3D激光沉积增材制造TC4高应变率动态力学行为及本构关系研究

通过对3D激光沉积TC4在较宽温度（298~1 073 K）和应变率范围（0.001~5 000 s^-1）内的单轴压缩试验,系统研究了该材料的塑性流动行为,分析了材料的微观组织特性及其变形断裂微观机制.结果表明材料在压缩载荷下具有明显的应变率硬化和温度软化效应.在压缩加载条件下,材料的破坏模式为绝热剪切带的萌生和拓展,而初始缺陷成为诱导剪切带形成的主要原因.3D激光沉积TC4材料屈服强度与铸造TC4接近,略低于传统锻造TC4.文中基于位错动力学热激活理论建立了可以较好描述材料在不同温度不同应变率下的塑性流动行为物理概念的本构模型.     

DH-36钢的塑性流动统一本构关系研究

通过对DH-36钢动态应变时效的规律和试验数据进行系统分析, 发展和建立了描写第3种动态应变时效的本构模型. 然后基于热激活物理概念本构模型和塑性流动应力组合原理, 加入对第3种动态应变时效的描述, 获得了统一本构模型. 该模型不仅可以描写第3种动态应变时效, 还可以预测DH-36钢在温度77K~1000K, 应变率0.001s^{-1}~3000s^{-1}范围内的塑性流动应力,通过比较发现统一本构模型预测结果与试验结果吻合很好.      

DH36钢拉伸塑性流动特性及本构关系

对DH36钢在温度从293~800 K、应变率为0.001和0.1 s-1的拉伸塑性流动特性进行实验研究,通过端口形貌图对变形前后的试样进行了微观分析,结果表明：(1)在实验温度范围内,0.001和0.1 s-1的应变率下,第三型应变时效现象出现,随应变率的增加,时效发生的温度区域移向更高温度;(2)第三型应变时效的发生与合金原子在晶界和晶粒中大量的第二相析出强化有关联;(3)建立包含第三型应变时效现象的统一本构模型,通过比较该模型能够较好的预测DH36的塑性拉伸流动应力。     

Hopkinson压杆技术的推广应用

简要介绍了Hopkinson杆的几种工程应用,包括:(1)用同步组装系统进行高温、高应变率耦合作用下材料动态力学性能的测试;(2)在Hopkinson压杆技术中实现单脉冲加载及其在动态损伤力学中的应用;(3)用Hopkinson压杆加载三点弯曲试样测定材料的动态起裂韧性;(4)用Hopkinson压杆技术对加速度传感器在3 000~200 000g范围内进行g值校准。还介绍了这些应用的基本原理、测试方法及所取得的成果。     

动态拉伸试验中试样应变测试的有效性分析

为了评估将试样通过胶粘连接到加载杆的Hopkinson杆装置所获得试样应变的有效性,对四种强度刚度差异较大的纤维增强复合材料进行了动态拉伸试验。试验时,试样通过环氧胶和杆夹层粘接,试样的应变分别按照Hopkinson杆一维应力波理论计算和试样上应变计直接准确测量得到。结果证明：对小变形碳纤维复合材料,按一维应力波理论计算的应变与试样上直接所测应变值偏差超过100%;对较大变形的GFRP和KFRP层合板,两者偏差小于40%。说明采用Hopkinson杆一维应力波理论计算的试样应变不准确。为修正不准确性,一是通过大量数据分析建立按一维应力波理论计算值与直接测量应变之间的关系式,用此式可使此试验装置获得有效的试样应变;二是借助ABAQUS有限元模拟分析得出粘胶层以及试样过渡弧段的变形,用一维应力波理论计算的应变减去此变形,也可获得有效的试样应变。     

