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金属橡胶减振器准静态加载力学性能

航空动力学报 2023年第11期38卷 2666-2674页

作者：彭云强贾东钟卫洲韦利明中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621999

基于金属橡胶减振器实际服役场景,设计了金属橡胶减振器横向和轴向准静态加载夹具,获取了5种型号共175个金属减振器横向和轴向准静态力学性能数据。借助数据分析软件对试验数据进行高阶多项式拟合,成功确定了5种金属橡胶减振器的横向和... 详细信息

基于金属橡胶减振器实际服役场景,设计了金属橡胶减振器横向和轴向准静态加载夹具,获取了5种型号共175个金属减振器横向和轴向准静态力学性能数据。借助数据分析软件对试验数据进行高阶多项式拟合,成功确定了5种金属橡胶减振器的横向和轴向载荷-位移曲线平均值和性能边界。结果表明:减振器横向和轴向载荷-位移曲线分散性并不服从常见的高斯概率分布规律,且难以同时兼顾,轴向加载时MR2型减振器分散性最小,MR3型减振器分散性最大,而横向加载时MR3分散性最小,MR2分散性最大。相关性能边界可为金属橡胶减振器的选型和安全性、可靠性评定提供重要支撑。基于μCT三维断层扫描分析设备,亦建立了金属减振器中金属丝组件的三维编织形貌,并成功确定了不同高度区域金属丝体积。

关键词：金属橡胶减振器准静态试验性能边界可靠性评定三维形貌

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碳纤维复合材料圆筒结构抗压性能研究

工程力学 2009年第12期26卷 105-111页

作者：钟卫洲宋顺成张青平黄西成陈刚西南交通大学力学与工程学院四川成都610031 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

利用NYL-200D型压力实验机和落锤装置对圆筒形碳纤维增强环氧树脂基复合材料结构进行了准静态和动态冲击压缩实验。在试件端部加粗的准静态压缩实验中,无填充物试件失效模式主要体现为纤维分层,表面产生褶皱,含填充物试件失效模式主要... 详细信息

利用NYL-200D型压力实验机和落锤装置对圆筒形碳纤维增强环氧树脂基复合材料结构进行了准静态和动态冲击压缩实验。在试件端部加粗的准静态压缩实验中,无填充物试件失效模式主要体现为纤维分层,表面产生褶皱,含填充物试件失效模式主要体现为试件环向膨胀导致外表面纤维分层,产生拉伸断裂。在试件端部未加粗的落锤压缩实验中,失效由试件相对薄弱一端开始,薄弱端纤维层逐渐发生分层失效,分别向筒壁内外发生卷曲,并伴随纤维丝断裂,最终在破坏端形成花瓣状。在所进行的静态、动态压缩实验中试件破坏模式主要体现为纤维分层,未发生剪切破坏和整体结构坍塌现象,因此增加环氧树脂基体与碳纤维增强相间的界面结合强度,可提高复合材料结构抗压能力。

关键词：复合材料碳纤维环氧树脂压缩实验落锤实验

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吸能包装模型结构的冲击响应

爆炸与冲击 2019年第10期39卷 40-48页

作者：谢若泽钟卫洲黄西成张方举中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999 工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621999

利用空气炮冲击实验对吸能包装结构的跌落过程进行模拟,进行了缩比模型的正撞和30°斜撞实验,针对模型实验进行了数值分析,获得了吸能包装结构模型在撞击过程中的应力分布和塑性变形,并将计算情况与实验结果进行了分析。结果表明:在撞... 详细信息

利用空气炮冲击实验对吸能包装结构的跌落过程进行模拟,进行了缩比模型的正撞和30°斜撞实验,针对模型实验进行了数值分析,获得了吸能包装结构模型在撞击过程中的应力分布和塑性变形,并将计算情况与实验结果进行了分析。结果表明:在撞击中吸能包装结构主要通过缓冲木材的塑性变形及外钢壳屈曲产生的塑性铰吸收能量,塑性变形主要集中于撞击端,而远离撞击端未见塑性变形;计算中木材本构参数采用顺纹方向压缩应力应变曲线具有一定的有效性。

