聚合物泡沫材料动态力学性能及其能量吸收研究

 通过落锤实验,对发泡聚乙烯（EPE）、发泡聚丙烯（EPP）材料的动态力学性能进行了研究,提出了一种获得聚合物泡沫材料在恒定应变率下本构曲线的方法,建立了EPE的Low Density Foam本构模型。以此为基础,探索了在冰箱跌落过程中,聚合物泡沫包装材料的能量吸收以及对冰箱抗跌落冲击的保护能力。     

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。     

聚苯乙烯泡沫材料性能研究

研究了聚苯乙烯（PS）泡沫的液体（无水乙醇）浸润性能和动态机械性能。实验发现：液体在泡沫中的浸润高度与时间的1/2次方成正比,泡沫的压缩模量随温度的降低而升高,随泡沫密度的减小而降低。     

陶瓷材料的动态压缩测试

陶瓷材料是地面车辆和航空器防护装甲的重要组成材料。一直以来，陶瓷材料的高应变率压缩性能都受到众多研究者的密切关注。陶瓷材料的高应变率压缩性能是通过SHPB试验获得的。对于传统的SHPB试验，必须满足“一维应力假设”、“试样的轴向应力均匀假设”和“压杆弹性假设”，才可以得到有效的测试结果。而这些基本假设均受到陶瓷材料高强度、高弹性模量和高脆性的挑战。     

聚氨酯泡沫压缩力学性能随应变速率变化

聚氨酯泡沫材料具有密封、隔热及绝缘等优良性能而在支撑及包装材料中得到广泛应用。作为支撑和包装材料，其压缩力学性能是重要的性能参数之一。聚氨酯泡沫属于粘弹性材料，其压缩力学性能不但与温度有关，而且还应与应变速率有关。本文测试了同种配方3种发泡密度的聚氨酯泡沫塑料试件在不同应变速率下的压缩力学性能，研究了3种密度聚氨酯泡沫塑料压缩力学性能随应变速率变化的规律。     

基于温度与应变率相互耦合的泡沫铝本构关系

根据分离式Hopkinson压杆实验以及准静态实验得到的泡沫铝材料在不同温度以及不同应变率下的应力-应变曲线,分析了泡沫铝本构方程中温度效应与应变率效应之间的耦合关系,即温度越高,泡沫铝的应变率效应越显著。基于Sherwood和Frost提出的泡沫材料本构关系框架,对常温下的应变率敏感系数进行了温度项修正,修正后的本构方程在高温高应变率下与实验结果具有较好的一致性。最终得到泡沫铝在一定密度范围内包含温度项、应变率项较为完备的本构方程。     

球形孔开孔泡沫铝的力学特性及准静态压缩变形机制

对胞孔形态和尺寸较为一致的球形孔泡沫铝开展静-动态压缩实验,利用数字图像相关法研究了泡沫铝在准静态压缩过程中的宏观和介观变形机理。结果表明:球形孔泡沫具有明显的应变率效应,随着应变率的增加,平台应力及屈服强度增加,吸能效率也有所提高。由于胞元壁厚不均匀和孔壁缺陷的随机分布,泡沫铝在压缩过程中会出现多条局部变形带,单个胞孔表面在孔壁缺陷处也会出现应变集中带。胞元孔的变形模式主要有3种,轴向压缩、剪切、扭转加剪切复合变形,且整体变形带处的孔壁破坏模式以剪切变形为主,孔壁的变形模式又与孔壁自身厚度以及加载方向有关。     

泡沫硅橡胶老化后的压缩性能

硅橡胶在贮存和使用过程中，常受到不同应力应变的作用，在其使用和贮存期间会产生一系列物理老化和松弛，导致其内部结构发生变化，从而引起各种性能尤其是力学性能的下降，当性能下降到一定程度时，吉卜赛材料允许使用极限，它就失去了使用价值，因此有必要对硅橡胶的库存和老化进行研究。     

泡沫Al压缩形变及能量吸收特征

通过考察两种基体泡沫Al(分别为脆性和塑性)单向压缩应力-应变曲线，探讨了其形变和能量吸收特征及机理，得到了一些与以往不同的研究结果.研究发现，与其他多孔固体材料一样，泡沫Al的压缩形变过程也经历三个区域，即线性弹性区、平台区和致密化区；泡沫Al的吸能本领随屈服强度的提高而增强；在屈服强度相近的情况下，脆性泡沫Al的吸能本领高于塑性泡沫Al；泡沫Al吸能效率峰值对应于较低的应变值(约为0.15—0.25)；吸能效率峰值对基体成分和状态不敏感，随密度增加，吸能效率峰值呈下降趋势. 关键词：     

环氧树脂玻璃钢的动静态拉伸力学特性

为系统地研究环氧树脂玻璃钢在静、动态拉伸载荷作用下的力学性能,采用材料测试系统和分离式霍普金森拉杆对材料进行拉伸试验,获得0.001～0.1 s^-1及1 128～1 840 s^-1应变率下的应力-应变曲线和相应的力学参数。结果表明,动态加载下环氧树脂玻璃钢的应变率增强效应较为明显。为此,引入动态增强因子描述环氧树脂玻璃钢在高应变率下力学性能的增强。采用扫描电镜对损伤断面进行观测,发现动态加载下纤维束平整断裂,而非静态加载下纤维拔出失效。相较于静态加载,动态拉伸载荷作用下玻璃钢的基体-纤维界面断裂韧度更高。基于环氧树脂玻璃钢在动态拉伸下的力学响应,引入宏观损伤累积量,建立一种考虑损伤的非线性拉伸本构模型。拟合结果表明,该模型整体上可以反映环氧树脂玻璃钢在动态拉伸载荷作用下的力学响应。     

