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盐雾干湿循环作用下超高韧性水泥基复合材料动态压缩性能试验研究

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工程力学 2023年第S01期40卷 289-294页

作者：陈奕琨赵昕李庆华浙江大学建筑工程学院浙江杭州310058 浙江科技学院土木与建筑工程学院浙江杭州310000

为研究滨海盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态压缩力学性能,对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0 d和60 d)开展3组不同应变率(10^(−4)s^(−1)、10^(−3)s^(−1)和10^(−2)s^(−1))的动态压缩力学试验,获得了材料的动态压缩应... 详细信息

为研究滨海盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态压缩力学性能,对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0 d和60 d)开展3组不同应变率(10^(−4)s^(−1)、10^(−3)s^(−1)和10^(−2)s^(−1))的动态压缩力学试验,获得了材料的动态压缩应力-应变曲线和破坏形貌,分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC弹性模量、峰值强度以及峰值应变的影响。结果表明:相比于未腐蚀试件,60 d盐雾干湿循环作用会导致UHTCC动态压缩强度分别提高44.5%、54.4%和62.4%,动态弹性模量分别提高19.4%、15.3%和28.4%,压缩强度的应变率敏感性上升。通过X射线电子计算机断层扫描(XCT)技术发现盐雾干湿循环环境下材料的孔隙率降低,微观结构变得更加密实。

关键词：超高韧性水泥基复合材料盐雾干湿循环动态压缩力学性能单轴压缩应力-应变关系

海水干湿循环作用下UHTCC动态压缩性能试验研究

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第4期54卷 807-815页

作者：李庆华陈奕琨何晓宇姚福成徐世烺浙江大学高性能结构研究所杭州310058 浙江数智交院科技股份有限公司杭州310006 嘉兴港独山港口化工物流有限公司嘉兴314203

为研究应变率和海水干湿循环周期对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)动态压缩性能的影响,采用直径75 mm的分离式霍普金森压杆系统对0~120 d海水干湿循环作用后的UHTCC试件开展动态压缩试验.通过改进ZWT非线性黏弹性本构模型,提出了一种考... 详细信息

为研究应变率和海水干湿循环周期对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)动态压缩性能的影响,采用直径75 mm的分离式霍普金森压杆系统对0~120 d海水干湿循环作用后的UHTCC试件开展动态压缩试验.通过改进ZWT非线性黏弹性本构模型,提出了一种考虑海水干湿循环作用的UHTCC试件的动态本构模型.结果表明,UHTCC试件的动态抗压强度增强因子随着干湿循环周期的增加逐渐减小.在同一冲击气压下,随着干湿循环周期的增加,UHTCC试件的峰值应力和耗能先增大后减小,并分别在60和90 d时达到峰值.在相同干湿循环周期下,UHTCC试件的峰值应力、动态抗压强度增强因子和耗能均随应变率的增大而增大,表现出明显的应变率效应.改进的动态本构模型能够较好地描述海水干湿循环作用下UHTCC试件的动态压缩应力-应变关系.

关键词：超高韧性水泥基复合材料海水干湿循环动态压缩力学性能本构模型

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温度对TB6钛合金动态压缩性能的影响

塑性工程学报 2019年第2期26卷 281-286页

作者：易湘斌张俊喜张玲郭小汝李杏发徐创文甘肃省高校绿色切削加工技术及其应用省级重点实验室甘肃兰州730050 兰州工业学院材料工程学院甘肃兰州730050

利用分离式高温Hopkinson压杆试验系统,对TB6钛合金在不同温度(550～850℃)下的动态冲击压缩力学性能进行测试,研究环境温度对试验材料在高应变率下的应力-应变行为和绝热剪切带生成机制的影响。试验结果表明,在高应变率条件下,随着温... 详细信息

利用分离式高温Hopkinson压杆试验系统,对TB6钛合金在不同温度(550～850℃)下的动态冲击压缩力学性能进行测试,研究环境温度对试验材料在高应变率下的应力-应变行为和绝热剪切带生成机制的影响。试验结果表明,在高应变率条件下,随着温度的升高,绝热升温热软化作用增强,材料表现出较强的应变率增塑效应和一定程度的应变率增强效应。同时发现,材料在650～750℃表现出较强的绝热剪切敏感性,承载时间越长,剪切带长度越长。材料在750℃时,剪切带出现分叉,导致材料强度异常降低。随着环境温度的增加,剪切断口韧窝面积增大,韧窝数量增加,材料塑性增强。