关键词：吸能包装结构冲击模型实验斜撞

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三种加载方向下云杉静动态力学性能研究

力学学报 2011年第6期43卷 1141-1150页

作者：钟卫洲宋顺成黄西成郝志明谢若泽陈刚中国工程物理研究院总体工程研究所绵阳621900 西南交通大学力学与工程学院成都610031

利用INSTRON和Hopkinson压杆对含水率为12.72%,密度为413 kg/m^3云杉木材试件沿顺纹、横纹径向和横纹弦向进行准静态和动态压缩实验,获得了云杉木材3个方向的抗压模量、准静态压缩应力应变曲线和3种应变率下的动态应力应变曲线.结果表... 详细信息

利用INSTRON和Hopkinson压杆对含水率为12.72%,密度为413 kg/m^3云杉木材试件沿顺纹、横纹径向和横纹弦向进行准静态和动态压缩实验,获得了云杉木材3个方向的抗压模量、准静态压缩应力应变曲线和3种应变率下的动态应力应变曲线.结果表明云杉木材沿顺纹方向加载破坏形式表现为木材纤维轴向屈曲、褶皱;横纹径向和弦向加载失效行为表现为木材纤维间的滑移破坏.云杉顺纹方向抗压弹性模量最大,分别约为横纹径向抗压弹性模量的21倍和横纹弦向抗压弹性模量的32倍;横纹径向和弦向准静态压缩屈服应力基本相等,试件沿顺纹方向准静态压缩屈服应力约为横纹径向和弦向屈服应力的9倍;动态压缩屈服强度具有率敏感性,在应变率为500～1 000 s^(-1)动态压缩实验中顺纹、横纹径向和弦向动压屈服强度均随着应变率的增加而显著提高.同时对不同方向压缩下木材胞壁失效行为进行了理论分析,表明产生完全压缩失效的平均极限载荷与胞壁屈服强度、胞元结构和产生的褶皱长度相关.

关键词：云杉力学性能正交各向异性 Hopkinson压杆压缩实验

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三点弯曲试样动态断裂的数值模拟与实验研究

三点弯曲试样动态断裂的数值模拟与实验研究

作者：钟卫洲中国工程物理研究院

学位级别：硕士

动态断裂力学作为研究惯性效应不能忽略的断裂力学问题，在工程结构、设备有效性分析等方面得到了广泛的应用。由于考虑了惯性效应等因素的影响，动态断裂问题相对准静态断裂更为复杂，至今没有形成完善的理论。三点弯曲试样是简单的含... 详细信息

动态断裂力学作为研究惯性效应不能忽略的断裂力学问题，在工程结构、设备有效性分析等方面得到了广泛的应用。由于考虑了惯性效应等因素的影响，动态断裂问题相对准静态断裂更为复杂，至今没有形成完善的理论。三点弯曲试样是简单的含裂纹结构，也是测试材料动态起裂韧性的常用试件，本文主要从数值计算和实验研究两方面对三点弯曲试样动态断裂问题进行了分析研究。首先简要介绍了动态断裂力学的基本理论，对常用的裂纹动态起始问题判据、动态断裂问题数值分析的方法、动态断裂实验的加载技术、裂纹起裂时间的判定等问题进行了简单阐述。分别利用有限元分析软件ABAQUS、DYTRAN对三点弯曲试样在冲击载荷作用下的动态响应进行了分析，计算出裂尖附近节点位移。采用位移法结合最小二乘法原理进行直线拟合得到了裂尖动态应力强度因子。结果表明动态应力强度因子沿试样厚度方向有所变化，试样中部得到的K(t)值比其他位置计算结果稍大，但最大差异在5％以内。结合有限元计算，比较分析了近似公式计算冲击载荷下三点弯曲试样的动态应力强度因子，结果表明对于规则函数形式(线性和正弦)的冲击载荷，不同方法得到的动态应力强度因子曲线吻合得比较好。但是在实测冲击载荷下，不同分析方法得到的结果有较大差异。对冲击载荷下三点弯曲试样进行了网格细分和粗分建模分析，结合有限元位移法和最小二乘法直线拟合原理，选取不同位置节点组计算了三点弯曲试样的动态应力强度因子。结果表明选取不同位置节点组计算得到的K(t)有所差异，裂尖附近节点位移与到裂尖距离r之间并不存在很好的线性关系，越靠近裂尖的节点组计算得到的K(t)越小。通过Hopkinson压杆加载装置对三点弯曲试样实施了动态断裂实验，利用裂尖附近的应变值计算了试件的动态应力强度因子，并与有限元分析结果进行了比较，结果表明合理位置粘贴应变片得到的K(t)与有限元结果一致。而不同位置贴片测试结果表明，能否准确确定裂尖位置和贴片位置对计算结果有很大影响。本文对冲击载荷下三点弯曲试样的数值分析和实验研究为计算动态应力强度因子和材料动态断裂实验提供了依据。