聚四氟乙烯动态特性的实验研究

 在10~55 GPa的高压范围用化爆装置、采用阻抗匹配法测得了聚四氟乙烯（初始密度ρ₀=2.19 g/cm³）的冲击波速度D和波后粒子速度u之关系为：D=2.10+1.62u（mm/μs）。在0.2~3 GPa的低压范围用气炮装置、采用电磁速度计测量了材料内加、卸载过程的拉格朗日粒子速度波形，获得的冲击加载D-u关系为：D=1.24+3.72u-1.94u²（mm/μs）。实测卸载曲线和加载冲击绝热线接近一致，残余应变似乎不存在或者说很小；弹性区段很不明显，聚四氟乙烯本质上呈现出塑性性质。     

冲击载荷下分层梯度泡沫材料中的应力波传播特性

以一维应力波传播理论为基础,建立了3层金属泡沫材料受到刚性块撞击时的理论模型,研究了刚性块撞击3层泡沫圆杆时的动力响应过程,从理论上给出了刚性块在撞击过程中的速度衰减规律数值解。利用ANSYS/LS-DYNA分析了受刚性块撞击时塑性应力波在3层泡沫材料中的传播过程,比较了刚性块以及层间界面处节点速度的变化规律。通过对比有限元结果与理论结果发现:理论模型能够较好地预测冲击载荷下分层泡沫材料各界面的速度衰减规律;3层梯度泡沫材料比相同质量的单层均质泡沫材料具有更加高效的吸能和缓冲能力。由于理论假设忽略了反射波以及泡沫材料应变硬化效应的影响,理论解与有限元模拟结果之间存在一定的误差。     

聚氯乙烯弹性体动态拉伸力学性能实验研究

为研究软质高分子聚合物材料的静、动态拉伸力学性能,利用Instron-5943万能材料试验机和改进型分离式霍普金森拉杆(SHTB)实验装置对聚氯乙烯(PVC)弹性体材料进行了静、动态拉伸实验,得到了该材料在应变率为0.1 s~(-1)及400～1 850 s~(-1)下的应力-应变曲线。动态拉伸实验过程中,联合波形图分析和高速摄像方法对试样连接方式和胶黏剂进行了优选,通过脉冲整形器延缓入射波上升沿以实现恒应变率加载,调整入射杆与吸收杆间空隙解决了入射波基线偏离问题。结果表明:PVC弹性体在准静态(0.1 s~(-1))拉伸载荷下具有明显的线弹性特征,在动态(400～1 850 s~(-1))拉伸载荷下具有一定的黏性特征。构建了朱-王-唐(ZWT)非线性黏弹性本构模型以表征PVC弹性体材料的黏弹性力学特征,实验与模型拟合结果较吻合。     

真空中聚苯乙烯交联材料的沿面闪络特性

搭建了真空沿面闪络实验平台,在实验平台上对聚苯乙烯交联材料进行了真空沿面闪络性能测试,探讨了材料的真空沿面闪络电压强度与材料结构、材料内部微量杂质的关系。实验结果表明:随着聚苯乙烯材料交联程度的增加,其真空沿面闪络电压强度先增加后减少;聚苯乙烯交联材料分子链结构对其真空沿面闪络电压强度有重要影响;材料的真空沿面闪络电压强度还与交联材料内部异质分子数量有关系,微量异质结构的分子将导致沿面闪络电压强度的下降。     

真空中聚苯乙烯交联材料的沿面闪络特性

搭建了真空沿面闪络实验平台,在实验平台上对聚苯乙烯交联材料进行了真空沿面闪络性能测试,探讨了材料的真空沿面闪络电压强度与材料结构、材料内部微量杂质的关系。实验结果表明:随着聚苯乙烯材料交联程度的增加,其真空沿面闪络电压强度先增加后减少;聚苯乙烯交联材料分子链结构对其真空沿面闪络电压强度有重要影响;材料的真空沿面闪络电压强度还与交联材料内部异质分子数量有关系,微量异质结构的分子将导致沿面闪络电压强度的下降。     

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。     

适于低温的双级压缩热泵热水器动态仿真模型

建立了双级压缩空气源热泵的动态仿真模型。对压缩机、膨胀阀以及换热器分别建立部件模型。由于压缩机和膨胀阀的热惯性较小,所以采用稳态模型来描述。蒸发器和冷凝器部件建立动态模型时,针对制冷剂侧、管壁、以及载冷剂侧三个控制容积,分别建立控制方程。最后,通过参数耦合,建立系统仿真模型。     

初始应力状态对材料层裂破坏特性影响研究

含损伤的本构一直是损伤力学研究的重要内容,其研究核心在于如何把损伤变量引入本构方程中。一维平面应变下的层裂实验是获得高应变率下（大于10^4S^-1）含损伤本构的重要手段,其思路在于通过调节损伤度函数中的临界损伤度等参数,使得样品后自由面速度曲线的计算结果与实验结果基本一致,从而反推出材料的基本损伤参数,再以应变等价原理为基础,采用这些参数去计算更为复杂的损伤形式（如圆管膨胀断裂）。本课题通过对样品施加径向预应力,构造不同于一维平面应变的应力环境,考察它对层裂强度的影响程度,并探讨损伤参数的可移植性问题。