采用改进的SHPB方法对泡沫铝动态力学性能的研究

本文改进了传统的分离式霍布金森压杆(SHPB)技术，采用夹在透射杆中的PVDF压电计直接测量透射杆中的应力时程．同时，采用输入波形整形技术，通过调整加载波形，使试样加载过程中保证均匀变形及应力平衡．利用此改进了的SHPB技术对泡沫铝进行了高应变率下的动态压缩实验．实验结果表明：泡沫铝的动态应力应变曲线具有泡沫材料的应力应变曲线的“三阶段”特征(elastic region，collapse region and densification region)，并且应变率对其力学性能影响明显．     

不同应变率下煤岩破坏特征及其本构模型

利用直径50 mm的分离式霍普金森压杆,对煤岩展开20～100 s?1动态应变率下的单轴冲击压缩试验,结合高速摄影分析其变形破坏特征,并建立基于Weibull统计分布和Drucker-Prager破坏准则的煤岩动态强度型统计损伤本构模型。试验结果表明:（1）煤岩动态应力-应变曲线存在明显的非线性特征,随应变率升高,动态抗压强度与弹性模量均呈线性增长且增幅显著,破坏形态由低应变率下的轴向劈裂破坏向高应变率下的压碎破坏过渡;（2）在动态应变率20～100 s?1下,煤岩破坏后碎块具有明显的分形特性,破碎块度分维值为1.9～2.2,且随着应变率的升高,煤岩破碎程度增大,碎块块度减小;（3）基于Weibull分布参数F₀、m和应变率的关系,修正煤岩的本构模型,并与试验结果进行对比,验证该模型的合理性。     

基于阻抗法的矩形截面均压槽气浮支承静态性能分析

针对CFD仿真方法效率低下的状况,提出利用阻抗法来提升气浮支承承载性能的计算速度. 以矩形截面均压槽气浮支承为研究对象,研究了当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力变化对气浮支承承载性能的影响. 结果表明:与CFD仿真方法相比,阻抗法在保证计算结果精度的前提下可提高气浮支承承载力的计算速度. 当均压槽高度、角度、数量、半径和供气压力增大时,阻抗比会增加,气浮支承的承载力和刚度峰值对应的阻抗比也会增加. 当气膜厚度增加时,阻抗比会增加,但承载力会相应地减小. 本文作者通过阻抗法推导了气浮支承承载力简化计算公式,解决了气浮支承在均压槽方向上简化计算的难点,并为阻抗法在均压槽中的研究与应用提供了理论依据.      

基于连续支承压杆模型的轴心受压柱局部屈曲分析

轴心受压柱局部屈曲分析,一般根据薄板理论建立板件屈曲微分方程,构造满足边界条件的位移场,获得屈曲临界载荷解析解,不仅推导繁琐且不便直观地揭示受压板件屈曲特征及控制参数。本文建立单位宽度受压板条的连续支承压杆模型,将二维板件屈曲问题转化为学生较熟悉的一维压杆屈曲分析。基于连续支承压杆临界载荷的解析解,方便识别典型非加载边约束下板件屈曲半波数。本文旨在深化理解受压板件屈曲性能。

     

基于Hopkinson压杆的M型试样动态拉伸实验方法研究

采用传统分离式Hopkinson压杆进行M型试样的动态拉伸实验,可避免试样与杆的连接问题,但该方法并未得到发展和验证。本文中,采用有限元数值分析和实验方法,对M型试样动态拉伸实验进行分析和改进。结果表明:（1）改进的封闭M型试样,可以增强试样整体刚度,有效减少试样畸变引起的附加弯矩对拉伸标段的影响,方便通过Hopkinson压杆加载实现一维拉伸变形;（2）采用试样刚度系数修正法,可消除M型试样整体结构的弹性变形对测试的影响,精确获得试样拉伸标段的塑性应变;（3）高加载率下,建议采用波形整器加载,可显著减少试样结构引起的载荷震荡现象、改善两端的应力平衡,获得准确的动态拉伸应力应变曲线,实现5 900 s?1甚至更高应变率下的动态拉伸实验。研究方法可为M型试样拉伸实验设计和应用提供参考。     

