SHPB系统高温实验自动组装技术

在进行SHPB系统高温实验时,波导杆常常与试件被同时加温,从而在波导杆中产生温度梯度。为了消除波导杆中温度梯度的影响,有研究人员利用传热学原理来对测量波形进行修正。本文利用一套自动组装装置,实验前对试件加热并自动保温,波导杆则置于加热炉外,实验时进行瞬态组装,由此避免了导杆温度梯度对波形的影响。本文介绍了自动组装原理和过程,比较了在200℃时导杆和试件同时加热,与采用自动组装所产生的透射波形的差异。同时应用ABQUS进行了接触热传导分析,比较了“冷接触时间”在40ms～500ms时试件上的温度分布,计算结果表明:自动组装条件下“冷接触时间”在400ms以内,试件温度不均匀可控制在10%以内。     

高温SHPB实验技术及其应用

介绍了高温分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验方法,建立了一套高温SHPB实验系统,利用该系统研究了温度对某种抗氢钢动态压缩力学性能的影响,实验温度最高达到1000 ℃,应变率为500～1000 s-1。仅对试件进行加温,并利用一套气动装置在加载前快速完成系统的组装,以尽量减小试件中温度分布的不均匀性。研究结果表明：该气动装置可以将加载前杆端与试件的完全接触时间控制在500 ms内;该抗氢钢的温度软化效应很明显,且温度敏感性随温度升高而下降。     

大直径SHPB实验中的高温加载技术及其应用

为研究材料的高温动态力学行为,提出一套由自主设计的温控系统和100 mm SHPB装置组成的高温SHPB实验系统,采用ANSYS软件对界面热传导及其对实验结果的影响进行了计算分析,论证了该实验技术的可靠性,并对混凝土的高温动态力学性能进行了研究。结果表明：在大直径合金钢材质SHPB装置上对混凝土等热惰性材料进行高温冲击实验,冷接触时间临界值为1.00 s,本文中提出的高温加载技术可将冷接触时间控制在0.50 s以内,实验技术可靠;同一加载速率下,随着温度从常温升到1 000 ℃,高温混凝土的动态应力应变曲线呈现出塑性变化趋势,动态抗压强度先提高后降低,动态峰值应变则不断增大。     

隔热涂层应用于高温SHPB实验的可行性分析

在分离式Hopkinson压杆(SHPB)高温实验中,对弹性杆端和试样的温度进行控制,避免弹性杆端的过大温升和试样温度的过度下降,是保证实验结果准确性的关键。基于傅里叶导热定律,本文提出在试样与弹性杆间插入特定结构的隔热涂层来降低弹性杆与试样、高温炉之间的热交换效率,从而将弹性杆端和试样的温度控制在允许范围内。从理论分析着手,设计了一种可用于高温SHPB实验的隔热涂层,并通过数值模拟和实验对该方法进行了验证。结果表明：此隔热涂层在高温下强度大幅退化,在400℃以上时,可将其近似看作试样与弹性杆间的一段空隙,忽略其对试样加载的影响。在600℃实验环境下,弹性杆端温度最高达到167℃,试样平均温度下降2.24%。在400℃和600℃下分别采用本文实验方法和高温同步快速组装法对45钢进行加载,所得结果具有良好的一致性,表明本文方法合理可行。     

多孔硬脆性材料的SHPB实验技术

以SHPB实验技术中一维假定和应力均匀假定为基础, 针对多孔硬脆性材料 的力学特性, 分析了利用传统SHPB装置在实验研究中存在的问题, 并从入射杆和透射杆的选 取、传感器的选取、试件参数的确定、入射波形的确定和数据处理方法的选取等方面总结了 克服这些问题的技术和方法.     

一种基于SHPB的冲击膨胀环实验技术

设计了一种基于分离式Hopkinson压杆(SHPB)的冲击膨胀环实验装置,实验装置包括一个液压腔,一侧为驱动活塞,另一侧为圆环试件封闭。对活塞施加轴向冲击,利用液体体积近似不可压缩的特性,通过液压腔截面积的大比例缩小,将较低速度的对活塞冲击转化为圆环试件沿径向的高速膨胀,驱动试件发生拉伸变形直至断(碎)裂。使用这种冲击膨胀装置,获得了LY12铝环在不同撞击速度下碎裂过程的初步结果。实验结果显示,随着撞击速度增大,圆环试件碎裂产生的碎片的尺度减小,试件的表观断裂应变增加。这为研究材料的动态拉伸碎裂问题提供了一种加载方式。     

