硬质聚氨酯泡沫塑料本构关系的研究

介绍用大尺寸分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆对四种密度的硬质聚氨酯泡沫塑料进行高应变率实验，完整地给出了这种材料在１０３／ｓ高应变率下的包括弹性区、屈服区和致密区变形全过程的动态应力应变曲线，并提出了包括应力、应变、应变率和密度等参量的本构关系．     

聚氨酯泡沫铝动力学性能实验及本构模型研究

为了改进泡沫铝的动态吸能性能,将聚氨酯填充到开孔泡沫铝中制备成复合材料。通过霍普金森杆(SHPB)冲击实验,研究包含相对密度、应变、应变率和聚氨酯含量等影响因素的聚氨酯泡沫铝材料的动力学性能,并建立了动态本构模型。实验结果表明,聚氨酯泡沫铝的动态弹性模量与相对密度无关,屈服强度和流变应力与应变率和泡沫铝的相对密度成正比;聚氨酯泡沫铝的屈服强度与泡沫聚氨酯质量增加近似呈线性关系。所建立的动态本构模型在相对密度和应变率在一定的变化范围内与实验数据吻合较好。     

软质聚氨酯泡沫的动态压缩力学性能和本构模型

采用Instron 9350落锤试验机研究了中低应变率下软质聚氨酯泡沫的动态压缩力学性能,分析了其应力-应变响应特征和应变率敏感性,讨论了应变率对材料应变率敏感性指数和能量吸收特性的影响,并基于实验结果建立了可准确描述其压缩力学响应的率相关本构模型。结果表明,软质聚氨酯泡沫的静动态压缩应力-应变响应具有典型的三阶段特征,且呈现出明显的应变率强化效应。准静态加载下,材料具有较高的吸能效率但能量吸收值较小,应变率对最大吸能效率和比吸能的影响较小;动态加载下,随着应变率的增加,最大吸能效率显著减小而比吸能明显增大。考虑应变率影响的修正Sherwood-Frost模型和修正Avalle模型都能够很好地表征软质聚氨酯泡沫的静动态压缩应力-应变响应,但修正Avalle模型的参数较少,更便于工程应用。研究结果可为软质聚氨酯泡沫抗冲击结构的设计和优化提供指导。     

泡沫铝材料准静态本构关系的理论和实验研究

应用Chen和Lu提出的适用于可压缩弹塑性固体的唯象本构模型框架，建立了泡沫铝的准静态本构模型，推导了三维等比例加载和环向受约束轴向加载下的宏观应力-应变曲线. 对两种泡沫铝材料(开孔和闭孔)进行了4类准静态试验，即单轴压缩、三维静水压缩、三维等比例压缩和侧向受约束轴向压缩实验. 利用单轴压缩和三维静水压缩的实验结果得到了泡沫铝材料的本构参数曲线，并由此预测它在三维等比例压缩和侧向受约束轴向压缩情况下的响应. 理论预测与相应实验结果相比较，三维等比例压缩的结果比较吻合，但与侧向受约束轴向压缩的结果却相差很大. 分析表明，理论预测与侧向受约束轴向压缩实验结果的偏差是由于泡沫铝试件与约束筒之间的摩擦造成的. 研究结果说明, Chen-Lu模型能够很好地描述泡沫铝材料在压缩占主导的应力状态下的响应.     

聚苯乙烯泡沫颗粒散体和整体集合的准静态压缩力学特性

对颗粒聚苯乙烯(EPS)泡沫单粒及封闭容器中的大量颗粒整体分别进行了不同加载速率下的准静态压缩实验,获得相应的压缩应力应变曲线.分析了单颗泡沫颗粒内部气体对材料压缩性能的影响,以及大量颗粒用作包装材料时由于内、外部气体被挤出所引起的密度变化对整体应力应变关系的影响.研究表明:EPS泡沫是典型的闭胞材料,单颗颗粒内部气体压力对材料力学行为的影响可以用Ashby等提出的闭胞材料内部气体压力贡献来描述,经过对实验数据拟合,给出了描述单颗材料的考虑颗粒内部封闭气体压力贡献及加载速率影响的本构方程.另一方面,封闭容器里的大量泡沫颗粒的整体力学性能既受颗粒内部气体压力影响,又受颗粒间缝隙气体流动的影响;表观上这种内、外部气体的贡献可以通过材料的表观密度来描述.通过引入整体密度影响因子,定量分析了加载速率对大量颗粒整体的应力应变关系的影响.研究结果对理解大量泡沫颗粒整体的力学性能提供一定的线索.     

