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碾压混凝土的动态力学特性分析及损伤演化本构模型建立

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中南大学学报（自然科学版） 2019年第1期50卷 130-138页

作者：张社荣宋冉王超魏培勇天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

为了深入认识碾压混凝土的动态力学特性,参考实际水工混凝土大坝工程制备试样,借助改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置测定碾压混凝土的动态性能,得到不同级配碾压混凝土试样在动态冲击荷载下(应变率为25～80s-1)的应力-应变曲线,分析... 详细信息

为了深入认识碾压混凝土的动态力学特性,参考实际水工混凝土大坝工程制备试样,借助改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置测定碾压混凝土的动态性能,得到不同级配碾压混凝土试样在动态冲击荷载下(应变率为25～80s-1)的应力-应变曲线,分析其强度和变形特性、破坏形态和吸能特性,并建立基于Weibull分布的损伤演化本构模型。研究结果表明:碾压混凝土强度较低,加载过程中应力发展不充分,其应力-应变曲线呈现1个明显的平台阶段;碾压混凝土的峰值应力、峰值应变、单位体积吸能率均随加载应变率的提高而增大,并满足二次多项式关系;建立的统计损伤演化模型可以有效地描述碾压混凝土在动态冲击荷载下的力学行为,理论结果与实验结果吻合较好。

关键词：碾压混凝土分离式霍普金森压杆实验动态力学特性统计损伤演化模型

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煤岩冲击变形破坏特性及其本构模型

煤炭学报 2018年第8期43卷 2233-2242页

作者：郭德勇吕鹏飞赵杰超朱同功中国矿业大学(北京)资源与安全工程学院北京100083 平顶山天安煤业股份有限公司河南平顶山467000

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统对不同冲击速度下煤岩试样应变率变化规律、动态力学特性及其变形破坏特征进行了测试,探讨了煤岩动态力学本构模型。实验结果表明,煤岩试样的加载应变率与冲击速度整体上呈正相关关系,且不同冲击... 详细信息

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统对不同冲击速度下煤岩试样应变率变化规律、动态力学特性及其变形破坏特征进行了测试,探讨了煤岩动态力学本构模型。实验结果表明,煤岩试样的加载应变率与冲击速度整体上呈正相关关系,且不同冲击速度下煤岩试样的力学响应特征均具有分段性,可根据响应特征的差异将煤(岩)试样在低-中-高冲击速度下的变形依次划分为压密变形、塑性变形、塑性软化(硬化)变形3种类型;煤岩试样的破坏特征均具有明显的应变率相关性,在低冲击速度下,试样均呈脆性破坏形式,随着冲击速度的增加,试样的延性破坏特征逐渐显现。在分析煤岩试样应力-应变本构关系及动态破坏特征的基础上建立了包含低-中-高应变率响应的粘弹性损伤本构模型,应用结果表明,与实测曲线相比模型拟合曲线拟合精度高,验证了所建模型的有效性与合理性。

关键词：冲击载荷分离式霍普金森压杆实验煤岩变形破坏本构模型

冲击荷载作用下的Ⅰ/Ⅱ复合型裂纹扩展规律研究

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岩石力学与工程学报 2016年第7期35卷 1323-1332页

作者：王蒙朱哲明王雄四川大学能源工程安全与灾害力学教育部重点实验室四川成都610065

为了研究纯I和I/II复合型裂纹在冲击荷载作用下的动态断裂行为,基于提出的单裂纹半孔板(SCSC)构型和大直径分离式霍普金森压杆设备,使用2种石材进行岩石的纯I和I/II复合型的动态断裂实验;同时,实验中使用新装置(裂纹扩展计和高速摄影系... 详细信息

