爆炸金属管的绝热剪切断裂宏观研究

本文介绍了45号钢、TC4钛合金及WTG05钨合金三种金属管在内部爆炸载荷下的宏观剪切断裂行为,并对此作了一些初浅的分析,提到了实验中发现的钛合金的一种反常单向性剪切起裂现象,同时发现该钨合金在爆炸应变率下表现为脆性断裂。     

计及界面损伤的复合材料正交(混杂)叠层板的应力集中分析

对正交(混杂)叠层复合材料最终拉伸破坏过程中的细观应力集中问题,提出了一种修正的剪滞分析模型;研究了叠层中由于90°层的基体开裂、层间界面破坏、0°层中部分纤维断裂及纤维/基体界面损伤相互作用所导致的细观应力重新分布,获得了相应的应力集中因子和界面破坏区长度与界面剪切强度的定量关系。本文结果为进一步研究正交叠层复合材料的细观破坏机理、最终拉伸强度及协同效应等提供了重要的理论依据。     

Ⅱ型荷载下混凝土剪切断裂的测试研究

有关混凝土的断裂行为已被广泛研究，但很少是针对剪切断裂的情况。本文采用Ⅱ型（四点剪切）加载，进行一系列测试，研究了混凝土单边预制裂纹（SEN）直梁剪切断裂的技术和条纹。初步实现了混凝土的剪切断裂，测得混凝土的Ⅱ型断裂韧度因子K1c。实验结果显示，试件的几何尺寸越大，养护的龄期越长，实验效果越理想，在这两个因素中，试件尺寸的影响更明显。此外，混凝土的配合比与粗集料对测试结果也有重要影响，而细集料的影响似乎并不明显。同时，文中对实验结果进行了详细的分析，最后，得出一些具有工程实用价值的结论。     

TC4钛合金自然破片的引燃机理分析

对两种热处理条件不同的ＴＣ４钛合金圆筒在内部爆轰加载下的自然破片形成过程作了研究，并对破片的宏观断裂特征和细观断裂机理进行了分析。研究结果表明，一些引燃战斗部采用钛合金壳体的根本原因在于利用壳体破裂时形成的高温绝热剪切带和钛元素本身在高温下的剧烈氧化性。     

不同热处理条件下45钢柱壳的动态性能

以不同热处理条件下的45钢作为研究对象,利用高速摄影和金相分析来研究45钢柱壳在爆轰加载下的膨胀断裂特性,以及不同热处理条件对材料的动态断裂性能的影响。结果表明:随着回火温度的升高,45钢强度减小、静态延伸率增大,爆轰加载时柱壳表面裂纹产生及发生贯穿断裂而导致产物泄漏的时刻逐渐推迟,相应应变逐渐增加,同时回收到的破片尺寸逐渐增大;四种45钢的静态力学性能及动态断裂性能有明显差异,是因为不同热处理条件下,材料细观组织的结构、组成均发生较大变化,即材料的细观组织决定了材料的静态力学性能及动态断裂性能。     

不同加载速率下砂岩弯曲破坏的细观机理

岩石细观破裂形貌是岩石破坏机制的重要反映,为研究不同加载速率对砂岩弯曲破坏的影响,通过三点弯曲实验和扫描电镜方法,对某煤矿关键层砂岩弯曲破断裂纹细观形态以及裂纹的自相似性进行了研究。选取6个不同加载速率对岩样进行三点弯曲实验,观察其宏观断裂情况,并利用扫描电镜对弯曲断裂面表面裂纹细观结构进行观察,并拍摄不同倍数下的扫描电镜图片。对图片进行图像处理后得到砂岩弯曲断裂破坏细观裂纹信息,并计算得到微裂纹的分形盒维数值。结果显示:随着加载速率的提高,砂岩穿晶断裂的比例也随之升高,裂纹分形维数亦随着加载速率的增大而增加,同时,分形维数还与弯曲断裂破坏荷载和抗弯强度成正比。可见,加载速率对断裂方式有一定的影响,且加载速率越大断裂所需的破坏能越大,裂纹分布越广,表明开采速度与岩爆等岩体动力灾变有密切关系。     

基于颗粒流的新老混凝土加固构件轴压性能细观研究

考虑到混凝土是一种非均质材料，为研究新老混凝土界面黏结特性和破坏机理，利用PFC3D细观离散元软件对新老混凝土黏结试块双面剪切性能和增大截面法加固钢筋混凝土构件轴压力学性能进行数值研究。结果表明，对于双面剪切试验，新老混凝土剪切-位移数值曲线与试验曲线基本一致，模型接触断裂主要发生在新老混凝土界面处，裂缝数量随着模型达到峰值后急剧上升，在界面处形成贯通的断裂面；在轴压试验模拟中，轴压力、混凝土应变关系数值曲线与试验结果吻合较好，数值结果能较好地预测软化阶段，模型中接触断裂主要发生在柱中部及下部位置，与实际破坏模式相符。     