层状盐岩力学特性研究进展

盐岩具有孔隙度低,渗透率小,损伤自恢复和塑性变形能力大等特性.本文着眼于深部盐岩能源地下储备,在简要介绍国内外盐岩力学特性研究现状基础上,着重综述了近期关于层状沉积型盐岩工程力学特性研究的进展.层状盐岩压缩试验表明泥质硬石膏夹层对盐岩体的变形和破坏特性有明显的影响,揭示了复合岩体的变形和破坏机制;层状盐岩流变试验表明层状盐岩的蠕变主要由盐岩层控制,硬夹层的存在对溶腔围岩的长期蠕变起到抑制作用;为了深入了解界面的力学特性,开展了层状盐岩直接剪切试验、间接拉伸试验和界面微观分析试验,试验表明层状盐岩体中盐岩夹层界面具有较强的黏结力,这十分有利于盐岩溶腔的密闭性和稳定性;针对特殊的层状岩体提出了复合岩体Cosserat介质扩展本构模型,并应用于层状盐岩构造中能源储库稳定性分析中.最后指出了层状盐岩工程力学特性研究中值得关注的几个重点研究方向.      

泡沫铝泡孔动态变形特性研究

在SHPB实验中采用应变冻结法将试件冻结于设定的压缩应变,然后观察内部泡孔的变形情况并讨论其变形机理。分别对同一相对密度(40%)、不同基体材料的两种泡沫铝以及两种相对密度(19%和8%)、相同基体材料的泡沫铝进行实验,讨论了基体材料的本构关系、泡沫的相对密度对变形模式的影响。利用ANSYS/LS DYNA软件对泡沫铝在动态压缩时泡孔的变形进行数值模拟计算,进一步说明泡沫铝泡孔变形的模式与基体材料本构关系及相对密度的关系。     

三轴情况下花岗岩动态力学特性的实验研究

针对花岗岩进行了应变速率范围为10-4～1s-1、围压范围为20～170MPa的动三轴实验。实验结果表明:花岗岩的抗压强度随应变速率的增加而增加,强度的增加幅度随围压的提高有减小的趋势,弹性模量以及泊松比与应变速率没有明确的关系;花岗岩的抗压强度随围压的增加明显增加,在不同应变速率下,这种增加趋势基本相同;随着围压的增加,花岗岩的弹性模量有小幅度增加的趋势,泊松比有小幅度减小的趋势。     

基于相对即时密度的泡沫铝材料力学性能研究

通过对圆柱形泡沫铝试件进行静态压缩和冲击实验，考察了泡沫铝的初始密度、孔径和尺寸等因素对材料应力应变关系的影响，研究了基于相对即时密度的泡沫铝材料的塑性行为。实验所用泡沫铝试件包含四种尺寸，三种孔径及多种初始密度。实验结果表明，初始密度对泡沫铝的应力应变关系有着显著的影响，而其他因素，如孔径、试件尺寸等的影响较小。基于实验结果，提出了一种新的泡沫铝材料力学性能的描述方法，即用材料的相对即时密度与应力的关系来描述泡沫铝材料的塑性行为。该关系适用于静态和动态加载情况，只是两种情况下的参数不同。基于该方法，发现泡沫铝的塑性行为可以用单一的应力一相对即时密度关系描述，这一关系甚至不依赖于材料的初始密度，这将使泡沫铝材料塑性行为的描述大大简化。     

Microstructure and Tensile Mechanical Properties of Anisotropic Rigid Polyurethane Foam

An understanding of the mechanical properties of solid foams facilitates effective use of such materials, which are often deployed in load-bearing applications such as impact absorbers, cushioning and sandwich structures. This study is an experimental investigation that focuses on the deformation response of rigid polyurethane foam to tension. Microstructural features such as the size and geometry of constituent cells and the struts that define the cell edges, as well as their stiffness and tensile strength, are examined. The nature of cell deformation and fracture are identified through microscopy and the associated micromechanics analyzed. Results show that the cells are elongated and thus the foam exhibits anisotropic properties. Flexure of the struts that define the cell edges is the primary mechanism governing deformation and failure. Information on the mechanical, microstructural and deformation characteristics elicited through this investigation will facilitate formulation of idealized cell-based models to account for the mechanical response of rigid polymeric foams.     

泡沫材料准静态力学性能实验研究

利用INSTRON-1185型万能材料试验机在准静态加载环境下对不同密度的聚氨酯泡沫的抗压、抗拉及抗弯性能进行了较系统的实验研究,分析了聚氨酯泡沫材料的力学性能及吸能特性随表观密度的变化规律.研究表明,聚氨醋泡沫材料的杭压性能优于其杭拉性能,该材料具有良好的吸能特性,且其吸能特性随密度的增大而提高.     

