冲击力传感器灵敏度系数的三轴同步校准方法研究

为了对三轴力传感器灵敏度系数进行冲击校准,提出一种斜端面Hopkinson杆实现可计量的三轴冲击力脉冲方法。通过数值计算,分析斜面角度θ对Z-轴计量误差的影响。利用直端面Hopkinson杆对B25B型三轴力传感器Z-轴单轴校准,分析两种构型子弹冲击下传感器的频率特性,建立子弹构型与加载信号带宽之间的关系。通过斜端面Hopkinson杆,对B25B型三轴力传感器进行三轴同步冲击校准,利用最小二乘法对其进行解耦分析,结果表明,X-、Y-轴之间具有正耦合关系,X-、Z-及Y-、Z-轴之间具有负耦合关系,且灵敏度系数随冲击速度线性变化。最后,将同步校准结果用于Z-轴方向力的测试,结果表明,相比于单轴校准,同步校准结果计算的力更接近于实测力,最大相对误差为1.73%。     

DH36钢中的动态应变时效特性

利用准静态试验机和Hopkinson压杆装置对DH36钢在不同应变率和不同温度下的塑性流动应力进行试验研究。结果表明:预应变温度对DH36钢的力学性能有显著的影响;在动态应变时效温度区,出现时效强化所需时间较短;DH36钢塑性流动中出现的动态应变时效是由于温度和变形达到一定程度时,曾在林位错周围形成的溶质气团会沿着聚合的林位错通过管道扩散到运动位错处,并在位错附近形成溶质气团连续对位错形成拖曳,阻碍了位错运动,同时,在高温出现珠光体片间距减小,相界面增多,对位错运动的阻碍增大,因而也会导致塑性流动阻力提高。     

鸟撞45#钢平板动响应试验研究

采用动态数据采集系统,对45#钢平板在不同撞击速度下的鸟撞动响应全过程进行了详细研究,得到了撞击过程中平板上三个点位移和四个点的应变、撞击方向4个支反力等物理量随时间变化历程,同时利用高速摄像系统记录了鸟撞过程中鸟体及平板动态变形的全过程。对重复试验的结果进行比较,二者良好的一致性表明试验结果的可靠性,在此基础上分析了平板动响应及鸟体破碎随撞击速度的变化规律。发现,位移及撞击支反力峰值随撞击速度的提高而线性增大;撞击速度越高,鸟体的流体特性越明显,表明高速撞击数值模拟中鸟体应采用描述流体行为的本构模型。该试验结果对建立合理的鸟体本构模型及验证鸟撞有限元计算方法具有重要意义。     

颗粒形状、含量和基体特性对金属基复合材料压缩力学行为的影响

通过建立轴对称体胞模型,用数值分析手段研究了在变形速率范围10－4~105/s内,陶瓷颗粒增强铝合金复合材料的压缩塑性流变特征,讨论了不同颗粒形状(圆柱形和球形),不同颗粒体积含量(10％~50％)和不同铝合金基体(LC4、LY12CZ和7075)对金属基复合材料流动应力、应变率敏感性等的影响,构造了可以描述高应变率下金属基复合材料压缩行为的本构模型,并考虑了基体特性、颗粒形状、体积含量及应变率的影响,得出了与试验相吻合的结果。     

考虑纤维束弯曲的缎纹织物面内压缩行为分析

基于弹性弯曲波理论分析了应力波在复合材料内部的传播规律,并针对四枚缎纹织物复合材料,进行了准静态和动态验证实验研究。研究表明,在面内压缩载荷作用下,纤维束交织程度越高,材料压缩强度越低,说明织物复合材料的细观结构对其面内力学性能有重要影响。发现准静态载荷作用下试样主要为整体剪切破坏,且剪切断裂发生于加载方向纤维束的弯曲起始段;而动态载荷作用下,试样的主要损伤模式为分层,在应力波的作用下分层损伤沿纤维束间的界面扩展,同时伴随有纤维束弯曲起始段的剪切断裂。     

