应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样，利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波，由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移。在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量Δa的关系中，令Δa=0，可得到裂纹起裂时的临界（COD）c从而确定裂纹的动态起裂点。与其它方法相比，本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数；不需将应变片贴在试样上确定起裂时间，所以该方法可在较高或较低的温度下使用；在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中，考虑了材料的动态应力—应变行为，使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

应力波载荷作用下弹塑性断裂全过程的动态分析

本文利用Hopkinson单压杆实验装置 ,对材料的弹塑性动态断裂特性进行了研究 ,建立了应力波载荷作用下动态裂纹起裂、扩展、止裂全过程的动态分析方法 ,采用该方法可同时测得材料的动态断裂韧性、裂纹扩展速度和止裂韧性。 90 7A钢三点弯曲试样的实验结果表明 ,该钢的动态裂纹扩展是先加速后减速过程 ,在 1 4 9× 10 7MPam /s的加载速率下 ,最大裂纹扩展速度为 2 36 13m/s ,动态断裂韧性和止裂韧性分别为JⅠd=5 5 2 .4 2kJ/m2 ,JIa=4 14 .0 5kJ/m2 .     

改性双基推进剂的动态断裂实验研究

为研究改性双基推进剂的动态断裂特性,利用直裂缝平台巴西圆盘试件,运用分离式霍普金森压杆系统对推进剂材料进行冲击实验研究。基于一维应力波理论,通过压杆上应变片测定的信号确定试件所受冲击载荷随时间的变化。采用在试件上贴应变片的方法,用记录的最大信号值确定材料的起裂时刻。在验证实验数据有效性的前提下,获得了此种推进剂材料在不同速率下的起裂韧度。结果表明:动态条件下采用应变片测定推进剂材料起裂时刻的方法是可行和有效的;改性双基推进剂材料起裂韧性具有明显的加载率敏感性,起裂韧性随加载率呈线性增长关系。     

用Hopkinson杆技术研究材料动态断裂韧性的进展

综述应用Hopkinson杆技术进行材料动态断裂韧性研究的实验方法。介绍入射波整形技术和力传感器技术在动态断裂韧性实验中的应用。简要总结动态应力强度因子的计算方法和裂纹起裂时间的确定方法。展望动态断裂韧性研究的发展趋势。     

加载速率对30A钢断裂韧性的影响

采用裂纹尖端张开位移 (COD)实验及Hopkinson压杆实验技术研究了 30A钢在不同加载速率下的断裂韧性特征 ;采用扫描电镜研究了 30A钢在静态和动态下的微观断裂特征 ,得出加载速率对 30A钢断裂行为的影响规律 ,并用位错贫化带理论解释了不同加载速率下材料微观断裂机制的变化。     

基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态巴西实验的数值模拟

高聚物粘结炸药(PBX)是战斗部的关键组成部分,其动态力学行为,特别是动态断裂特性关系到战斗部的安全性和使用可靠性。基于内聚裂纹模型,对PBX模拟材料(PBX-M)的动态巴西实验进行数值模拟,对比霍普金森杆实验中测得的拉伸应力曲线,以及高速摄像结合数字图像相关方法得到的试样表面位移场和应变场。对比结果发现,拉伸应力峰值的数值模拟结果比实验结果小约5%,拉应变集中带的数值模拟结果与实验结果的偏差小于15%,验证了内聚裂纹模型的有效性。根据数值模拟结果,探讨了PBX-M试样在动态巴西实验过程中的起裂和裂纹扩展规律,给出了裂纹宽度的定量化信息。     

基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态断裂行为研究

对某高聚物粘结炸药（PBX）模拟材料的动态拉伸断裂行为进行研究。针对该材料开展了基于霍普金森压杆的动态带预制裂纹半圆盘弯曲实验,并结合高速摄像与数字图像相关方法,得到了试样动态破坏过程中的位移场和应变场。基于内聚裂纹模型,对其动态拉伸破坏过程进行了数值模拟。数值模拟与实验结果进行对比后发现,拉伸应力曲线、试样破坏前后变形场等结果符合较好。根据数值模拟结果,分析了PBX试样在动态预制裂纹半圆盘弯曲实验过程中的裂纹扩展演化规律,得到裂纹宽度比实验结果偏小约15%的结论。     

TC4钛合金动态Ⅱ型裂纹扩展速度与加载速度的关系研究

为了确定TC4钛合金动态II型断裂实验中的起裂时间,计算TC4钛合金在发生II型断裂时塑性区能量吸收和裂纹扩展的速度,使用分离式霍普金森压杆装置对TC4钛合金进行动态II型裂纹扩展实验。采用高速数字散斑相关方法获取观测点处位移-时间历程曲线,确定了动态II型裂纹扩展的起裂时间,并计算出裂纹扩展速度。使用ABAQUS/Explicit软件建立有限元模型与实验结果进行同工况比对,在确认模型准确性后采用不同的加载速度研究II型加载条件下的裂纹扩展形式差异,计算出不同加载速度下的II型裂纹扩展速度,并得出加载速度与II型裂纹扩展速度的关系式。     

