低密度聚氨酯泡沫压缩行为实验研究

 在室温下,对一种低密度硬质聚氨酯泡沫进行了准静态压缩及应变率在1×10³～5×10³ s^-1范围内的冲击压缩实验。结果表明,所测试的聚氨酯泡沫材料在准静态实验与动态实验之间存在明显的应变率效应,但在纯动态实验中应变率效应不明显。最后,给出了以屈服应力、密度、应变等为参量的动态压缩本构关系,且能较好地与材料的动态压缩曲线吻合。     

某PBX炸药的动态力学性能研究

 PBX炸药作为现代武器的主装药,它的力学行为决定着武器的生存能力。为了研究PBX炸药的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）作为加载手段,结合半导体应变片测试技术和压电晶体监测技术,保证了实验数据的有效性。利用SHPB加载波整形技术,实现了材料两端应力平衡和常应变率加载,得到了不同应变率（90~410 s^-1）下材料的应力-应变曲线。根据材料的模量、破坏强度和破坏应变随应变率的变化规律,采用粘性修正的Sargin模型,得到了该PBX炸药在单轴压缩下的唯象本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好。     

高温高应变率下纯锆的本构模型研究

 研究了常温至1 073 K、不同应变率下（4.1×10^－4 s^－1～2.8×10³ s^-1）锆的压缩力学性能。结果表明,锆的流动应力对温度和应变率的变化比较敏感,随应变率的提高而增大,随温度的升高而降低。基于位错动力学理论,建立了锆的本构模型,并考虑塑性变形过程中孪晶演化的影响,对模型进行了修正。修正后的本构模型预测结果与实验结果吻合较好,可描述很宽应变率和温度范围内锆的塑性变形行为。     

α-锆低压动态力学特性研究

 在3.3×10^-4～1.5×10³ s^-1应变率范围内获得了α-锆的应力-应变曲线,给出了Johnson-Cook本构拟合参数。利用含动态损伤与断裂的一维程序,较好复显了在峰值应力4.3～5.1 GPa范围测量的α-锆自由面速度剖面,验证了确定的α-锆低压动态力学参数的合理性。     

Hf-基非晶合金的力学性能研究

 利用MTS810实验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）,对Hf_44.5Cu₂₇Ni_13.5Ti₅Al₁₀块体非晶合金进行了准静态和动态压缩实验,应变速率范围为10^-4~10³ s^-1,给出了不同应变速率下非晶合金的应力-应变曲线,并对其压缩断口形貌进行了扫描电镜观察。结果表明：在准静态压缩条件下,Hf_44.5Cu₂₇Ni_13.5Ti₅Al₁₀非晶合金不具有应变速率敏感性,在由放射区和扇形区组成的断口形貌上观察到纳米级韧窝和60 nm左右的周期性条纹结构;在动态压缩条件下,随着应变速率的增加,动态屈服强度明显减小,合金具有应变速率敏感性,同时断裂表面为夹杂着脉络条纹的絮状结构。进一步观察发现,动态压缩断口上存在3种特征断裂形貌：树枝状条纹、典型脉络花纹和合金熔体。     

Ta-10W合金压缩力学性能实验研究

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置对非退火状态Ta-10W合金进行了准静态和动态压缩实验,给出了材料的静态压缩屈服强度和应变率在700~3 100 s-1范围内的动态压缩应力-应变曲线,并获得了不同应变率下材料的动态屈服强度。通过对实验结果的分析可以发现,非退火状态Ta-10W合金具有较好的韧性,在所进行的实验中试件表面均未出现可见裂纹;试件材料具有较高的静、动态屈服强度,静态屈服强度达到930 MPa,动态屈服强度在1 GPa以上,在所进行的700~3 100 s-1应变率范围内,材料的动态屈服强度随应变率的增加略有提高。     

温度与应变率对钽流动应力的影响

 研究了温度在-100～400 ℃、应变率在10^-5～10³ s^-1范围内温度和应变率的变化对钽的流动应力的影响。结果表明,钽的流动应力对温度和应变率的变化相当敏感。同时还就两种本构模型对钽的温度效应与应变率效应的不同处理方法作了比较,指出Zerilli-Armstrong模型能更好地描述温度与应变率对钽流动应力的影响。     