SHPB装置应用于测量高温动态力学性能的研究

ＳＨＰＢ（分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆）装置由于具有结构简单、操作方便等优点，为人们普遍采用；但作测量材料的动态高温力学性能方面还存在诸多不便之处。本文研究了附有恒温加热炉的ＳＨＰＢ装置，利用一维应力波传播理论和传热学原理，修正了温度梯度场对波形测量的影响，从而使ＳＨＰＢ装置用于高温动态力学测量更为准确可靠；并实际测量了３０ＣｒＭｎＳｉＡ钢从室温到高温（６００℃）的动态（１．５～４．０×１０３ｓ－１）应力应变曲线。     

用于高强度材料的SHPB实验添加垫块法

提出了用于高强度材料的改进的SHPB实验方法添加垫块法,运用数值模拟方法,利用有限元程序LS-DYNA3D分析了添加垫块实验方法的合理性和可行性。根据一维应力波理论,给出了数据处理的修正方法。作为应用实例,采用改进的实验方法对高强度的Al2O3陶瓷材料的动态力学性能进行了研究,得到了比常规方法较高的应变率及应力应变范围的动态应力应变曲线,表明Al2O3陶瓷为应变率相关的非线性弹脆性材料。结果表明,添加垫块实验方法可有效地防止实验中压杆端面的变形,提高试件的应力应变及应变率水平。添加垫块实验方法为在SHPB装置上实现高强度材料的动态实验提供了一种方便实用的途径。     

SHPB实验中的端面凹陷修正

提出了一种关于霍普金森压杆(SHPB)实验中压杆端面凹陷的分析方法,并在此基础上提出了修 正该凹陷的数据处理技术。将该技术与其他数据处理技术相结合,可提高SHPB实验中应变的计算精度。 该技术使SHPB可以用于小应变范围测试,并使利用SHPB测得完整的、精度及可靠性可与准静态测试相当 的材料动态应力应变曲线成为可能。     

一种散体材料SHPB被动围压试验体应力修正方法

本文利用有限元仿真给出了一种修正方法,并用数值仿真和试验验证了该方法的可靠性。研究表明：散体材料SHPB被动围压试验中,试样厚度远小于厚壁圆筒长度时,端部效应会导致厚壁圆筒不均匀凸出变形,计算材料的体应力-应变关系不能将厚壁圆筒应力状态简化为平面应力问题;厚壁圆筒处于弹性状态下,通过厚壁圆筒理论计算出的径向力与真实径向力存在一定比例关系,在一定范围内,折算系数与试样实时厚度呈二次函数关系。

     

用于测量材料高温动态力学性能的SHPB技术

讨论了高温下分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验的两种方案:单独加热试样并快速对杆与同时加热试样和杆再修正温度梯度的影响。前者避免了杆被加热但是操作复杂,后者简单稳定。为了分析后者温度梯度的影响设计了一个简化模型,采用数值计算进行修正,提出了精度适当的假设,并且进行了实验验证。测量了试件和杆一起加热时杆上的温度分布,证实计算采用的温度分布是合理的。据此得到的专用于材料高温动态力学性能测试的SHPB数据处理公式简单实用,便于推广使用。     

一种改进的金属材料的高温动态拉伸实验技术

在旋转盘冲击拉伸实验装置上,利用金属材料自身的导电特性,对试样施加电流.使其在电流作用下发热,实现自加热,形成了试件快速加热而波导杆温升很小的金属材料的动态高温高应变率拉伸实验技术.应用该实验技术获取了45 #钢从室温到1000℃温度范围和应变率650s-1时的材料动态拉伸应力—应变曲线.实验结果表明,45 #钢具有明显的热软化效应,其流动应力和屈服应力随温度的升高而降低.     

Porosity Variations in Saline Media Induced by Temperature Gradients: Experimental Evidences and Modelling

Porosity variations in saline media containing humidity are induced by temperature gradients. A temperature imposed on a porous salt sample prepared with some brine and closed to mass transfer leads to significant variations of porosity in few weeks. Modelling of the experiments permits to understand the processes involved.     