为了研究纯I和I/II复合型裂纹在冲击荷载作用下的动态断裂行为,基于提出的单裂纹半孔板(SCSC)构型和大直径分离式霍普金森压杆设备,使用2种石材进行岩石的纯I和I/II复合型的动态断裂实验;同时,实验中使用新装置(裂纹扩展计和高速摄影系统)来监测裂纹的扩展速度。为了检验实验结论,基于Drucker-Prager强度模型和累积损伤失效准则,建立针对纯I和I/II复合型裂纹的数值模型,并使用AUTODYN软件来模拟裂纹的扩展行为。总体上,由数值模拟得到的裂纹扩展路径和实验结果十分吻合。研究结果表明,在裂纹扩展的过程中,其扩展速度是一个变化量,甚至有可能停滞,也就是说可能出现止裂现象;同时,CPG和高速摄影系统都可以很好的反映出此现象,并且高速摄影系统更加直观,说明在动态断裂研究中是适用的,同时给出纯I型动态断裂实验裂纹扩展速度特征,供工程参考。

关键词：岩石力学动态裂纹扩展分离式霍普金森压杆实验数值模拟单裂纹半孔板试件

SHPB混凝土实验中试件尺寸的影响(英文)

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高压物理学报 2018年第1期32卷 104-110页

作者：赵福祺徐沛保文鹤鸣中国科学技术大学中科院材料力学行为和设计重点实验室安徽合肥230027

分离式霍普金森压杆(SHPB)实验常被用来获得混凝土类材料的动态压缩强度,所得数据对建立本构方程有重要作用,因此需要对其进行正确解释或分析。利用最新的混凝土材料模型研究了SHPB实验中试件尺寸的影响。藉由混凝土试件的体积考虑动态... 详细信息

分离式霍普金森压杆(SHPB)实验常被用来获得混凝土类材料的动态压缩强度,所得数据对建立本构方程有重要作用,因此需要对其进行正确解释或分析。利用最新的混凝土材料模型研究了SHPB实验中试件尺寸的影响。藉由混凝土试件的体积考虑动态尺寸效应的影响,并提出了一个计算由于惯性(约束)效应引起的动态增强因子的新经验公式。结果表明:新经验公式与不同尺寸混凝土的SHPB模拟结果吻合得很好,且惯性(约束)效应引起的动态增强因子随着试件尺寸的增大而增大。

关键词：分离式霍普金森压杆实验混凝土惯性(约束)效应试件尺寸效应数值模拟

冷滚打成形Johnson-Cook本构模型参数标定及其修正

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冷滚打成形Johnson-Cook本构模型参数标定及其修正

作者：黄赓西安理工大学

学位级别：硕士

冷滚打塑性成形是基于金属材料在冷态下的特性,利用具有特定廓形的滚打轮连续击打坯料表面,通过滚打轮挤压金属局部产生塑性变形并逐渐累积的一种冷塑性成形方法,在齿轮、花键及相关传动零件制造领域具有广泛应用。本文根据冷滚打成形... 详细信息

冷滚打塑性成形是基于金属材料在冷态下的特性,利用具有特定廓形的滚打轮连续击打坯料表面,通过滚打轮挤压金属局部产生塑性变形并逐渐累积的一种冷塑性成形方法,在齿轮、花键及相关传动零件制造领域具有广泛应用。本文根据冷滚打成形过程数值模拟分析的需求,研究合适的材料Johnson-Cook（J-C）本构模型的参数标定和修正方法。这对建立精确的冷滚打仿真模型具有重要的意义。依据Johnson-Cook材料本构模型参数标定方法,通过静态压缩和分离式霍普金森压杆两种实验方法获得静动状态下材料的应力应变曲线。将静动状态下的应力应变结果进行分析,标定了 20钢、45钢和40Cr三种材料的J-C本构模型参数。建立霍普金森压杆实验的有限元分析模型,采用实验获得的J-C本构模型参数进行有限元仿真,获得与实验曲线变化规律一致的仿真结果,验证了所标定J-C本构模型的准确性。采用有限元分析方法对冷滚打成形过程中应力、应变场及滚打力进行分析。通过对循环加载下试件组织间晶粒的变化情况进行分析,可知冷滚打成形过程中材料内部组织晶粒会发生细化从而会影响材料的应力应变关系。采用J-C本构模型参数的多元函数修正方法,结合实验结果,对20钢、45钢和40Cr三种材料J-C本构模型4个参数进行修正。对比未修正J-C本构模型参数的仿真结果,发现修正后的J-C本构模型参数可以获得更精确的冷滚打仿真结果,从而验证了模型参数标定和修正方法的有效性。