不同力和温度对PVDF压电薄膜压电系数的影响

为揭示在不同力和温度条件下PVDF压电薄膜介电常数的特性,利用MTS伺服液压试验机和分离武Hopkinson压杆装置对PVDF压电薄膜施加了不同形式的载荷,试验采用的温度是在293-363 K之间.为将PVDF 压电薄膜所感受的电荷量转成电压.制作了源跟随测量电路,问接获得压电系数D33.结果表明:(1)低噪声源跟随电路可有效测量PVDF 薄膜输出;(2)PVDF压电薄膜的压电系数D33对温度很敏感;(3)D33值在加载初始阶段波动很大,所以实际应用中应给PVDF提供一个预压载荷,以确保有一恒定的压电系数D33;(4)当压载荷沿倾斜方向作用在PVDF 表面时,由于有剪切力作用,D33 值会随着倾斜角的变化发生显著改变;(5)PVDF 薄膜具有很宽的频响,更适用于测定不同载荷条件下的侵彻或冲击等动态载荷.     

超强钢18NiC250在不同加载速率下的断裂韧性

为了揭示国产超强钢18NiC250的强度、断裂韧性随加载速率的变化规律,利用电子万能试验机和Hopkinson压杆,测试其在0.001～2 000 s-1的塑性流动应力应变曲线及在10-1~106 MPam1/2/s的断裂韧性,同时对断裂破坏机理进行了微观分析。结果表明：该材料的强度对加载速率不敏感,即流动应力基本保持在1.9 GPa;而断裂韧性很敏感,当加载速率由10-1 MPam1/2/s增大到106 MPam1/2/s时,断裂韧性降低了38.2%,断裂模式由韧窝断裂转变为解理断裂。     

不同结构形式加强蒙皮的抗弹性能研究

为研究不同形式铝合金蒙皮的抗弹性能,利用气炮将直径为12.7mm重量为50g的弹体加速到不同速度,对7种不同形式共40件的铝合金结构板进行了弹击试验。蒙皮板的材料均为LY12-CZ。在试验过程中,对弹体的初始速度、剩余速度以及结构件上典型点的应变历程进行了测试,对弹击后试件的损伤或破坏模式进行了分析。同时讨论了不同结构形式对破坏模式、非破坏区的应变以及弹道极限速度的影响,结果表明:1)不同形式铝合金蒙皮破坏模式主要是冲塞、花瓣型穿透;2)加筋结构能提高靶板的弹道极限速度,降低靶板非破坏区的变形;3)使用泡沫夹心结构靶板可显著减少非破坏区的应变;但实际上其抗弹性能并不好。最后为了预估和评价这些蒙皮结构的抗弹性能,通过分析计算所得的剩余弹速与实测结果进行了比较,结果相当吻合,验证了预估计算方法的有效性。     

高温高应变率下材料拉伸性能测试的一种新方法

为了实现高温环境下材料高应变率动态拉伸实验技术,将分离式Hopkinson杆直接拉伸装置中试样与拉杆的螺纹连接形式变成楔形连接形式,并加装了气动同步装置系统。这样,在对试样加高温时,能使靠近试样的入射和透射杆端处于较低温度。当撞击管向传递法兰运动时,气动同步装置瞬间拖动透射杆和试样,使两者之间的间隙为零,此时沿入射杆传递的入射波同时对试样拉伸加载。经实验验证,此方法可以有效实现材料高温高应变率拉伸加载。     

一种新型轻质泡沫混凝土挤入行为的试验研究

轻质泡沫混凝土是一种很重要的拦阻飞机/车辆等运动的新型阻滞材料。为了研究其挤入特性,利用CSS4410电子万能试验机和Dynatup9250落锤试验机,针对不同相对密度的轻质泡沫混凝土,在挤入速度从2×10-5 m/s到7.8m/s范围内的力学特征、破坏形式、减速度特性和抗压强度模型进行了系统研究。结果表明:此材料抗挤入阻力随挤入速度和材料相对密度增加而显著增加;挤入过程为材料脆性压溃/压实界面在弹性区的运动过程;挤入前端材料压溃/压实体积随挤入深度增加而增大且头部更尖锐;抗挤入过载加速度值与材料相对密度呈二次幂关系。故为保障人员及飞机等安全,应尽可能采用低相对密度材料。