关键词：三点弯曲试样,动态应力强度因子,动态起裂韧性,动态断裂

弹体正侵彻钢筋混凝土靶的试验及数值模拟研究

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爆炸与冲击 2020年第2期40卷 23-33页

作者：邓勇军陈小伟钟卫洲何丽灵西南科技大学工程材料与结构冲击振动四川省重点实验室四川绵阳621010 西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100087 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

开展了直径156 mm的大尺寸弹体正侵彻钢筋混凝土靶试验,通过预埋压力传感器获得了侵彻过程中不同位置处混凝土的压力值;结合数值模拟,分析了混凝土的损伤分区及不同位置的钢筋应力状态。结果表明:处于弹道附近的混凝土压力最大,峰值脉... 详细信息

开展了直径156 mm的大尺寸弹体正侵彻钢筋混凝土靶试验,通过预埋压力传感器获得了侵彻过程中不同位置处混凝土的压力值;结合数值模拟,分析了混凝土的损伤分区及不同位置的钢筋应力状态。结果表明:处于弹道附近的混凝土压力最大,峰值脉冲明显;随着距离的增加,峰值减小且脉宽增大,应力脉冲的形状由尖峰演变为相对平坦的波形。粉碎区内的钢筋达到其屈服强度,破裂区钢筋处于弹性状态,弹性区和未扰动区钢筋应力基本可以忽略。

关键词：钢筋混凝土侵彻试验数值模拟压力分布钢筋应力

冲击载荷下镁铝合金裂纹动态扩展过程的数值模拟

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爆炸与冲击 2016年第5期36卷 648-654页

作者：郭历伦钟卫洲陈忠富罗景润中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

采用基于黏聚裂纹模型的扩展有限元方法,开展了镁铝合金结构冲击破坏过程的数值模拟研究。通过镁铝合金三点弯曲试样冲击实验,获得了不同子弹撞击速度下试样的冲击破坏模式。在此基础上,建立了实验结构的扩展有限元模型,并采用最大主应... 详细信息

采用基于黏聚裂纹模型的扩展有限元方法,开展了镁铝合金结构冲击破坏过程的数值模拟研究。通过镁铝合金三点弯曲试样冲击实验,获得了不同子弹撞击速度下试样的冲击破坏模式。在此基础上,建立了实验结构的扩展有限元模型,并采用最大主应力准则,以及含损伤型的本构关系模拟材料的冲击断裂行为。对于裂纹尖端附近区域,采用黏聚裂纹模型模拟裂纹的断裂过程。对子弹速度分别为12.2、15.1、26.3m/s的3种工况下镁铝合金试样的动态破坏过程进行了数值模拟研究,获得了与实验相一致的断裂模式。计算结果表明,试样以Ⅰ型断裂模式为主,裂纹沿初始预制裂纹方向扩展。当裂纹扩展到一定程度后,在试样韧带区域被撞击端附近,由于应力波及边界效应导致该区域处于复杂应力状态,试样出现复合型断裂模式,裂纹偏离原扩展路径,与本文实验结果相吻合。