轻质泡沫混凝土的力学性能与唯象本构模型

在飞机越界工程材料阻滞系统(EMAS)中,阻滞材料的压缩力学性能极为重要。本文对一种新型阻滞材料——轻质泡沫混凝土在室温下应变率从0.001/s到0.1/s的压缩力学行为进行了系统研究。结果表明:在该应变率范围内此材料力学性能对应变率不敏感;但此材料的密度对其力学行为影响很大。通过对压溃平台应力、密实应变和密度等参量的分析,结合系统的试验结果,建立了该材料的压缩唯象本构模型,通过模型预测结果与试验结果比较,唯象本构模型与试验结果吻合较好。     

温度和应变率对NiTi记忆合金相变转化率的影响

为了探讨温度和应变率对NiTi记忆合金相变转换率的影响,本文利用准静态试验机和分离式Hopkinson压杆的恒应变率技术对板条状和圆柱状试样进行了不同应变率的试验,同时通过改变温度检查相变转换的速度,结果表明:在较低的10-2/s应变率下,NiTi记忆合金伪弹性变形过程自身就会有6.5℃温升,这意味着在高应变率下其性能是温度与率的耦合效应;随外界环境温度的增加,NiTi记忆合金的相变恢复速率由递增趋于一稳态值,当温度超过365K时,恢复速率趋缓至约0.014mm/s;随应变率增加,相变转换率会趋于极限,即应力诱发的奥氏体向马氏体相转化阶段在应变率超过6000/s时基本不变,表明更高的应变率已不能引起NiTi相变转换。     

平面编织复合材料薄板的高速小质量冲击性能

为了研究平面编织复合材料薄板在高速小质量弹丸冲击作用下的响应及动态力学性能,本文基于ABAQUS软件平台建立了相应的有限元分析模型,该模型选用修正后的Hashin准则和最大应变准则进行单层板面内的损伤判断,利用Cohesive界面单元模拟层间分层损伤,并根据不同失效模式折减相应的材料参数。通过与试验对比发现:有限元模拟结果与试验结果吻合较好,说明该模型能较好地预测平面编织复合材料薄板的冲击响应及性能;高速小质量弹丸冲击是由弯曲波和剪切波控制的动态响应问题,接触力与挠度的变化是不同步的,且应力波在传播过程中不断衰减;复合材料薄板在冲击过程中有明显的失稳现象,因此变形区域的动能和应变能在吸能中占据了较大的比例;复合材料薄板冲击后的凹坑会在两小时内发生一定程度的回弹,之后则保持稳定。     

4种新型舰艇钢的塑性流变应力及其本构模型

对HSLA-65，DH-36，AL-6XN和Nitronic-50这4种新型舰艇结构钢的力学行为进行了系统研究．实验的温度变化范围从77到1000K，应变率从0．001到8000s^-1，真实塑性应变超过40％．结果表明：（1）这4种结构钢的塑性流变应力对温度和应变率非常敏感，流变应力随温度的降低和应变率的增加而提高；（2）随塑性应变的增加或变化。温度历史会显著引起fcc金属内部微观结构演化；（3）在适当的温度和加载应变率范围，动态应变时效现象发生。且随应变率提高，动态应变时效出现的温区移向更高区域．针对实验所出现的这些现象，并考虑到塑性流变的粘一曳阻力，根据位错运动机理，给出了一个基于物理概念的本构模型，此模型未涉及动态应变时效现象．通过比较模型预测结果和实验结果，在很宽温度范围和很宽应变率范围内。所给出的本构关系能够较好的预测这4种新型舰艇结构钢的塑性流变应力．     

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应变计的输出信号,得到高温应变计的灵敏度系数。结果表明：采用新方法可以实现环境温度在293~1 473 K的范围,应变率在10³ s^-1量级的灵敏度标定;应力波弥散和衰减引起的校准灵敏度系数误差只与入射波幅值的积分呈线性关系,相对误差仅为2.39%;试样不均匀塑性变形导致的误差不超过1.6%;校准结果的合成不确定度为1.517%。新方法可以对高温应变计进行高温、高应变率环境下灵敏度系数的校准。