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△a的关系中,令△a=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）,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JId的计算中,考虑了材料的动态应力一应变行为,使测得的JId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。     

16MnR钢动态断裂韧性的研究

本文结合常用的压力容器用钢16MnR的动态断裂韧性K_(Id)的测定,从宏观断口、微观断口、冲击载荷-挠度曲线以及冲击功A_K裂纹形成功A等四个方面,判定不同尺寸试样满足平面应变状态,以便确定不同温度下测定K_(Id)及J_(Id)的条件。又中除研究了动态断裂韧性方法外,还给出了不同温度不同尺寸试样K_(Id)及J_(Id)测试结果。     

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。     

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。     

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。     

初始裂纹对碳纤维层合板断裂韧性影响的研究

采用碳纤维增强双马来酰亚胺树脂基复合材料层合板材料,制取了不同初始裂纹长度的试样,采用三点弯曲试验得到其弯曲断裂载荷-位移曲线,并采用柔度变化率的方法确定起裂点,用J积分的远场公式来计算JIC值。结果表明:碳纤维复合材料层合板具有"假塑性"的力学行为;随切口深度a/W增加,起裂点载荷值减小,并且当切口深度比较浅时,JIC值不稳定。     

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...     

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。     

中高应变率条件下TC18钛合金动态力学行为的实验研究

应变和应变率是影响材料力学行为的两个重要因素,分离式霍普金森压杆（SHPB）技术是实现不同应变和应变率加载的有效途径之一。为研究室温下TC18钛合金的塑性变形和破坏行为,采用SHPB,通过调节子弹长度和速度实现对TC18钛合金圆柱试样不同应变和应变率的加载。实验得到了TC18钛合金在不同应变率下的真应力-真应变曲线和同一应变率不同应变下的真应力-真 应变曲线,并分别分析了应变硬化和应变率强化效应对TC18钛合金的动态力学性能的影响。实验结果表明：TC18钛合金压缩试样破坏时断口与加载方向（轴线）之间的夹角约为45°,其压缩破坏形式为典型的剪切破坏,与应变和应变率相关;应变率越高,TC18钛合金的流动应力和屈服强度越高,故该材料具有明显的应变率强化效应;绝热剪切带是裂纹形成和试样发生宏观剪切破坏的先兆。     

J积分法研究温度对Al-PTFE反应材料断裂韧性的影响

为探究聚四氟乙烯(PTFE)的温度引发相变特性对铝?聚四氟乙烯(Al?PTFE)反应材料断裂韧性的影响,通过开展准静态拉伸实验和断裂韧性实验,使用ASTM E1820单试样法中的归一化数据简化技术,对Al?PTFE的弹塑性断裂韧性进行J积分分析,结合试样断面微观形貌分析,明确了温度对Al?PTFE断裂韧性的影响。结果表明:随着温度的升高,Al?PTFE反应材料强度降低,断裂韧性增大,屈服强度和断裂韧性在跨越相变温度后呈现明显的突跃变化,裂纹扩展模式由脆性断裂转变为延性断裂。当PTFE处于结晶相Ⅱ状态时,能够拉伸形成的PTFE纤丝较少,而当温度升高,PTFE晶相向Ⅳ和Ⅰ状态转变时,稳定成形的PTFE纤丝能够通过局部塑性变形有效耗散外部能量,并依托缠绕桥接使裂纹尖端发生钝化,阻止裂纹扩展,从而提高材料断裂韧性。     

弹道明胶动态力学性能试验与本构模型研究

弹道明胶被广泛用作生物医学和终点弹道中的软组织模拟物,其动态力学特性的准确测试一直是创伤弹道学领域重点关注的话题。为解决明胶材料在动态测试中出现的透射信号微弱、非均匀变形等问题,霍普金森压杆装置选用铝合金压杆搭配半导体应变片,同时采用波形整形技术及薄片试样等手段,开展4℃环境下浓度10%和20%弹道明胶的动态力学性能试验。试验结果表明：明胶的动态力学响应呈非线性,应力-应变曲线由弹性段及3个塑性强化段组成;应力动态增加因子与归一化应变率的对数呈线性关系;考虑应变率效应的多项式本构模型可较好地描述明胶在高应变率下的力学行为。研究成果可为轻武器杀伤元侵彻明胶靶标的数值仿真工作提供支撑。     

锆基多功能合金的动态压缩性能研究

利用分离式Hopkinson压杆装置研究锆基多功能合金的动态压缩性能,利用扫描电镜和能谱仪对动态压缩断口进行形貌观察和成分分析。结果表明:锆基多功能合金具有较低的应变率敏感性;合金动态压缩强度高达2 500 MPa,且随着应变率的提高,塑性变形量不断增大;动态压缩下锆基合金表现为脆性断裂,断口形貌包含剪切韧窝和滑移沟槽,断面上有部分区域发生了氧化反应。     

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。     

THV基活性材料力学性能与点火反应特性

为研究铪/四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯共聚物(Hf/THV)活性材料的力学性能与点火反应特性,采用溶剂蒸发-热压烧结法制备不同配比的Hf/THV试件,并开展准静态压缩试验与基于分离式霍普金森压杆的动态加载试验。研究结果表明：Hf/THV在动态加载下发生瞬间断裂,导致断裂处温度急剧升高形成热点、引发点火反应;THV的应变软化影响Hf/THV的力学性能和失效模式,进而影响材料的点火反应;质量含量62%Hf的Hf/THV试件由于明显的应变软化而表现出较强的塑性变形能力,动态加载持续较长时间后才有极少部分发生断裂,导致反应延迟时间较长且非常微弱;质量含量88%Hf的Hf/THV试件强度较高且脆性较强,动态加载持续较短时间内便能发生大范围断裂,导致反应延迟时间短且比较剧烈,但氧化剂THV的减少导致反应不充分。