水体积基本稳定, 岩心的产油速率和泡沫动态稳定因子的增长速率具有明显正相关关系, 即中后期取决于泡沫气体对剩余油的驱替能力. 与表面活性剂泡沫相比, 纳米颗粒强化泡沫提高了低渗层的波及能力和驱油效率, 抑制了泡沫发展的不稳定阶段并且提高了动态稳定因子最终的平衡值. 该稳定性评价方法可用于反映泡沫渗流特点并筛选适合储层特征的稳定泡沫体系.      

DYNAMIC PROPERTIES OF AL-ALLOY FOAM BEAM DAMAGED BY COMPRESSIVE FATIGUE

The permanent residual strain in aluminum （Al） alloy foams induced by compressive fatigue gradually increases with the increasing number of loading cycles. Consequently, the progressive shortening of Al-alloy foam degrades the dynamic material performance by the failure and ratcheting of multi-cells in the foam. In this paper, the dynamic properties of Al-alloy foams damaged by compressive fatigue were studied. The beam specimens with various residual strains were made by cyclic compression-compression stress. The dynamic bending modulus and loss factor were evaluated by using a beam transfer function method. As a result, the dynamic bending stiffness of Al-alloy foam turned out to be decreased due to damage while the loss factor was improved because of the increasing energy dissipation of such factors as cracked cell walls formed during the shortening process of the foam. The loss factor shows a manifest dependence on the fatigue residual strain.     

Permeability of open-cell foams under compressive strain

A model for the behavior of low-density, open-cell foam under compressive strain is proposed. Using this model, a tractable relationship between the normalized permeability and the applied strain is developed. An experimental study of the effect of strain on the permeability of open-cell polyurethane foams is presented. The experiments are performed using a Newtonian fluid in the fully laminar regime, where viscous forces are assumed to dominate. The model is found to describe the experimental data well and be independent of the foam cell size, the direction of flow with respect to the foam rise direction, and the properties of the saturating fluid. In a companion paper, the model for the permeability of open-cell foam is combined with Darcy’s law to give the contribution of viscous fluid flow to the stress–strain response of a reticulated foam under dynamic loading.     

Taylor撞击实验在泡沫铝合金力学特性研究中的应用

由于泡沫铝合金具有可压缩性,经典的Taylor理论模型已不适用于描述该类材料。在适当假设的基础上建立了泡沫铝合金Taylor撞击实验分析的理论模型,并利用Taylor撞击实验数据验证了该模型的有效性,研究了泡沫铝合金的动态力学特性。实验结果表明,所考察的泡沫铝合金的应变率敏感性不强。     

The response of clamped sandwich plates with metallic foam cores to simulated blast loading

The dynamic responses of clamped circular monolithic and sandwich plates of equal areal mass have been measured by loading the plates at mid-span with metal foam projectiles. The sandwich plates comprise AISI 304 stainless steel face sheets and aluminium alloy metal foam cores. The resistance to shock loading is quantified by the permanent transverse deflection at mid-span of the plates as a function of projectile momentum. It is found that the sandwich plates have a higher shock resistance than monolithic plates of equal mass. Further, the shock resistance of the sandwich plates increases with increasing thickness of sandwich core. Finite element simulations of these experiments are in good agreement with the experimental measurements and demonstrate that the strain rate sensitivity of AISI 304 stainless steel plays a significant role in increasing the shock resistance of the monolithic and sandwich plates. Finally, the finite element simulations were employed to determine the pressure versus time history exerted by the foam projectiles on the plates. It was found that the pressure transient was reasonably independent of the dynamic impedance of the plate, suggesting that the metal foam projectile is a convenient experimental tool for ranking the shock resistance of competing structures.     

金属泡沫填充薄壁圆管的轴压载荷-位移关系

将泡沫填充圆管的能量吸收视为泡沫与圆管两者之和, 基于包含偏心率效应的直链塑性铰模型和Reddy等对Alexander模型的改进结果, 对圆管的变形模式进行了更改, 以此来反映管壁与金属泡沫之间的相互作用效应, 导出了金属泡沫填充圆管的静、动态轴向平均压溃力的表达式. 通过理论预测与实验的对比, 发现理论预测偏低, 但与实验曲线的趋势保持一致, 比空管与金属泡沫的平均载荷之和略高一些. 此外, 泡沫填充圆管的平均压溃力随填充泡沫平台应力的增大而呈线性增加, 与已有研究结果及实际情况一致, 由此表明了模型的合理性.      

复合泡沫塑料力学行为的研究综述

复合泡沫塑料是一种重要的防护材料,它在国防工业和民用工业各部门均有许多重要的应用,对这类材料的力学行为进行研究具有重要的学术价值和应用前景.本文对复合泡沫塑料力学行为的研究文献进行了综述.首先,对复合泡沫塑料力学行为研究的早期工作进行了简介.然后,重点介绍了复合泡沫塑料力学行为研究的最新进展,其中也包括作者近期在该领域开展的一些工作;对复合泡沫塑料进行了静、动态压缩实验和细观加载实验,研究了材料的宏观变形规律和细观失效机制;在理论研究方面,探讨了复合泡沫塑料的能量吸收和缓冲特性,从宏、细观力学分析出发研究了复合泡沫塑料有关力学性能的理论预测问题;还利用计算机和通用软件对高密度复合泡沫塑料进行了有限元分析,研究了高密度复合泡沫塑料的失效行为.最后,给出对该领域研究工作的一些展望.      

A NOVEL THEORY OF EFFECTIVE MECHANICAL PROPERTIES OF CLOSED-CELL FOAM MATERIALS

In this paper a new theory of effective mechanical properties of foam materials is proposed. A cell volume distribution coefficient is introduced to modify the original Gibson-Ashby equations of effective mechanical properties of foam materials. The constants that influence the effective modulus are replaced by the coeff~cient. Based on the modified distribution coefficient, the yield stress is also recalculated. Using X-ray microtomography, the internal structures of dif- ferent samples of polypropylene-nanoclay foam are obtained. The cell volume distributions of these samples are derived from the experiment by image analysis and the fitting curves are plot- ted. The distribution coefficient is acquired using the parameters from the theoretical model of the distribution curves. The results of the improved theory are compared with the experimental values and show good fitting quality. It was found that the precision of the improved theory is high and the cell volume distribution has an impact on the effective mechanical properties that would lead to the optimization of the synthesis procedure.     

泡沫铝填充薄壁方形铝管的静态弯曲崩毁行为

研究了泡沫铝填充的方形铝管的准静态三点弯曲行为，实验表明：泡沫铝填充有效地改变了铝管的局部崩毁变形模式；界面粘接提高了填充结构的抗弯刚度，但使结构易在较小转角下发生破坏，最后，基于实验提出了一个分析填充结构弯曲崩塌行为的理论方法，在小转角下给出了与实验相当吻合的结果。