关键词： TB6钛合金动态压缩力学性能绝热剪切敏感性绝热剪切带

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钢/尼龙夹层板的压缩力学性能研究

钢/尼龙夹层板的压缩力学性能研究

作者：卢卫彬江苏科技大学

学位级别：硕士

夹层板是一种特殊的复合材料,通常是三明治结构,由比较薄的面板与比较厚的芯材胶接而成,具有质量轻、比刚度与比强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音和隔热等优点。但是截至目前,大多数研究集中在蜂窝夹层板和纤维增强复合材料,研究以... 详细信息

夹层板是一种特殊的复合材料,通常是三明治结构,由比较薄的面板与比较厚的芯材胶接而成,具有质量轻、比刚度与比强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音和隔热等优点。但是截至目前,大多数研究集中在蜂窝夹层板和纤维增强复合材料,研究以新型材料为芯材的夹层板的工作较少。为此,本文采用具有优良力学性能的PA66型尼龙作为芯材合成钢/尼龙夹层板,并对其在准静态和动态条件下的压缩力学性能进行了研究。本文的主要研究内容和方法包括:(1)钢材面板和尼龙芯材的准静态拉伸力学性能研究。设计了准静态拉伸的实验方案,测定了钢材和尼龙芯材在准静态条件下的拉伸应力应变曲线。通过实验获得了钢材和芯材的屈服强度,弹性模量等参数,为后续的动态实验和仿真提供了必不可少的参数。(2)基于准静态压缩实验,测得面板、尼龙以及不同厚度比的夹层板之应力应变曲线,通过曲线拟合得到了夹层板的准静态压缩本构模型,该模型与夹层板的厚度比相关,在厚度比为0.1～2的范围内具有较高的精度,可用于预测此类夹层板的准静态压缩应力应变本构关系,从而指导夹层板的设计和生产。(3)钢/尼龙夹层板动态压缩力学性能研究。利用江苏科技大学力学实验室的SHPB实验装置研究,并对比分析了钢/尼龙夹层板及其面板和芯材的动态压缩力学性能,实验结果表明三者均为应变率敏感材料,其压缩屈服强度随应变率的增大而提高;而在相同应变率下,钢/尼龙夹层板的压缩屈服强度与其面板-芯材厚度比呈正相关关系,但其上限值受尼龙芯材的材料特性控制,另外将相同厚度比的钢/尼龙夹层板的不同厚度的面板作为受冲击面时夹层板的应力应变本构关系基本相同。(4)基于LS-DYNA有限元程序对钢/尼龙夹层板的动态压缩过程进行数值模拟,重点考察材料的应变率敏感性以及应变率效应对钢/尼龙夹层板动态力学性能的影响规律,并在此基础上通过对影响参数的分析,拟合得到了钢/尼龙夹层板的计及厚度比的动态压缩本构模型。

关键词：钢/尼龙夹层板准静态力学性能应力应变曲线 SHPB 动态压缩力学性能数值模拟

盐雾干湿循环作用下超高韧性水泥基复合材料动态压缩性能试验研究

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盐雾干湿循环作用下超高韧性水泥基复合材料动态压缩性能试验研究

316L不锈钢空心球铝基复合材料力学行为研究

第31届全国结构工程学术会议

作者：陈奕琨赵昕李庆华浙江大学建筑工程学院浙江科技学院土木与建筑工程学院

为研究滨海盐雾环境下UHTCC的动态压缩力学性能,对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0天和60天)开展3组不同应变率(10s、10s和10s)的动态压缩力学试验,获得了材料的动态压缩应力应变曲线和破坏形貌,分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC... 详细信息

为研究滨海盐雾环境下UHTCC的动态压缩力学性能,对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0天和60天)开展3组不同应变率(10s、10s和10s)的动态压缩力学试验,获得了材料的动态压缩应力应变曲线和破坏形貌,分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC弹性模量、峰值强度以及峰值应变的影响。结果表明:相比于未腐蚀试件,60天盐雾干湿循环作用会导致UHTCC动态压缩强度增大44.5%、54.4%和62.4%,动态弹性模量增大19.4%、15.3%和28.4%,压缩强度的应变率敏感性上升。经CT扫描发现材料的孔隙率降低,变得更加密实。

