厚壁压力管道侧向冲击破坏的实验研究

本文报导了三跨连续压力管道侧向受平头、半球头及锥头弹体冲击破坏的实验研究结果,管的外径为45mm,厚度为3mm,内充液体压力分别为0MPa,5MPa,10MPa,15MPa和20MPa五级,获得了不同工况下的临界破坏速度及相应的破坏模式,实验过程中测量并记录了圆管的变形、冲击力时程曲线。实验结果表明,内充介质的存在降低了临界破坏能量,同时临界破坏能量随内充介质压力的增加而减小。     

尖头弹丸撞击下金属靶板弹道极限的两种工程模型

研究了圆锥形头和卵形头刚性弹垂直撞击塑性金属靶板扩孔冲塞型和延性扩孔型穿孔模式,考虑靶板背面自由边界的影响,提出两种两阶段工程分析模型,得到最小穿透能量的解析解。由球形空腔膨胀理论和两阶段总耗能最小确定第一阶段的侵彻深度,由功能原理和圆柱形空腔膨胀理论计算第一阶段侵彻扩孔耗能,延性扩孔型第二阶段耗能近似按Taylor扩孔理论计算,扩孔冲塞型第二阶段耗能考虑了加速塞块和剪断塞块所损耗的能量。与铝合金和装甲钢靶板弹道试验数据比较表明,本文两阶段模型的计算结果与试验结果吻合较好。     

Deformation and Failure Modes of I-Core Sandwich Structures Subjected to Underwater Impulsive Loads

This article reports an experimental study carried out with the aim of quantifying performance and failure modes of sandwich structures when subjected to impulsive blast loading. In particular, performance enhancement with respect to solid panels of equal mass per unit area is assessed. Likewise, the optimal distribution of the mass per unit area in the design of sandwich structures is investigated by comparing the behavior of sandwich structures with various distributions of face sheets thickness. By employing a previously developed FSI experiment, the study confirmed that usage of sandwich structures is beneficial and that performance enhancements, in terms of maximum panel deflection, as high as 68% are possible. The study also confirms theoretical and computational analyses suggesting that use of soft cores maximizes the benefits. Another interesting aspect revealed by this work is that the level of enhancement is highly related to the applied normalized impulse. The same distribution of mass per unit area between face sheets resulted in different normalized maximum deflection. A better performance enhancement was achieved at lower impulses. Here again, failure modes and their sequence seem to be the directly related to this finding. The work here reported clearly reveals a number of important features in the study of lightweight structures and points out to the synergies between structure geometry, materials, manufacturing methods, and threat levels as manifested by the strength of the impulse. Further theoretical and computational studies accounting for experimentally observed failure modes and its interdependence with the fabrication methods is needed to achieve additional predictive capabilities.     

自由梁中部在平头子弹横向正冲击下的穿透及变形

研究了均匀矩形截面自由梁中部在小尺寸、平头、刚性、圆柱形弹体正撞击下的变形及穿透过程。当子弹冲击速度接近或高于临界穿透速度时 ,在梁上与子弹接触区的周围会形成一个剪切冲塞 ,子弹通过冲塞作用在梁上的剪应力会引起梁的整体弯曲变形。通过动力分析 ,确定了子弹穿透梁的临界穿透速度。对子弹穿透梁的局部剪切过程和梁的各个变形阶段进行了数值计算 ,估算出局部剪切能、梁弯曲变形能、子弹及梁的残余动能在子弹初动能中所占的比例。     

A numerical study on the deformation and fracture modes of steel projectiles during Taylor bar impact tests