高温冲击拉伸试验技术

在自行研制的高速旋转盘式间接杆杆型冲击拉伸试验装置上。采用扁平哑铃状的试件。用耐高温无机胶使试件两端分别与输入杆和输出杆的叉口粘接；采用自行研制的高温炉对粘接后的试件进行快速接触加温，初步形成了800℃以下的高温冲击拉伸试验技术。对SUS304不锈钢板（厚度为1.1mm）实施常温至537℃的冲击拉伸试验和准静态拉伸试验。初步探索表明SUS304不锈钢是温度相关和应变率相关的材料。且在准静态和高应变率加载下均出现了高温脆化现象（室温至537℃）。     

An Experimental Investigation of the Separated-Flow Transition Under High-Lift Turbine Blade Pressure Gradients

Laminar boundary layer separation, shear layer transition and reattachment have been experimentally investigated on a flat plate installed within a double contoured test section designed to produce an adverse pressure gradient typical of Ultra-High-Lift turbine profiles. Measurements have been performed for the Reynolds number range 70,000 < Re < 200,000, typical of real engine operation. Profile aerodynamic loadings as well as boundary layer velocity profiles have been measured to survey the separation and transition processes. Particle Image Velocimetry measurements allowed the visualization of vortical structures induced by the shear layer instability. Spectral analysis of hot-wire velocity data has been adopted to identify the characteristic frequencies of the phenomena. Distinct energy peaks, associated with the Kelvin–Helmholtz waves generated in the shear layer over the separation bubble, appear in the spectra. In particular the evolution along the shear layer of the energy contents at the characteristic frequencies of the phenomenon has been analyzed. Two frequency ranges have been identified in which the instability waves are amplified within the shear layer over the stagnation area. The inviscid Kelvin–Helmholtz instability is the main mechanism that drives transition, but it starts to be relevant only after that lower frequency oscillations are amplified and reach the saturation.     

An Experimental Technique for Spalling of Concrete

The spalling strength of concrete is measured by examining the strain wave profiles in a polymer buffer bar behind the slender concrete bar specimen placed between a large diameter (Φ100 mm) Hopkinson bar and the buffer bar. The experimental results indicate that the spalling strength is related to not only the compressive strength of concrete but also the impact velocities (the loading rates). The rate effect of spalling strength mainly results from the different cracking paths in concrete under different impact velocities. However when the input compressive stress to specimen exceeds the threshold required to trigger the compressive damage, the spalling strength decreases due to the evolution and cumulation of compressive damage in concretes. The repeated impact loading experiments indicate that damage plays an important role in the spallation process of concrete. The high speed video of the spalling fracture process shows that multiple spalling fractures may occur in the scab and damage accumulation resulting from stress wave propagation in scab is the main reason for the producing of multiple spallations.     

Intrinsic Permeability Evolution in High Temperature Concrete: An Experimental and Numerical Analysis

This paper presents an experimental and thermo-hydro-chemical-mechanical numerical analysis of concrete at high temperatures, aiming at the definition of a law describing the evolution of intrinsic permeability. The evaluation of heat and mass transfers, evolution of the phases composing the porous medium, and mechanical performances of concrete are taken into account in a full three phases coupled analysis. An experimental set-up and a numerical simulation are then presented. A hollow cylinder has been heated up to 523.15 K (250 °C) on the internal side and subjected to gas pressure/temperature measurements; the experience has been then simulated by means of a numerical code. The analysis has allowed for the definition of an original relationship describing intrinsic permeability evolution. Finally, the law has been validated measuring the actual value of intrinsic permeability on heated concrete.     

波形整形器在酚醛树脂的霍普金森压杆实验中的应用

利用霍普金森压杆在室温下进行了应变为 10 2 ～ 10 3 s-1的冲击压缩实验 ,同时采用波形整形器使入射波的上升沿变宽 ,更好地满足试件中应力应变均匀分布的条件 ,使实验更接近常应变率加载的条件。结果表明 ,酚醛树脂是一种应变率敏感材料 ,在室温下和高应变率下表现出冲击脆化的特征。     

陀螺漂移与温度动态过程的试验分析

本文讨论了陀螺仪起动时的热平衡过程，在陀螺漂移和内部温度，特别是温度的变化率之间建立动态数学模型，并且用广义最小二乘（ＧＬＳ）和递推最小二乘（ＩＬＳ）进行辨识。如果陀螺起动过程良好，就可以用补偿方法缩短惯导系统的准备时间。动力调谐陀螺起动过程的重复试验表明，这种方法是可行的