关键词：冷滚打分离式霍普金森压杆实验 J-C本构模型参数修正

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多功能含能结构材料动态力学性能研究

多功能含能结构材料动态力学性能研究

作者：张将南京理工大学

学位级别：硕士

采用实验研究、理论分析及数值仿真相结合的方法开展了多功能含能结构材料类动态力学性能研究。制备了典型多功能含能结构材料类试件,分析了其细观结构特点,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆实验装置对其进行了准静态和动态压缩... 详细信息

采用实验研究、理论分析及数值仿真相结合的方法开展了多功能含能结构材料类动态力学性能研究。制备了典型多功能含能结构材料类试件,分析了其细观结构特点,利用万能材料试验机和分离式霍普金森压杆实验装置对其进行了准静态和动态压缩实验研究,基于所得实验数据拟合确定了该类材料相应的本构方程参数,并用ABAQUS有限元软件对其所选用的本构模型及其参数进行了数值模拟验证。主要研究内容及结论包括： (1)多功能含能结构材料试件制备及准静态压缩力学性能研究采用冷压烧结成型工艺制备了不同配比及不同铝粉颗粒尺寸的Al/PTFE/W试件,并对其细观特性进行了分析。利用万能材料试验机对该类材料的准静态压缩力学性能进行了研究,得到了不同配比多功能含能结构材料准静态应力-应变曲线。结果表明：材料配比,颗粒尺寸和成型工艺等因素对Al/PTFE/W材料准静态力学性能影响较为明显。 (2)基于分离式霍普金森压杆实验技术的多功能含能结构材料动态力学性能研究基于分离式霍普金森压杆实验装置对W-Zr合金和Al/PTFE/W材料的动态力学性能进行了研究。编写了波形曲线和应力-应变曲线的提取程序,并得到了这两类材料在不同应变率下的应力-应变曲线。结果表明：W-Zr合金材料在冲击压缩过程中会出现低应变率的脆性断裂和中应变率下的冲击反应两种状态,其动态力学性能差异明显;不同配比及不同铝粉颗粒尺寸对Al/PTFE/W材料的动态力学性能影响较为明显。 (3)多功能含能结构材料冲击本构模型参数确定及其仿真验证基于对多功能含能结构材料准静态和动态力学性能研究结果,分别采用一维弹脆性损伤本构模型和Johnson-Cook本构模型来描述W-Zr合金和Al/PTFE/W材料的动态力学特性,并结合所得应力-应变曲线拟合确定了相应本构方程中的参数。为再现分离式霍普金森压杆实验过程和评估Al/PTFE/W材料所采用的本构模型及参数的合理性,采用ABAQUS动力学软件对分离式霍普金森压杆实验过程进行了数值模拟。结果表明：仿真结果与实验结果吻合较好。

关键词：爆炸力学多功能含能结构材料战斗部工程分离式霍普金森压杆实验本构模型数值模拟

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高应变率下混凝土准一维大变形压缩实验研究

兵工学报 2010年第S1期31卷 246-250页

作者：王万鹏胡永乐林俊德陈剑杰西北核技术研究所陕西西安710024

为研究C30混凝土动态大变形力学性能,设计开展了准一维应变动态大变形分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,获得了C30混凝土材料在200~530/s应变速率下的应力-应变曲线。同时为了进行比较,利用MTS810实验机进行了准静态大变形压缩实验。实验... 详细信息

为研究C30混凝土动态大变形力学性能,设计开展了准一维应变动态大变形分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,获得了C30混凝土材料在200~530/s应变速率下的应力-应变曲线。同时为了进行比较,利用MTS810实验机进行了准静态大变形压缩实验。实验结果表明:在有被动围压的实验情况下,混凝土呈现出显著的弹塑性力学行为,这与混凝土单轴压缩时表现出弹脆性力学行为明显不同;混凝土在动态大变形压缩时也表现出了应变率敏感的特性,同时由于应变率效应及外围钢套提供约束效应,混凝土动态压缩时应力峰值相对其静态单轴压缩强度值显著增大。

关键词：混凝土动态大变形压缩分离式霍普金森压杆实验