石英压电晶体在霍普金森压杆实验中的应用

 利用传统分离式霍普金森压杆（SHPB）对低密度、低波阻材料进行测试时,存在透射信号弱、试样在加载时间内难以达到受力变形均匀的不足。采用嵌入压电石英晶体技术测试微弱的透射信号,并监测试样两端应力平衡。实验测试了一种低密度聚氨酯泡沫,结果表明嵌入压电石英晶体技术可以大幅提高透射信号的幅值和信噪比,所测试的材料在应变率范围1 000~4 000 s^-1内应变率效应不明显。     

高应变率下TC4及TC9钛合金的动态断裂

 报导了由短脉冲激光引起的应力波加载及电炮驱动Mylar膜平面飞片碰撞TC4、TC9钛合金靶的实验及数值计算研究结果。由回收靶样品的金相分析表明：在电炮驱动飞片碰撞及由激光引起的应力波加载所造成的应变率分别在10⁶ s^-1左右及10⁷ s^-1以上两种情形下，TC4、TC9钛合金的层裂特性都是以微孔洞的成核、增长、汇合为特征的韧性断裂。运用一维流体弹塑性动力学程序进行数值研究表明：成核增长NAG模型在一定程度上可以用来描述高应变率下TC4、TC9钛合金的损伤破坏特性。     

俄罗斯红松的应变率效应及吸能特性

针对广泛应用于包装运输和侵彻试验等工程领域的俄罗斯红松,实验研究了其在准静态载荷下的应力-应变关系和破坏模式。结果表明:俄罗斯红松在弦向和径向的变形均经历弹性变形、塑性变形和密实化3个阶段,而轴向在达到屈服极限后经历较小的塑性变形,然后发生破坏失效;弦向和径向破坏以沿纤维方向解离为主,而轴向破坏以扭结破碎为主。采用分离式霍普金森压杆装置,在500~5 000s~(-1)的应变率范围内对俄罗斯红松进行了高应变率动态压缩实验。结果表明:与弦向和径向相比,轴向初始屈服应力对应变率更敏感;随着应变率的升高,径向平台应力比弦向增加得更快;弦向和径向的吸能能力随应变率的增加逐渐提高,而轴向则逐渐下降;动态载荷下的破坏模式与准静态载荷下的破坏模式具有较高的相似性。     

不同应变率下两种岩石的压缩破碎特征试验研究

为了研究不同岩石在不同应变率下压缩时裂纹的产生规律及破坏模式,将石灰岩和红砂岩制成试件,研究其在不同应变率和受力模式下裂纹的形成模式。开展了两种岩石的准静态压缩和动态压缩试验,采用高速摄影机记录了裂纹的产生和破坏模式。对两种岩石试件的裂纹形态进行对比,基于岩石的物理性质、受力状态、能量演化分析,得到了在不同应变率下压缩时产生差异性的原因。结果表明:准静态压缩下岩石试件受压的破坏模式也会因应变率的不同而存在差异,并且破坏模式的差异对岩石试件的抗压强度将产生显著的影响;从能量演化的角度分析,入射能量的大小将会决定岩石试样动态抗压强度曲线是否出现起伏;动态压缩时,裂纹的周向扩展速度与岩石抗压强度呈正相关。     

Dynamic versus quasi-static loading of X65 offshore steel pipes

Anchors or trawl gear occasionally impact offshore pipelines, resulting in large local and global deformations. Impact velocities are typically less than 5?m/s, but local strain rates may be very high. In this study strain rate effects in an X65 offshore material was characterised by split Hopkinson bar tests, while the cross-section homogeneity and possible anisotropic behaviour were determined by quasi-static material tests. Further, dynamic impact tests at prescribed velocities were carried out on simply supported full scale X65 steel pipes. Next, deformation-controlled quasi-static tests with the same boundary conditions were conducted. The level of deformation in the quasi-static tests was set to be equal to that attained in the dynamic tests. Finally, an assessment of the differences between the dynamically and quasi-statically loaded pipes was made in terms of force-displacement response, energy absorbed, and fracture. An optical light microscope and a scanning electron microscope were used to investigate fracture surfaces arising from the various tests.     