关键词：超高韧性水泥基复合材料盐雾干湿循环动态压缩力学性能单轴压缩应力应变关系

来源： cnki会议评论

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316L不锈钢空心球铝基复合材料力学行为研究

作者：李伟旭哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

不锈钢空心球铝基复合材料作为一种集多项优异性能于一身的新型复合材料,在航空航天、兵器、船舶等领域具有广阔的应用前景。本文采用万能试验机和应力波加载的Hopkinson杆装置,针对制备的316L不锈钢空心球和不锈钢空心球铝基复合材料,... 详细信息

不锈钢空心球铝基复合材料作为一种集多项优异性能于一身的新型复合材料,在航空航天、兵器、船舶等领域具有广阔的应用前景。本文采用万能试验机和应力波加载的Hopkinson杆装置,针对制备的316L不锈钢空心球和不锈钢空心球铝基复合材料,开展了它们在准静态和动态加载条件下的力学性能研究。通过数值模拟,计算了在不同加载条件下,不同尺寸单个空心球的变形行为,以及不同体积百分数、排列方式的金属空心球复合材料的变形行为。利用扫描电子显微镜,观察并分析了试验后复合材料内部空心球的变形及破坏情况,探讨了复合材料内部空心球的破坏形式和损伤演化规律。取得了以下研究结果:(1)在准静态加载条件下,不锈钢空心球的变形行为仅与其壁厚直径比有关,壁厚直径比为0.025时空心球性能最优。(2)准静态压缩条件下复合材料内部变形比较均匀,裂纹起始点位于与压缩方向垂直的中心面附近并且与压缩方向呈45°向两端扩展。动态压缩条件下复合材料内部变形不均匀,位于与压缩方向垂直的中心面上的空心球变形程度和损伤程度最高。但裂纹起始于复合材料受载荷压缩的两端,同样与压缩方向呈45°方向进行扩展。(3)随着空心球在复合材料中体积分数的增大,复合材料的屈服强度、能量吸收能力逐渐降低,而材料吸能效率则不断升高。(4)针对空心球在复合材料内部的简单立方、面心立方、体心立方三种排列方式对复合材料性能的影响,计算得到简单立方排列的复合材料屈服强度最高,而体心立方排列的复合材料最低,面心立方位于二者之间;在相同应变值的情况下,简单立方排列的空心球复合材料吸收的能量最多,体心立方排列的空心球复合材料的能量吸收最少;体心立方排列的空心球复合材料的吸能效率峰值最高,面心立方排列的空心球复合材料最低。

关键词： 316L不锈钢空心球铝基复合材料准静态压缩力学性能动态压缩力学性能吸能特性数值模拟

不同动态加载条件下ZCW612镁合金力学性能及微观组织研究

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不同动态加载条件下ZCW612镁合金力学性能及微观组织研究

作者：高寿康沈阳工业大学

学位级别：硕士

镁合金作为一种高强度绿色环保的轻质合金,逐渐成为汽车工业轻量化的潜在替代合金。在汽车领域的实际应用中,镁合金材质的结构件会在不同温度下承受高应变速率载荷的冲击。因此,研究镁合金在不同温度下的动态压缩力学性能及其微观组织... 详细信息