基于Hopkinson杆试验技术的PA-GF50复合材料动态力学行为

为研究纤维含量50%短玻璃纤维增强聚酰胺复合材料PA-GF50的动态力学性能及其应变率效应,利用准静态液压试验机及分离式Hopkinson压杆、Hopkinson拉杆对标距段尺寸为6~10 mm的试样,进行了应变率范围0.000 5~1 600 s^-1的准静态压缩、准静态拉伸、动态压缩和动态拉伸试验。对试样的应力-应变曲线和最终破坏形态,材料在不同应变率下失效破坏过程的微结构力学机理进行了分析。研究结果表明：动态载荷下,材料强度明显高于准静态载荷（压缩载荷下材料在400 s^-1、900 s^-1和1 600 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强31%、25%和29%;拉伸载荷下材料在400 s^-1、800 s^-1和1 200 s^-1应变率下分别较准静态载荷下增强46%、47%和28%）,且失效应变有所降低;试样变形和最终破坏形态为压缩载荷下试样经历缺陷压实过程再进入弹性变形最终达到强度后失效,拉伸载荷下试样经历弹性变形达到强度后失效断裂;材料在不同应变率下的微结构机理为准静态载荷下微观裂纹扩展组合成为宏观裂纹,动态载荷下微裂纹分别扩展成为宏观裂纹;试样的宏观断口和扫描电子显微镜结果证实,材料在准静态压缩加载条件下断口较为平整,动态压缩载荷形成纤维拔出、纤维断裂等特征,准静态拉伸载荷下纤维拔出明显,而动态拉伸载荷下主要表现为纤维断裂。     

高性能管线钢动态断裂性能的试验与数值模拟研究

采用不同锤高对X90管线钢试样进行落锤撕裂试验,利用GTN微观损伤模型对试验过程进行有限元模拟,详细研究裂纹稳态扩展速度与临界裂尖张开角的关系,并对试验和模拟结果进行分析和对比。结果表明:试样的断裂韧性随稳态断裂速度的增大而减小;有限元计算的断裂速度、裂尖张开角与试验结果吻合较好,GTN微观损伤参数能较好地应用于X90管线钢的动态断裂分析;现有的DWTT方法在评估试样的断裂韧性时存在缺陷,应考虑试样的起裂和冲击变形对评估的影响。     

PBX模拟材料动态力学响应及细观损伤模式

基于分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料进行高应变率(1763~2650 s-1)动态压缩实验,采用铅整形器得到正弦入射脉冲。聚偏氟乙烯(PVDF)压力传感器监测试件两端的应力状态,高速相机拍摄试件的变形和破坏过程,激光位移计测量试件的轴向应变,采用电子显微镜观测细观结构形貌和损伤模式。结果表明,PBX模拟材料具有应变率相关性;结合界面脱粘和晶体断裂理论,认为晶粒与粘结剂的分离,晶粒脆性断裂是该PBX模拟材料的主要细观损伤模式。     

Mg-8%Li合金动态断裂行为的加载速率效应

利用Hopkinson压杆技术对Mg-8%Li合金进行动态断裂实验,研究该合金在高速冲击下的动态断裂行为及其加载速率效应。结果表明：在高速冲击条件下,Mg-8%Li合金呈现韧性断裂,断口中存在大量韧窝。随冲击速度由14.27 m/s增加到21.33 m/s,Mg-8%Li合金的动态断裂韧性降低,断口中二次裂纹明显增多,从而使Mg-8%Li合金在高加载速率下表现出脆性断裂倾向。     

高聚物粘结炸药模拟材料动态变形破坏的实验研究

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)加载装置对高聚物粘结炸药(PBX)模拟材料进行动态拉伸和压缩加载。利用高速摄影装置记录材料动态变形破坏过程,结合数字散斑相关技术,对不同加载条件下的位移场和应变场进行了分析,对PBX模拟材料动态变形破坏现象和机理进行了分析。实验结果和理论分析基本吻合,验证了数字散斑相关方法用于PBX模拟材料动态测量的可行性。     

高应变率下高温应变计灵敏度系数的校准方法

为校准高应变率下高温应变计在高温环境下的灵敏度系数,使用具有快速高温同步组装功能的高温、高应变率耦合的分离式Hopkinson杆装置对其灵敏度系数进行标定.将待校准的高温应变计粘贴在标准试样表面,并与试样处在相同温度与受力环境.对试样同步施加高温与高应变率加载,对比分离式Hopkinson杆上标准应变计信号与试样上高温...     

某船用钢动态断裂行为的温度效应

在高加载速率条件下,利用Hopkinson杆型动态断裂韧度测试装置测定了某船用钢在不同温度下的动态断裂韧度,首次获得了该钢动态断裂韧度随温度的变化规律,即随着温度降低,动态断裂韧度呈现明显的上下平台及韧脆转变特征.断口形貌则由上平台的微孔型延性断口、韧脆转变区的混合断口过渡到下平台的解理断口.同时,测定的动态断裂韧度值也为该钢在高加载速率条件下的韧脆转变行为及安全性评定提供了定量依据.     

分离式大直径Hopkinson杆实验技术研究进展

分离式大直径Hopkinson杆(SHB)是一种用于研究混凝土和其他非均匀材料动态力学性能的重要手段,杆直径增大会导致传统分离式Hopkinson压杆实验技术的基本假定失效,因此对实验技术、数据处理及实验结果分析等形成了新的挑战。介绍了大直径SHB杆实验技术的发展历程,总结了杆直径增加所带来的几何弥散效应、试件应力均匀性、试件端面平行性和横向惯性效应等问题及相应的解决方法,分析了大直径SHB实验技术的研究方向和热点问题。     

冲击波壁面反射压カ的压杆测试法

为测量爆炸容器壁面反射压力，设计了一种压杆测压系统，对应力波在压杆中的传播进行了数值模拟，分析了压杆测压系统的频响、可测量下限和有效测量时间。对于直径为8 mm的钢质压杆系统，其频响约为115 kHz，使用电阻应变片可测量下限约为3.6 MPa．将压杆测压系统成功应用于小比距离爆炸冲击波测试，获得了较理想的结果，测量最大压力约1.2 GPa．研究表明压杆测压是一种原理简单、量程大、频响高、成本低、抗干扰能力强的方法，可用于爆炸近区壁面反射压力测试。