某PBX炸药的动态力学性能研究

 PBX炸药作为现代武器的主装药,它的力学行为决定着武器的生存能力。为了研究PBX炸药的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）作为加载手段,结合半导体应变片测试技术和压电晶体监测技术,保证了实验数据的有效性。利用SHPB加载波整形技术,实现了材料两端应力平衡和常应变率加载,得到了不同应变率（90~410 s^-1）下材料的应力-应变曲线。根据材料的模量、破坏强度和破坏应变随应变率的变化规律,采用粘性修正的Sargin模型,得到了该PBX炸药在单轴压缩下的唯象本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好。     

三向围压下碳酸盐岩的动态力学试验

原位地层中的碳酸盐岩在动态冲击下的力学行为是研究大规模开发碳酸盐岩油气藏的基础。利用真三轴霍普金森压杆装置,对碳酸盐岩在三向围压下的动态力学行为进行研究,测得碳酸盐岩试样在受到三向不同围压、单向冲击荷载作用下的动态应变率和动态抗压强度,揭示出在三向围压下碳酸盐岩受到动态冲击后仅出现微裂缝开裂的特征。     

碳纳米管薄膜层间改性复合材料 在不同应变率下的力学性能

将浮动催化化学气相沉积法制备的碳纳米管膜作为碳纤维层间改性材料,采用热压成型工艺制备了碳纳米管膜/碳纤维/环氧树脂混杂复合材料,并对其进行准静态II型断裂韧性实验以及准静态和动态压缩实验。碳纳米管膜层间改性后,复合材料的II型断裂韧性比未改性材料提高约60%,扫描电镜图像显示增韧机理主要是碳纳米管对基体的桥联。压缩实验结果表明,准静态压缩下碳纳米管膜改性材料在面内和面外两个方向的压缩强度都得到一定提高,动态面外压缩时改性后材料的压缩强度提高约9%,但是动态面内压缩时压缩强度没有提高,断口形貌显示这主要是碳纳米管膜内的分层所致。     

冲击载荷作用下PZT-5压电陶瓷的力电特性

压电陶瓷是压电冲击传感器的核心元件。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术研究PZT-5压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性,进行了4～14 m/s不同速度的实验。实验中为保证试件与压杆绝缘,采用了对试件影响较小的表面溅射Al2N3的工艺,溅射厚度为1～3μm。实验结果表明:在冲击加载过程中,PZT-5压电陶瓷的应变变化表现出黏性性质,其产生的电荷与加载过程中试件的应力、应变均相关;当加载速度超过一定值时,加载过程中压电陶瓷可能产生损伤,不同的损伤程度也影响电荷的产生;PZT-5压电陶瓷的力学和电学性能具有明显的率相关性。     

低密度聚氨酯泡沫压缩行为实验研究

 在室温下,对一种低密度硬质聚氨酯泡沫进行了准静态压缩及应变率在1×10³～5×10³ s^-1范围内的冲击压缩实验。结果表明,所测试的聚氨酯泡沫材料在准静态实验与动态实验之间存在明显的应变率效应,但在纯动态实验中应变率效应不明显。最后,给出了以屈服应力、密度、应变等为参量的动态压缩本构关系,且能较好地与材料的动态压缩曲线吻合。     

入射波整形技术的实验和理论研究

 在硅橡胶材料的分离式霍普金森压杆实验中,实验研究了如何实现常应变率加载,并且得到了整形器尺寸与加载应变率之间,以及加载应变率与试样厚度之间的定量关系。根据预估入射波形的理论模型,给出了采用H62黄铜整形器整形后入射波形的计算结果和实验结果,二者基本上是一致的。     

聚氯乙烯弹性体动态拉伸力学性能实验研究

为研究软质高分子聚合物材料的静、动态拉伸力学性能,利用Instron-5943万能材料试验机和改进型分离式霍普金森拉杆(SHTB)实验装置对聚氯乙烯(PVC)弹性体材料进行了静、动态拉伸实验,得到了该材料在应变率为0.1 s~(-1)及400～1 850 s~(-1)下的应力-应变曲线。动态拉伸实验过程中,联合波形图分析和高速摄像方法对试样连接方式和胶黏剂进行了优选,通过脉冲整形器延缓入射波上升沿以实现恒应变率加载,调整入射杆与吸收杆间空隙解决了入射波基线偏离问题。结果表明:PVC弹性体在准静态(0.1 s~(-1))拉伸载荷下具有明显的线弹性特征,在动态(400～1 850 s~(-1))拉伸载荷下具有一定的黏性特征。构建了朱-王-唐(ZWT)非线性黏弹性本构模型以表征PVC弹性体材料的黏弹性力学特征,实验与模型拟合结果较吻合。     

高应变率下硅橡胶的本构行为研究

 硅橡胶是一种高分子聚合物,可以承受大变形,用途广泛。利用改进的分离式霍普金森压杆（SHPB）实验技术,对硅橡胶试样进行了不同应变率下的冲击压缩实验,基于实验数据,利用应变能函数构建了考虑应变率效应的材料本构形式。同时,实验过程中发现,在高应变率加载条件下,材料在压缩变形后出现了损伤线区,线区直径与加载应变率及试样尺寸之间存在一定的定量关系。     

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。     

LY-12铝高温凝聚态动力学性质研究——高温弹性模量的测定

 金属材料的高温动态力学性能是材料科学领域中的重要方面。本文介绍LY-12合金铝在常温至450 ℃的温度区间内和动载下（应变率为10³/s），材料弹性模量的研究。此项研究采用的试验装置为一维Hopkinson压杆及管式高温炉。应用一维弹性应力波传播理论，测得LY-12铝试件在不同温度T条件下的声速c(T)，按照c(T)=[E(T)/ρ(T)]^1/2，获得杨氏模量E(T)随温度的变化曲线。     