A heterogeneous material model based on macro-mechanical observations is proposed for simulation of fracture in steel projectiles during impact. A previous experimental study on the deformation and fracture of steel projectiles during Taylor bar impact tests resulted in a variety of failure modes. The accompanying material investigation showed that the materials used in the impact tests were heterogeneous on scales ranging from microstructure as investigated with SEM to variation in fracture strains from tensile tests. A normal distribution is employed to achieve a heterogeneous numerical model with respect to the fracture properties. The proposed material model is calibrated based on the tensile tests, and then used to independently simulate the Taylor bar impact tests. A preliminary investigation showed that the simulations are sensitive to assumptions regarding the anvil behaviour and friction properties. A flexible anvil and a yield-limited friction law are shown to be necessary to correctly reproduce the experimental behaviour. The proposed model is then shown to be capable of correctly reproducing all fracture modes but one, and also predict critical impact velocities for projectile fracture with reasonable accuracy. Fragmentation at velocities above the critical velocity is not well reproduced due to excessive element erosion. Measures to make the element erosion process more physical are proposed and discussed with their respective drawbacks. The use of a simple fracture criterion in combination with an element erosion technique accentuates the effect of distributing the fracture parameter.     

碳纤维布与钢板复合加固梁剥离破坏研究

通过12根碳纤维布与钢板复合加固钢筋混凝土梁的抗弯性能研究,结果表明复合加固方式能有效地改善被加固构件的受力性能,但常由于复合加固层的剥离可能导致加固效果的降低。复合加固层与被加固构件之间的剥离是由于薄弱截面在剪应力及正应力的集中作用下而产生的,文中对复合加固层与混凝土之间的粘结剪应力及剥离正应力的计算公式分别进行推导,并进一步对碳纤维布与钢板复合加固的剥离机理进行分析,为工程应用提供依据。     

载荷作用下泡沫铝的波速与变形关系的实验研究

对单轴压缩下两种密度的泡沫铝进行了三种频率(50kHz、200kHz和300kHz)的声波测试,同时运用CCD对实验进行跟踪拍摄。分析结果表明:P波波速随载荷增大而增加,当载荷达到屈服力时,波速有所下降;S波有相同趋势,但变化比P波小。应用数字图像相关方法对CCD拍摄图片进行处理,得到不同载荷阶段下泡沫铝的全场应变;采用Weibull函数对全场应变分布进行拟合,研究了Weibull分布参数随载荷变化的规律。由此,初步建立了载荷作用下材料结构变化与波速的关系。此研究对于声波探测领域有很好的指导意义。     

硬度及冲击韧性对高钒高速钢磨损稳定性的影响

通过改变热处理工艺获得不同硬度及冲击韧性、含钒10%的高钒高速钢试样,提出了磨损稳定性的概念及采用磨损稳定性因子(K)量化磨损稳定性的方法,研究了硬度和冲击韧性对高钒高速钢的磨损稳定性影响.结果表明:随着硬度增加,磨损稳定性及其耐磨性提高;随着冲击韧性提高,虽然耐磨性降低,但磨损稳定性有所提高.在本文试验条件下,随着残余奥氏体变化量(△A)增加,高钒高速钢的磨损稳定性下降.     

7A04铝合金的本构关系和失效模型

使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250 ℃的 准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及 Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的 应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。     

轧辊用高钒高速钢的滚-滑动磨损性能及失效行为研究

在高应力滚-滑动(滑动率约10%)条件下,利用自制的磨损试验机研究了高钒高速钢的磨损性能,并利用电子显微镜分析了失效行为.结果表明:高钒高速钢的相对耐磨性是高铬铸铁(Cr20)的2倍以上.磨损失效形式为显微切削与疲劳剥落的复合,兼有碳化物碎裂.碳化物对磨损失效有重要作用,高铬铸铁中的杆状M7C3型碳化物易于弯曲、碎裂而在其内部形成大量裂纹,促进磨损表面产生大块的疲劳剥落;高钒高速钢中团块状VC硬度高、形态好、具有精细亚结构、不易碎裂,可有效地抵御显微切削和疲劳剥落,是高钒高速钢耐磨性优良的原因.     