硬质聚氨酯泡沫塑料的SHPB实验研究

本文对四种不同密度的硬质聚氨酯泡沫塑料（ＲＰＵＦ）的静态及动态力学性能进行了研究，并对分离式Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆（ＳＨＰＢ）实验中ＲＰＵＦ试样的长径比进行了讨论。静态实验的结果说明了ＲＰＵＦ的弹性模量及屈服应力都随密度增加而增大，并且随密度增加，材料的屈服平台逐渐消失。ＳＨＰＢ实验结果表明ＲＰＵＦ对变形应变率有一定的敏感性且其敏感性随密度增加而稍有降低     

聚氨酯泡沫塑料压缩杨氏模量的理论预测

通过微分法导出了泡沫塑料剪切模量和体积模量所满足的微分方程组，再利用联系泡沫塑料泊松比和孔隙比的Ｋｅｒｎｅｒ－Ｒｕｓｃｈ经验关系及泡沫塑料弹性常数间满足足的关系，在基体材料不可压缩的假设下，确定了泡沫塑料的杨氏模量。本文针对几种密度的泡沫塑料，分别对它们的杨氏模量进行了理论预测和实验测定，结果表明：理论预测的模量在较高密度下与实验符合的很好，在低密度下也给出相当好的近似值。此外，本文的结果同其他理     

数字图像相关方法在闭孔泡沫铝压缩试验中的应用

为了了解相对密度与胞孔结构对闭孔泡沫铝力学性能的影响,本文采用放大成像及数字图像相关技术对两种不同密度的泡沫纯铝试样进行了实验研究.利用数字图像相关方法对泡沫纯铝变形前后的图像进行相关计算,获得了弹性范围内静态压缩情况下闭孔泡沫铝材料表面的全场变形及局部孔结构的变形,同时根据试验结果计算了试件的名义弹性模量.实验结果表明泡沫铝整体孔结构的变形与泡沫金属材料相对密度有关,而单个孔结构的变形主要与孔壁面光滑程度和皱褶有关.实验结果还表明图像相关方法能够有效地应用于闭孔泡沫金属的力学性测量和评估的研究.     

粉煤灰小型空心砌块砌体试验研究

粉煤灰砌块砌体的研究与应用对节能降耗、保护环境、加快推广新型墙体材料的应用具有十分重要的意义.通过粉煤灰小型空心砌块砌体的抗压强度试验和沿通缝截面抗剪强度试验,对其强度、本构关系和弹性模量等基本力学性能进行了分析研究,并结合我国现行规范中已有的砌块砌体计算公式,提出了粉煤灰小型空心砌块砌体的抗压抗剪强度计算公式、应力应变曲线以及弹性模量的计算方法.经分析,其计算结果与试验值吻合较好,填补了规范中粉煤灰砌块基本力学性能分析研究的空白,并为今后工程设计提供了基本技术参数支持和理论参考.     

特种泡沫塑料的动态力学性能研究

通过大尺寸分离式Hopkinson压杆对特种泡沫塑料进行了高应变率冲击实验，完整地给出了该材料在高应变率下的动态应力应变曲线，并将结果和理论上的Eyring模型进行了比较，指出了这种材料在一定的应变率范围内，具有明显的应变率效应，同时从应力应变曲线的特点来看，这种材料又有良好的吸能特性，最后通过对实验数据的拟合，提出了便于工程应用的动态本构方程。     

Experimental Techniques and Identification of Nonlinear and Viscoelastic Properties of Flexible Polyurethane Foam

Identification of the vibrational behavior of polyurethanefoams used in automotive seats is described. The dynamic system consistsof a rigid block mounted on a 3 cube of foam material, which serves asthe only flexible component. When constrained to undergo linearunidirectional motion, the dynamic system is modeled as a single degreeof freedom system, governed by an integro-differential equation. Inaddition to a relaxation kernel representing the linear viscoelasticbehavior of the foam, the model includes a polynomial type stiffness toaccount for the foam's strain-based nonlinearities. The relaxationkernel is assumed to be of an exponential type. Experimentalmethodologies for obtaining repeatable, accurate measurements of thesystem's response to an impulse and to single frequency harmonic baseexcitations are described. Analysis methods are then investigated forextracting the relevant linear, nonlinear, and viscoelastic parameters.Characterization of these foam properties as functions of compressionlevel is also presented.     

TNT炸药动静态变温三轴压缩力学性能的试验研究

介绍了一种高能材料动静态变温三轴压缩试验装置，在熔点以下温度，通过对国产单质炸药ＴＮＴ在中等应变速率（２－４／ｓ）及准静态（３×１０－３／ｓ）条件下三轴压缩力学性能的测试，得出ＴＮＴ的杨氏模量Ｅ、泊松比ν和屈服极限Ｙ，以及当加载速率和温度改变时这些参数的变化规律。并提出三轴应力状态下屈服极限的一种确定方法。该三轴压缩试验装置以及三轴压缩应力状态下力学参数的测试、分析、处理系统为研究高能材料力学性能提供了一套完整的技术和手段。     

A Case Study on the Use of Fractional Derivatives: The Low-Frequency Viscoelastic Uni-Directional Behavior of Polyurethane Foam

A fractional derivative model of dissipative effects is combined with a nonlinear elastic model to model the response of polyurethane foam in quasi-static compression tests. A system identification method is developed based on a separation of the elastic and viscoelastic parts of the response, which is possible because of symmetries in the imposed deformation time-history. Simulations are used to evaluate the proposed identification method when noise is present in the response. The system identification technique is also applied with some success to experimental data taken from several compression experiments on two types of polyurethane foam blocks.