PBX 炸药本构关系的实验研究

在SHPB装置上开展了某典型PBX炸药的单轴压缩、间接拉伸实验。利用入射波整形技术,结合半导体应变片和石英晶体联合测试的方法,实现了PBX炸药的应力平衡和恒应变率加载,得到了不同应变率下某PBX炸药的压缩应力应变曲线,初步建立了该炸药的修正Sargin唯象模型;开展了3种PBX炸药的动态巴西实验,通过高速摄影获得了炸药的破坏过程,结合数字相关技术,获得了试样裂纹附近的应变场分布,初步建立了描述3种炸药动态拉伸行为的修正Johnson-Cook模型。模型曲线与实验结果符合较好。     

COMP．B复合炸药动态力学性能和塑性流动本构关系的研究

利用自制的含能材料动态变温三轴压缩实验装置，采用准静态应变速率（１０－４／ｓ）和中等应变速率（３／ｓ），对国产复合炸药Ｃｏｍｐ．Ｂ进行了三轴压缩实验．测试了Ｃｏｍｐ．Ｂ在不同温度、不同应变速率条件下的杨氏模量Ｅ，泊松比ν和屈服强度Ｙ．实验结果表明，Ｃｏｍｐ．Ｂ具有明显的应变率相关和热软化效应．基于热激活模型，作了适当的改进，根据实验数据建立了含能材料塑性流动模型，分析表明该模型能合理地描述率相关材料的塑性流动，同时考虑了应变率和温度对塑性流动的影响．这些基础研究为含能材料动态力学性能的研究和炸药早爆机理的理论分析提供了依据     

Comp.B复合炸药动态压缩力学性能和本构关系的研究

本文利用自制的含能材料变温动态压缩实验装置，采用准静态应变速率（１０－４／ｓ）和中等应变速率（３／ｓ），对国产复合炸药Ｃｏｍｐ．Ｂ进行了动态压缩实验。测试了Ｃｏｍｐ．Ｂ在不同温度、不同应变速率条件下的杨氏模量、断裂强度等力学性能参数。实验结果证明，Ｃｏｍｐ．Ｂ具有明显的应变率相关和温度效应。采用Ｊｏｈｎｓｏｎ提出的温度、应变率相关的本构模型，根据实验数据拟合了Ｃｏｍｐ．Ｂ材料的本构关系，分析表明该本构模型可以很好地描述材料的应变率和温度效应。这些基础研究为含能材料动态力学性能的研究和炸药早爆机理的理论分析提供了依据。     

初始空腔体积率对约束HMX基PBX-3炸药慢烤相变的影响

为了认识慢烤过程中初始空腔体积率对HMX基PBX-3炸药热致相变以及点火响应特性的影响,设计了小尺寸强约束慢烤实验装置。在相同温升速率下,开展了空腔体积率分别为1.0%、4.2%和13.8%的约束PBX-3炸药慢烤实验,获得了炸药内部不同位置以及约束壳体表面的温度演变历程,对炸药中HMX相变过程、初始空腔体积率对HMX相变影响的机制、HMX相变进程对点火反应温度的影响进行了详细分析。结果表明：初始空腔体积率越小,HMX相变吸热表现出的温度平台持续时间越短,点火时刻约束壳体表面的温度越高。分析认为初始空腔体积率越小,慢烤加热至HMX相变温度时刻,PBX-3炸药受到的热应力越大,延缓了慢烤过程中β-HMX转化为δ-HMX的相变进程;由于δ-HMX的热感度更高,慢烤实验过程中HMX的相变进程越慢,δ-HMX放热分解反应引起的热量积累越慢,炸药点火反应时刻约束壳体的温度越高。

     

TATB钝感炸药本构关系的实验研究

利用分离式霍普金森压杆（ＳＨＰＢ） 完成了对ＴＡＴＢ钝感炸药在２ ～５０ｍ／ｓ 弹速范围内的冲击压缩实验。根据实验结果和回收样品分析确认ＴＡＴＢ属于含预损伤的非线性粘弹性体,并对１０２ ～１０３ｓ－ １ 应变率范围内的应力 应变曲线进行了拟合。     