速度和载荷对脂润滑2Cr13钢离子渗氮层摩擦学行为的影响

利用销-盘式摩擦磨损试验机对不同速度和载荷条件下 PFPE脂润滑2Cr13钢离子渗氮层进行了系统的真空滑动摩擦磨损试验.采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分别对磨损表面的形貌、化学状态及润滑脂的成分进行分析.结果表明:随着载荷和滑动速度的增加,脂润滑渗氮层的磨损机制由轻微磨损向轻微复合磨损机制转变.在真空摩擦磨损过程中2Cr13钢离子渗氮层与PFPE润滑脂发生化学反应,并有FeF3生成,促进PFPE润滑脂发生降解,形成酸性的氟化物.增加载荷和速度会加速渗氮层与润滑脂之间的反应,进一步促进润滑脂的降解.     

冲击速度和磨粒粒度对FeCrAl/WC复合涂层冲蚀性能的影响

采用粉芯丝材作为原料,利用高速电弧喷涂技术制备了具有良好抗高温冲蚀磨损性能的FeCrAl/WC复合涂层;考察了650℃下冲击速度和磨粒粒度对复合涂层高温冲蚀磨损性能的影响.结果表明,复合涂层和20G锅炉钢的耐高温冲蚀磨损能力随着磨粒粒度的增加而有所提高;30°攻角下冲蚀率随磨粒粒度的变化速率比90°攻角下的小;同20G锅炉钢相比,复合涂层对速更加敏感,速度越低,FeCrAl/WC复合涂层的抗冲蚀磨损性能越好.     

碳钢表面碳—氮共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能研究

对 2 0 # 钢试样进行碳 -氮共渗热处理 ,考察了共渗层在高速干摩擦条件下的摩擦学性能 ,并用扫描电子显微镜和X射线光电子能谱仪对其磨损表面形貌和元素化学状态进行了分析 .结果表明 :随着滑动速度的增加 ,2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的磨损率逐渐降低 ,当滑动速度达到 35m/s左右时 ,磨损率显著增大 .扫描电子显微镜和X射线光电子能谱分析结果表明 ,高速轻载干摩擦条件下 2 0 # 钢表面碳 -氮共渗层的摩擦学性能同磨损表面氧化物的形成和剥落密切相关 ,而磨损率的显著增加是由于磨损表面氧化物类型发生从Fe2 O3 到FeO的转变所致 .     

18Ni(300)钢高速干滑动摩擦磨损特性研究

利用销盘高速干滑动摩擦磨损试验机,对18Ni(300)马氏体时效钢的摩擦磨损性能进行了研究,应用JSM-6390A型扫描电子显微镜和X-衍射方法对摩擦磨损表面进行观察,表征其摩擦表面的微观形貌、摩擦磨损的磨屑以及由于摩擦产热而引起的氧化物,进而推断出磨损机制.结果表明:摩擦副的摩擦系数随载荷和速度的增加而下降;随着转速和载荷的增加,销表面氧化物逐渐由FeO转变为Fe_3O_4,其磨损机制由黏着磨损转变为严重的氧化磨损.     

TiB2增强Al2O3陶瓷刀具高速干切削摩擦磨损性能

采用TiB2增强Al2O3陶瓷刀具对淬硬钢进行高速干切削试验,利用切削高温作用下的摩擦化学反应,在刀具表面原位生成具有润滑作用的反应膜,从而实现Al2O3/TiB2陶瓷刀具的自润滑.结果表明:低速干切削时,Al2O3/TiB2陶瓷刀具的磨损机制主要表现为粘着磨损和磨料磨损;而在高速干切削时,刀具的磨损机制主要表现为氧化磨损,刀具表面经由氧化反应生成具有润滑作用的反应膜而起到固体润滑作用,从而使刀具的耐磨性能提高,随着TiB2含量和切削速度的增加,反应膜的减摩抗磨作用增强;而在切削区通入氮气时,由于刀具表面氧化膜形成受阻,刀具的抗磨能力有所降低.