纤维─基体界面剪切强度与断裂韧性的表征和测定

根据单向复合材料纤维分布、剪切变形与裂纹扩展的细观分析,提出纤维一基体界面剪切强度和断裂韧性的简易细观表征与测定方法．     

纤维─基体界面剪切强度与断裂韧性的表征和测定

根据单向复合材料纤维分布、剪切变形与裂纹扩展的细观分析,提出纤维一基体界面剪切强度和断裂韧性的简易细观表征与测定方法．     

纤维－基体界面剪切强度与断裂韧性的表征和测定

根据单向复合材料纤维分布、剪切变形与裂纹扩展的细观分析,提出纤维－基体界面剪切强度和断裂韧性的简易细观表征与测定方法.     

表面粗糙度对6061铝合金薄壁管冲击膨胀断裂性能的影响

采用分离式霍普金森杆实验技术,对表面加工后不同粗糙度的6061铝合金薄壁圆柱管进行动态膨胀断裂冻结回收实验,并对薄壁金属圆柱管动态膨胀断裂过程中裂纹萌生、扩展情况以及最终断裂模式等进行了研究。结果表明:相同冲击压力条件下,薄壁金属圆柱管表面粗糙度越大,材料越容易发生膨胀破裂;裂纹萌生于外壁面,由外向内扩展,并且裂纹的扩展主要受裂纹处应力状态的影响;薄壁金属圆柱管的断裂模式由拉伸和剪切断裂机制起主导作用,其断口为拉剪混合型断口。     

平行涡管三维合并的直接数值模拟

采用拟谱方法求解Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，对两个同向平行涡管的三维合并过程进行直接数值模拟，分析了它的不同于二维合并的“缠绕式”特性，特别地，对在合并过程中产生的垂直于初始涡管方向的非主体涡量的意义和物理机制了探讨。     

HPAM稀溶液在微圆管中流动特性的实验研究

实验研究了部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)稀溶液(水溶液)在内径为10.1 ~325 \mu m石英微管中的高剪切速率(1 215 ~23 120 s ^{ -1} )流动. 结果表明, 聚合物溶液在管径小于100 \mu m微管中的流动具有明显的微尺度效应, 实测流速高于由同种溶液在常规管径圆管中的流动规律所预测的流速. 实测流速与预测流速之间的偏离程度与管径和剪切速率有关: 相同剪切速率下, 管径越小, 偏离越明显; 在小管径微管中, 偏离随剪切速率的增加而减小, 而当管径超过30.7 \mu m后, 偏离不再随剪切速率的变化而改变.      

Instability and failure of internally pressurized ductile metal cylinders

Forlong, ductile, thick-walled tubes under internal pressure instabilities and final failure modes are studied experimentally and theoretically. The test specimens are closed-end cylinders made of an aluminum alloy and of pure copper and the experiments have been carried out for a number of different initial external radius to internal radius ratios. The experiments show necking on one side of the tubes at a stage somewhat beyond the maximum internal pressure. All tubes, except for one aluminum alloy tube, failed by shear fracture under decreasing pressure. The aluminum alloy tubes exhibited localized shear deformations in the neck region prior to fracture and also occasionally surface wave instabilities. The numerical investigation is based on an elastic-plastic material model for a solid that develops a vertex on the yield surface, using representations of the uniaxial stress-strain curves found experimentally. In contrast to the simplest flow theory of plasticity this material model predicts shear band instabilities at a realistic level of strain. A rather sharp vertex is used in the material model for the aluminum alloy, while a more blunt vertex is used to characterize copper. The theoretically predicted bifurcation into a necking mode, the cross-sectional shape of the neck, and finally the initiation and growth of shear bands from the highly strained internal surface in the neck region are in good agreement with the experimental observations.     

表面加工塑性层对金属柱壳剪切带自组织单旋起始的影响

在外爆加载金属柱壳高速坍塌过程中, 发生塑性变形失稳形成的剪切带具有高度的自组织特征, 甚至出现剪切带排列的单旋现象—剪切带在顺时针和逆时针两个方向呈现一个方向占优的现象. 柱壳在坍塌时, 最大剪切应力位于柱壳内表面, 剪切带的形核及扩展行为受内表面材料介观状态的影响显著. 本文通过选材和控制柱壳加工工艺, 获得了内表面具有不同厚度塑性层的20钢柱壳, 采用厚壁圆筒实验技术, 研究了表面加工塑性层对金属柱壳绝热剪切带自组织单旋现象起始的影响规律及其物理机制. 研究结果表明, 金属柱壳内表面加工塑性层显著改变了试样剪切带的起始条件, 沿顺时针或逆时针方向排列的剪切带形核数量在总剪切带数量中所占比例取决于表面加工塑性层的厚度和晶粒取向, 具有单一晶粒拉伸方向的较厚塑性层样品更容易形成单向螺旋剪切带结构. 在相同变形条件下, 随着塑性层厚度增加, 剪切带平均形核速率和扩展速率增大, 剪切带平均间距减小. 结果可为理解金属柱壳在高速塌陷过程中绝热剪切带占优取向现象提供有价值的参考.      