聚碳酸酯类非晶聚合物力学性能及其本构关系

聚碳酸酯是一类玻璃态非晶聚合物材料,由于其出色的耐热和抗冲击能力,被广泛地应用于国防军事和工业领域。针对主要应用于聚碳酸酯材料类非晶聚合物,首先回顾了其力学性能实验研究现状,从唯象的角度分析实验结果,揭示这类材料力学性能。其次介绍了这类材料的各种本构模型的发展历程、物理机制、力学特性、适用范围等。最后,概述了各类本构模型在聚碳酸酯类聚合物材料中的应用,从工程应用的角度进一步讨论了本构模型对材料力学行为的表征,同时给出了聚碳酸酯类材料在实验和理论研究中仍然存在的关键科学问题及进一步的研究展望。     

冲击载荷下盐岩的力学性能和本构关系研究

利用直径75mm的大尺寸SHPB实验装置开展盐岩的动态压缩性能实验研究,得到了其动态应力应变曲线。分析表明,在冲击压缩载荷作用下,盐岩材料有明显的损伤软化现象和应变率效应。针对实验曲线,通过引入描述材料强度随应变率强化的应变率增强因子和随不可逆变形发展而弱化的损伤因子,提出了含损伤率的相关动态本构模型,拟合得到的本构方程形式比较简单,能够较好地反映盐岩动态实验加载过程的主要特征,具有一定的工程应用价值。     

高压下PBX-1炸药的燃速-压力特性

炸药燃速-压力特性是弹药安全性的关键内因,反映了炸药反应烈度增长的倾向性。为了认识PBX-1炸药在未损伤状态下的燃烧特性,发展了密闭空腔燃烧压力-炸药耗量法以及炸药燃烧速率测试方法,并对PBX-1炸药开展了燃烧实验。采用压力传感器测量了密闭燃烧器内部的压力历程,采用快速响应热电偶监测了炸药燃烧阵面时间-位置数据,获得了炸药燃烧速率并拟合出常温下PBX-1炸药热传导燃烧速率与压力的依赖关系r=(2.16±0.55)p^1.08±0.06。结果表明,PBX-1炸药的压力指数大于1,燃烧速率对压力变化比较敏感,在100 MPa压力范围内燃烧速率呈指数关系,当压力超过100 MPa后燃烧变得不稳定,燃烧速率迅速增加,导致燃烧器内压力骤变。分析其主要原因是,高压下PBX-1炸药发生物理破坏,炸药燃烧比表面积增加100多倍,炸药反应烈度有经对流燃烧机制提升的趋势。     

结构钢损伤本构关系的研究

回顾了结构钢损伤模型的发展史,提出了一种新的本构模型－结构钢弹塑性各向异性损伤本构模型,该模型采用混合强化准则,考虑Bauschinger效应,屈服平台、硬化（软化）效应及损伤和损伤演化影响。算例分析结果表明本文模型能够客观地反映结构钢在循环荷载作用下的工作性能、适用于进行钢结构及构件在循环荷载作用下弹塑性反应分析。     

软岩的动态力学本构模型

利用分离式霍布金森压杆实验系统(SHPB)对2种典型的软岩砂质、泥岩进行动态力学性能测试,测试的应力应变曲线表现出显著的应变硬化和塑性流动等复杂的动态力学特性。基于实验结果,在朱-王-唐模型的基础上,并且考虑软岩本身结构缺陷的影响,建立了一种适应软岩材料的黏弹性统计损伤模型。该模型由2个Maxwell体和1个损伤体并联组成,2个Maxwell体用来描述对软岩高分子材料的高低应变率响应以及软岩材料在动载作用下的塑性变形特性,考虑软岩材料本身缺陷的影响,用一个损伤体代替朱-王-唐模型中的非弹性弹簧。利用黏弹性统计损伤模型对不同应变率下软岩材料的动态应力应变曲线进行拟合,拟合曲线与测试曲线一致性良好。     

聚氯乙烯弹性体静动态力学性能及本构模型

为揭示聚氯乙烯弹性体在静、动态载荷下的力学性能,采用万能材料试验机和改进的分离式霍普金森压杆实验装置获得了材料在应变率为0.001、0.01、0.1、1 510、2 260和3 000 s⁻¹下的应力应变曲线,并以屈服强度为整形器优选参数,对比了紫铜、铜版纸和铅等3种整形器材料的整形效果。使用修正的ZWT非线性黏弹性本构模型描述聚氯乙烯弹性体在静、动态载荷下的力学性能。结果表明：聚氯乙烯弹性体在静态载荷下具有应变率效应和显著的超弹性特性,动态载荷下表现出较明显的应变率效应和较强的抗变形能力,且静动态载荷下的力学行为受应变历史影响较大。3种整形器材料中铜版纸的整形效果最好。修正后的ZWT非线性黏弹性本构模型能够得到统一参数的本构表达式,且各应变率下的拟合结果与实验结果具有较好的一致性。