冲击动力学研究中实测波信息的解读分析

分析了多点测量技术在解读和分析实测冲击波信息时的重要性和难点,提出了将Lagrange多点测量反分析与Hopkinson压杆技术相结合的新方法,解决了在同一个Lagrange位置上难以同时测量应力和质点速度波形的难题,对试样上不同Lagrange位置处实测质点速度波形进行了解读分析,由n个实测质点速度波形信息得到了各Lagrange位置处的动态应力-应变关系。以有机玻璃和水泥砂浆两种粘弹性试样为例,进行了数值计算,验证了该方法的可行性和有效性。     

高温处理后活性粉末混凝土动力学行为及本构模型研究

 利用分离式霍普金森压杆系统,采用铅片作为整形器,分别对常温下及400、600、800 ℃高温处理后的活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,RPC）试样进行单轴冲击压缩实验,研究高温后RPC材料的动态力学性能,建立高温处理后材料的率型本构模型。结果表明：经不同高温处理后的RPC材料的动态抗压强度和韧性指标均有较明显的应变率敏感性,而峰值应变、初始弹性模量受应变率影响不大;不同应变率下,400 ℃以上高温处理后RPC材料的单轴动态压缩力学性能有所降低。扫描电镜分析表明,高温处理后RPC材料微观结构的劣化是宏观力学性能降低的根本原因。对ZWT粘弹性本构模型进行了修正,修正后的模型适用于混凝土材料经高温处理后的率型本构关系的分析。     

高温SHPB冲击实验技术及其应用

 为研究高温下材料的动态力学性能,研制了一套适用于分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）高温冲击实验的温控系统。利用该温控系统和Φ100 mm常规SHPB装置,对混凝土在高温下的动态力学性能进行了实验研究,实验温度分别为20、200、400、600、800和1 000 ℃。结果表明：由管式实时加热装置和箱式预加热炉组成的温控系统操作方便,实验效率高,试件组装方法简便可行;热传导导致的试件温度分布不均匀和压杆局部温升对实验结果产生的影响可以忽略,实验技术可靠;高温下混凝土动态力学性能的温度效应十分明显,相同冲击速率下,随温度升高,平均应变率逐渐增大,动态应力-应变曲线逐渐表现出塑性特性,动态抗压强度随温度升高先增大后减小,动态峰值应变随温度升高不断增大。     

LF-6及LY-12铝高温凝聚态动力学性质研究──高温剪切模量的测量

 介绍LF-6及LY-12铝合金从常温到400 ℃高温下，在扭转Hopkinson杆上作的动态剪切模量的测试研究，并给出了相应温度范围LF-6铝杨氏模量及泊松比。它们和现有文献中的静态结果比较表明，动态性能普遍高于静态值，在高温下更显著。实验结果表明LF-6和LY-12铝合金，对于温度和加载率都是敏感的，高加载率下相对于静态的温度，敏感性要弱一些。文中给出了剪切模量、弹性模量等与温度的关系式。     

冲击载荷下混凝土本构模型构建研究

 在对混凝土动态力学性能和现有本构模型综合分析的基础上,构建了一个新的适用于冲击响应问题数值分析的混凝土本构模型。该本构模型全面考虑了压力、应力第三不变量、变形的硬化和软化、应变率强化以及拉伸损伤等各个影响因素。将其加入LTZ-2D程序,确定了本构模型参数,对混凝土靶板的穿透问题进行了数值验证分析。计算得到的弹体剩余速度同实验结果基本一致,同时得到了混凝土靶板破裂的计算图像。计算结果及其分析表明,所构建的本构模型能够较好地反映冲击载荷作用下混凝土动态响应的主要特性。     

冲击下花岗岩界面动态摩擦特性实验研究

 为研究岩石界面动态摩擦性能,对房山花岗岩进行了冲击速度42.2~130.6 m/s、倾斜角为20°和30°的横剖试样斜撞击实验。倾斜角为20°的为对比实验,研究不发生滑动时的界面性能;在倾斜角为30°的实验中,靶和飞片撞击界面发生相对滑动,用于研究发生界面滑动时的动态摩擦性能。基于此,研究了正应力在317~685 MPa、界面相对滑移速度在2.76~24.88 m/s时花岗岩界面滑动态摩擦状态。其结果可以初步揭示地震过程板块动态摩擦过程摩擦强度急剧降低的现象。     

基于Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态特性分析

 基于Hopkinson杆激光干涉冲击试验台,分析了高g值加速度传感器的动态特性,主要分析了实现高g值加速度传感器的幅频特性的原理及可行性。该方法采用Hopkinson杆作为高g值加速度信号发生器,并应用激光光栅干涉仪可以精确地获得高g值加速度脉冲的激励波形,再与加速度计的输出联合处理得出传感器的动态校准结果。并用988压电传感器的动态校准结果加以说明。     

硅橡胶的动态压缩实验和力学性能研究

 对一种改性硅橡胶材料进行了高应变率动态压缩的实验测试。实验结果表明,这种硅橡胶材料具有很强的应变率敏感性;在室温和高应变率下,表现出典型的聚合物粘弹性特性。实验中应用了入射波整形技术保证试样中的应力平衡及常应变率加载。利用石英晶体监测了试样两端的应力平衡,并应用石英测试技术测量了微弱的透射信号。