关键词：固体力学动态破坏扩展有限元镁铝合金黏聚裂纹模型三点弯曲实验

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Ta-10W合金压缩力学性能实验研究

高压物理学报 2010年第1期24卷 49-54页

作者：钟卫洲宋顺成谢若泽黄西成西南交通大学应用力学与工程系四川成都610031 中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621900

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验装置对非退火状态Ta-10W合金进行了准静态和动态压缩实验，给出了材料的静态压缩屈服强度和应变率在700-3100s^-1范围内的动态压缩应力-应变曲线，并获得了不同应变率下材料的动态... 详细信息

利用MTS材料试验机和分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验装置对非退火状态Ta-10W合金进行了准静态和动态压缩实验，给出了材料的静态压缩屈服强度和应变率在700-3100s^-1范围内的动态压缩应力-应变曲线，并获得了不同应变率下材料的动态屈服强度。通过对实验结果的分析可以发现，非退火状态Ta-10W合金具有较好的韧性，在所进行的实验中试件表面均未出现可见裂纹；试件材料具有较高的静、动态屈服强度，静态屈服强度达到930MPa，动态屈服强度在1GPa以上，在所进行的700-3100s^-1应变率范围内，材料的动态屈服强度随应变率的增加略有提高。

关键词： Ta—W合金力学性能应变率压缩实验

电容式柔性压力传感器的性能优化原理及研究进展

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材料导报 2023年第16期37卷 9-22页

作者：田玉玉何韧吴菊英钟卫洲张凯中国工程物理研究院总体工程研究所四川绵阳621999

作为可穿戴电子器件的重要分支,柔性压力传感器在人机交互、健康监测等方面具有广阔的应用前景。随着新型材料与新的器件制备策略的不断开发,柔性压力传感器的力学与电学性能不断被优化以适应不同的应用需求。相较于其他传感器,电容式... 详细信息

作为可穿戴电子器件的重要分支,柔性压力传感器在人机交互、健康监测等方面具有广阔的应用前景。随着新型材料与新的器件制备策略的不断开发,柔性压力传感器的力学与电学性能不断被优化以适应不同的应用需求。相较于其他传感器,电容式柔性压力传感器具有灵敏度高、功耗低、响应快的优势。电容式柔性压力传感器的性能优化主要通过改变器件的结构参数来实现,如电极有效正对面积、电极间距、有效介电常数等。主要方法策略包括新型纳米材料的应用、新型微结构设计和新型复合材料的开发。主要优化原理有四种:(1)通过改变电极表面粗糙度来改变电极有效正对面积;(2)在电极或介电层中引入空气层以降低弹性模量;(3)在介电层中引入空气或高介电常数材料来改变有效介电常数;(4)通过复合材料在介电层中形成微电容以改变总体电容变化。在电容式柔性压力传感器的性能优化研究中存在一个共性问题,即高灵敏度与宽检测范围之间总是存在一种制约关系。在一定压力范围内,尤其是低压范围,灵敏度提升往往会使器件较易达到压缩饱和而使检测范围有限,即线性度较差。近年来,研究者们着眼于高灵敏度与宽检测范围之间的制约问题,对介电层的梯度结构设计及混合响应机制进行探索,取得了丰硕的成果,在保证高灵敏度的前提下大幅提升了器件的检测范围。然而,迟滞、稳定性及阵列优化仍是电容式柔性压力传感器面向实际应用时存在的问题。本文系统归纳了电容式柔性压力传感器的性能优化原理,分别对电极和介电层的结构设计与材料优化方法进行了介绍,分析了电容式柔性压力传感器在性能优化研究中面临的难题,并进行了展望,以期为设计和制备满足应用需求条件的高性能柔性压力传感器提供参考。

关键词：柔性压力传感器电容式微结构设计复合材料多级结构混合响应