动态断裂过程的数值分析及LY-12铝的层裂

 本文从文献[1]中用于分析柱壳动态膨胀断裂过程的损伤度函数出发，将它推广到对一维应变下层裂过程的数值模拟研究。试件材料为LY-12铝，其特性方程取为含粘性的本构方程形式。数值计算结果很好地再现了实测自由面速度u_fs随时间t的变化过程，并表现出层裂强度σ_c及层裂面上的临界损伤度α_c都分别是应变率ε_c'的单调递增函数关系。σ_c~ε_c'的这种变化规律在许多文献中已屡见报道，例如可见文献[2-3]。在10⁵ s^-1~10⁶ s^-1应变率范围内，σ_c~ε_c'关系可以表示为ε_c'exp(-11.4α_c)=2 100 s^-1，这个式子可以作为一种层裂判据使用。数值计算还给出了层裂片的损伤度剖面，其形状特征与Barbee等对回收试件的细观测量结果在定性上一致。     

硅橡胶的动态压缩实验和力学性能研究

 对一种改性硅橡胶材料进行了高应变率动态压缩的实验测试。实验结果表明,这种硅橡胶材料具有很强的应变率敏感性;在室温和高应变率下,表现出典型的聚合物粘弹性特性。实验中应用了入射波整形技术保证试样中的应力平衡及常应变率加载。利用石英晶体监测了试样两端的应力平衡,并应用石英测试技术测量了微弱的透射信号。     

Analysis of the Strength Characteristics of Acrylonitrile–Butadiene–Styrene Plastic under Dynamic Loading

The mechanical properties of the additive material prepared from acrylonitrile–butadiene–styrene plastic are studied experimentally on a 3D printer in the quasi-static and dynamic regimes. The strength curve describing the nonlinear dependence of the critical stress on the strain rate is constructed using the incubation time. The characteristic incubation time τ is determined by comparing the theoretical curve with the experimental data.     

Effect of preliminary strain hardening on the flow stress of titanium and a titanium alloy during shock compression

The effect of preliminary strain hardening of VT1-0 titanium and a Ti-6 wt % Al-4 wt % V alloy on their mechanical properties under quasi-static and high-rate (τ;10⁵ s^?1) loading is studied. Preliminary hardening is accomplished using equal-channel angular pressing (which results in a significant decrease in the grain size and a twofold increase in the quasi-static yield strength) and shock waves. High-rate deformation is attained via shock-wave loading of samples. The experimental results show that structural defects weaken the dependence of the yield strength on the strain rate. The difference in the rate dependences can be so high that the effect of these defects on the flow stress can change sign when going from quasi-static to high-rate loading.     

对薄层柱壳爆炸膨胀断裂过程的研究

 本文提出了一个用于描述动态破坏发展过程的损伤度函数。从这个损伤度函数出发,把材料特征性方程取为强化粘塑性本构方程形式,导出了薄层柱壳爆炸膨胀运动在两种近似下（恒定膨胀速度近似合恒定应变速率近似）断裂判据的解析表达式。结果分析表明,在上述条件下,存在着一个动态断裂“塑性峰”,在这个峰值条件的应变率下,柱壳出现贯穿断裂时刻的应变最大。以软钢为算例,本断裂判据可以比较好地解释Иванов和陈大年等给出的实验结果。这时,动态断裂“塑性峰”对应的应变率为4×10⁴ s^-1,相应的应变约为60%~80%。     

G50钢与G31钢动态力学性能的对比试验研究

采用拉伸、冲击、霍普金森杆压缩及所设计的爆轰加载试验方法,对比研究了G50钢与G31钢在准静态、动态及爆轰加载条件下的力学性能。试验结果表明:G50钢和G31钢在准静态、10^3 s^?1应变率下的动态力学性能相近;在爆轰加载条件下,G50钢和G31钢试样发生了近乎相同的破坏形态,说明在超高压及超高应变率条件下两种材料具有相近的屈服强度和抗拉强度。研究结果表明,G31钢与G50钢有相似的力学性能,在侵彻战斗部壳体方面可做进一步的应用尝试。