     

激光选区熔化Ti-6Al-4V合金的动态力学性能及其本构关系

为了开展激光选区熔化（SLM）增材制造钛合金的动态力学性能研究,分别采用热模拟材料试验机、分离式霍普金森压杆装置对激光选区熔化钛合金在不同温度下进行了准静态和动态压缩实验,并基于实验结果拟合Johnson-Cook本构模型,同时对钛合金在高温、高应变率下的力学行为进行了有限元模拟。结果表明,相对于铸造或锻造钛合金,激光选区熔化钛合金具有更细小、均匀的组织,使其屈服强度有明显的提升,且表现出明显的应变率强化效应和热软化效应。有限元模拟结果与实验有着较高的重合度,进一步验证了本构参数的有效性,为扩大激光选区熔化技术及其产品的应用提供了理论基础。

     

混凝土冻融损伤本构模型研究

基于各向同性连续损伤力学理论,以损伤条件下的弹性模量和泊松比为变量,基于Ottosen理论模型建立了混凝土冻融损伤破坏准则,并以Ottosen本构理论模型为基础,利用建立的冻融损伤破坏准则构建了混凝土冻融损伤本构模型,并编制了本构模型有限元程序,经过试验验证模型计算结果较为准确,为有限元计算和冻融作用后混凝土结构模拟应...     

盐腐蚀后混凝土的动态本构模型

为探究混凝土受盐腐蚀后的动态力学响应,配置了粉煤灰质量分数为15%的普通硅酸盐水泥混凝土,将其置于质量分数均为15%的NaCl和Na₂SO₄溶液中浸泡腐蚀60 d后,利用?100 mm分离式霍普金森压杆实验装置,测试其受腐蚀后的动态力学性能,并结合宏观唯象损伤统计理论和Weibull分布思想,建立了混凝土受盐腐蚀后的动态统计损伤本构模型。结果表明:受盐腐蚀后,混凝土试件的动态抗压强度均有不同程度的下降,且NaCl溶液腐蚀试件的降幅大于Na₂SO₄溶液腐蚀试件;模型曲线与实验曲线的拟合度较高,能够较准确地描述混凝土在冲击荷载作用下的动态力学响应规律。     

碳纳米管增强氟橡胶高温力学行为及本构关系研究

改性氟橡胶因其优异的耐油耐高温及良好的物理性能,广泛应用于汽车、航空航天和国防等领域。本文通过对不同温度(120 ℃~220 ℃)下碳纳米管增强氟橡胶的单轴拉伸试验结果进行分析,得到改性氟橡胶力学行为随温度变化的特点。通过本构模型评估和材料参数拟合,推导出适用于改性氟橡胶的温度相关修正本构方程。最终对比了特定温度下单轴拉伸的试验结果与模型预测结果,证明了温度相关的修正Yeoh模型可以较好地描述试验温度内碳纳米管增强氟橡胶的力学性能,为高温下改性氟橡胶的工程应用提供理论基础。     

双基推进剂的高应变率力学特性及其含损伤ZWT本构

为了解双基推进剂在冲击载荷下的力学特性及本构行为,利用材料试验机和分离式霍普金森压杆（SHPB）对双基推进剂进行了单轴压缩实验,并对实验数据的有效性进行了检验。用二波法对实验数据进行处理,得到了双基推进剂的应力应变曲线。实验结果表明：双基推进剂具有明显的应变率相关性,动态下屈服应力与静态下相比明显提高,且屈服应力表现为应变率对数的双线性关系;双基推进剂屈服应变表现为延脆转换特性,在低应变率下表现为延展性,高应变率下表现为冲击脆化特性。利用含损伤朱王唐（ZWT）本构模型对实验结果进行了拟合,得到了模型中的本构参数,并对损伤因子项进行了分析。通过模型预测曲线与实验曲线的对比,发现含损伤ZWT本构能较好地描述双基推进剂在0～0.14应变范围内的力学特性。     

Investigation on elasto-plastic constitutive model coupled with damage for localization phenomena

On the basis of existing plasticity-based damage model for plasticity coupled with damage for localization analysis, constitutive parameter identification was carried out through a series of numerical tests at local level. And then improvements were made on the expressions of the evolution laws of damage. Strain localization phenomena were simulated with a typical double-notched specimen under tensions. Numerical results indicate the validity of the proposed theory.