EXPERIMENTAL STUDY OF SEISMIC PERFORMANCE OF SECTION STEEL-STEEL PLATE CONCRETE COMPOSITE WALL1)

提出一种型钢-钢板混凝土组合墙,为了研究其抗震性能,设计制作该形式的型钢-钢板混凝土组合墙进行拟静力试验。通过改变试件的轴压比、剪跨比,研究其在低周往复载荷作用下的受力机理、滞回性能、刚度退化及耗能能力等。试验结果表明：试件的破坏形态为压弯破坏,组合墙两端方钢管正面及侧面发生撕裂,两侧底部钢板屈曲严重,混凝土压溃;随着轴压比减小,试件具有更好的塑性变形能力和耗能能力,剪跨比对组合墙的抗震性能影响较小。     

Roles of plastic spin in shear banding

In this paper, the effects of plastic spin on shear banding and simple shear are examined systematically. Three types of plastic constitutive model with plastic spin are considered: (i) a non-coaxial model in which the direction of the plastic strain rate depends on that of the stress rate; (ii) a strain-softening model based on the J₂ flow theory; and (iii) the pressure-sensitive porous plasticity model. All the constitutive models are formulated in viscoplastic forms and in conjunction with non-local concepts that have been recently focused and discussed. First, behavior in simple shear is examined by numerical analysee with the aforementioned constitutive models. Moreover, some experimental evidences for stress response to simple shear are shown; that is, several large torsion tests of metal tubes and bars are carried out. Next, finite element simulations of shear banding in plane strain tension are performed. A critical effect of plastic spin on shear banding is observed for the noncoaxial model, while an almost negligible effect is observed for the porous model. The identical effects of plastic spin are observed, whether nonlocality exists or not. Finally, we discuss the relationship between the behavior in simple shear and the shear band formation. It is emphasized that this is a critical issue in predicting shear banding in macroscopic grounds.     

QUANTIFICATION OF SHEAR DAMAGE EVOLUTION IN ALUMINIUM ALLOY 2024T3

Shear damage may occur in the process of metal machining such as blanking and cutting, where localized shear deformation is developed. Experimental findings indicate that microscopic shear damage evolution in aluminium alloy 2024T3 (A1 2024T3) is a multi-stage mechanism, including particle cracking, micro-shear banding, matrix microcracking and coalescence of microcracks. This study is an attempt to use a set of equations to describe the multi-stage shear damage evolution in Al 2024T3. The shear damage variables in terms of multi-couple parameters of a power-law hardening material have been defined. An evolution curve of shearing damage has been calculated from experimental data. The values of the shear damage variable at different stages of damage have also been calculated. By making use of the findings, the relation between the microscopic shear damage evolution and the macroscopic shear response of the material has been discussed.     

TA2钛合金开口柱壳外爆碎片分布研究

金属柱壳爆炸膨胀断裂机制及其对碎片分布、特征尺寸的影响是应用物理、力学、兵器工程等领域共同关心的重要课题, 但目前除数值模拟外, 考虑断裂机制的简单二维碎裂模型尚未出现.开展TA2钛合金开口柱壳在不同装药条件下的碎裂实验研究, 通过对软回收碎片的统计及微观分析, 探讨金属柱壳外爆断裂模式及二维碎片分布规律, 结果显示:(1) TA2钛合金柱壳在实验爆压(7 $\sim$ 25 GPa)下宏观断口均为剪切断裂模式, 但机制不同, 在较高爆压下柱壳剪切断裂由多重绝热剪切带破坏控制, 在较低压力下为剪切破坏;(2) 与一维拉伸碎裂相比, 柱壳爆炸碎裂不充分, 碎片质量更符合$\beta=1$ (或更接近1)的指数分布; 爆炸碎裂越充分, 碎片越小并趋于均匀, $\beta$趋于较小的值, 趋向Mott和Linfoot提出的泊松统计分布形式;(3) Rayleigh分布可以较好描述柱壳碎片的宽度分布规律, 不同爆压下柱壳碎片宽度归一化尺寸分布具有相似性, 呈现"量子化"特性, 即存在最小的特征尺寸; (4) TA2柱壳碎片特征尺寸远大于G-K剪切断裂公式预测的尺寸, G-K剪切式描述的是多重绝热剪切带间距.本研究为金属柱壳碎片特征、分布规律及其模型分析提供了重要参考.