高温高应变率下ZL101A铝合金的流变应力特征与本构模型

采用分离式霍普金森压杆系统和高温设备对ZL101A铝合金进行了常温和高温下的动态压缩实验,得到了应变率范围为2 900～6 100 s^-1、温度范围为20～600℃的动态压缩应力-应变曲线。实验结果表明：ZL101A铝合金具有应变率硬化效应,并且随着温度的升高,应变率硬化效应减弱;ZL101A铝合金在不同应变率下均存在明显的温度软化效应,且随着温度的升高,塑性变形引起的绝热温升使热软化作用增强。为了得到应变率和温度对材料流变应力的影响,将应变率效应和温度效应进行解耦,得到一种适用于ZL101A铝合金材料的动态本构模型。对比模型预测结果与实验数据发现,建立的本构模型可以很好地描述ZL101A铝合金的流变应力特征。     

压汞法分析生物质焦孔隙结构

对于稻壳、树叶、棉花杆、玉米杆四种生物质焦,通过压汞法测量了其在大孔和部分中孔范围内的孔隙结构,发现热解温度、热解保持时间、热解快／慢速都会影响着焦样的比表面积和平均孔径。四种生物质中,树叶焦样的比表面积最大,玉米杆的比表面积最小;稻壳焦样的平均孔径最小,玉米杆的平均孔径最大。不同生物质焦样的孔径分布规律有很大不同。热解温度、热解速度和热解保持时间对孔径分布规律的影响不大,决定孔径分布规律的是生物质本身。在中孔和大孔的范围内,四种生物质焦样的孔径分布曲线都呈现出双峰结构。     

叠氮唑类高氮含能化合物的理论研究

基于2-叠氮-1,3-咪唑、3-叠氮-1,2,4-三唑和5-叠氮-1氢-四唑的晶体结构数据, 自行设计了同系列化合物叠氮-五唑的分子结构. 采用B3LYP方法, 选取6-311＋＋G**基组, 对叠氮唑类化合物进行优化并得到了稳定的分子构型, 结构参数与现有的实验数据相符. 故在此水平下对此系列化合物进行红外振动、键级及自然键轨道分析, 计算结果表明, 所有化合物均无虚频, 为势能面上的稳定结构, 分子中存在一个大的共轭体系|根据前线轨道能隙差(ΔE_L-H)得到4种化合物的热稳定顺序为: 5-叠氮-1-氢-四唑＞3-叠氮-1,2,4-三唑＞叠氮-五唑＞2-叠氮-1,3-咪唑|计算得到的生成热、密度、爆速爆压均随着体系中含氮量的增加而增加, 即叠氮-五唑的爆速、爆压最大, 爆速达到了9897 m•s^－1, 爆压达到了46.0 GPa, 在含能材料领域具有潜在的应用前景.     

拉曼光谱研究苯-重水间氢同位素分馏效应

应用金刚石压腔结合拉曼光谱技术研究了封闭体系内氢同位素在苯和重水之间的分馏效应。物相间达到同位素交换平衡是测定稳定同位素分馏系数的前提。与高温高压条件下水抑制正烷烃、环烷烃等烷烃的氢同位素分馏不同,苯的特殊结构可促使其在实验条件下与重水发生氢同位素分馏。通过逐步升高体系温度、增大苯和重水的接触面积、300 ℃下恒温足够长时间等实验手段促使苯和液态重水间达到氢同位素交换平衡,测得300 ℃条件下苯和重水之间的氢同位素分馏系数为0.909 9。证明了原位拉曼技术测定不同液相间氢同位素分馏系数的可行性,同时扩展了金刚石压腔结合拉曼光谱技术测定不同物相间稳定同位素分馏系数的应用范围。