镁合金作为一种高强度绿色环保的轻质合金,逐渐成为汽车工业轻量化的潜在替代合金。在汽车领域的实际应用中,镁合金材质的结构件会在不同温度下承受高应变速率载荷的冲击。因此,研究镁合金在不同温度下的动态压缩力学性能及其微观组织演变规律,可以为镁合金汽车结构件在高应变速率条件下的应用提供理论和工程指导意义。镁合金的动态压缩是一个动态变形过程,通过限制其变形时的应变可以对变形过程中不同应变下的微观组织演变进行更深入系统的研究。本课题采用了热挤压-剪切工艺的方法制备了挤压态Mg-6Zn-1Cu-2Y-0.6Zr(ZCW612)镁合金,利用霍普金森压杆(SHPB)分别对ZCW612合金的ED和ERD样品进行不同温度(25℃,100℃,200℃,300℃)和不同应变量(3%,6%,8%,12%)下的动态压缩力学实验。采用多种检测手段分析其动态载荷作用下的微观组织演化,变形机制及各向异性。实验结果表明,经过挤压剪切工艺制备的ZCW612合金平均晶粒尺寸为4.5μm,且表现出典型的(0001)基面织构,合金主要由α-Mg基体,Mg Zn Cu相以及MgYZn相组成。在2000 s应变速率动态压缩过程中挤压态ZCW612合金ED样品的变形机制主要为基面滑移,锥面滑移以及拉伸孪晶,基面、柱面、锥面和锥面四种滑移系的CRSS比值为CRSS/CRSS/CRSS/CRSS =1:3.23:1.14:2.82;而ERD样品的变形机制主要为基面滑移和锥面滑移,四种滑移的CRSS比值为CRSS/CRSS/CRSS/CRSS =1:4.27:1.19:2.66。相对于大多数镁合金而言,挤压剪切态ZCW612合金在动态压缩过程中的锥面滑移CRSS值更低,更容易启动。在动态压缩过程中,除了产生传统的拉伸孪晶外,还会产生少数拉伸孪晶的变体,{10(?)1}-{10(?)2}二次孪晶变体以及{10(?)2}-{10(?)2}二次孪晶;另外还会产生部分动态再结晶以及由晶粒内大量位错堆积产生的小角度晶界,这些因素导致了ZCW612合金在动态变形后的晶粒细化。同时在300℃下动态压缩后,由于晶界迁移的作用,ED样品的晶粒会发生一定程度的长大。此外,基于实验结果修正并建立了Johnson-Cook本构方程,并对ZCW612合金的动态压缩力学性能进行拟合,其方程拟合结果与实验结果比较吻合。

关键词：动态压缩力学性能变形机制动态再结晶临界分切应力 Johnson-Cook本构方程

温度对TiZrHf系高熵合金冲击特性和点火行为的影响

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温度对TiZrHf系高熵合金冲击特性和点火行为的影响

作者：陈俊林沈阳理工大学

学位级别：硕士

以一种或两种元素为主、添加其他特定元素改善性能的传统合金设计理念已无法满足各领域对更高性能材料的迫切需求。面对现代材料科学领域对高性能材料需求的重大挑战,2004年,高熵合金的设计理念被提出,其独特的合金设计理念具有多种合... 详细信息

以一种或两种元素为主、添加其他特定元素改善性能的传统合金设计理念已无法满足各领域对更高性能材料的迫切需求。面对现代材料科学领域对高性能材料需求的重大挑战,2004年,高熵合金的设计理念被提出,其独特的合金设计理念具有多种合金元素的集群效应,以其表现出的高强度、高密度、高硬度、良好塑性、耐磨损和耐腐蚀等优异性能,在航空航天、船舶、核能、军工及电子等领域受到广泛关注。尤其,由难熔金属元素组成的体心立方(BCC)结构的难熔高熵合金(RHEAs),在极端环境中表现出良好的机械性能。然而,针对低温和宽应变率范围动态加载下高熵合金的力学性能与点火行为尚较为缺乏,有必要开展系统的准静态、动态力学性能实验,进而揭示高熵合金的低温动态力学性能与冲击点火行为的关联规律。本课题以TiZrHf系高熵合金为研究对象,采用真空电弧熔炼法制备TiZrHf Cu、TiZrHf Ni和TiZrHf Al合金铸锭,系统研究不同温度(-40～20℃)下TiZrHf系高熵合金的动力学性能与冲击点火行为。结合SEM、XRD和EDS对原始试件进行微观表征;分别利用万能试验机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验系统开展高熵合金的准静态/动态压缩实验,分析温度、微量元素种类和应变率对高熵合金动态压缩力学性能的影响规律,并结合扫描电子显微镜(SEM)对动态压缩后的试件进行表征,分析不同温度下高熵合金的变形机制;基于自行搭建的冲击点火实验平台,分析微量元素变化和温度对点火行为的影响,通过理论分析和数值模拟相结合的方法,分析TiZrHf系高熵合金的冲击点火反应机理。本文的主要工作及取得的研究成果如下:(1)提出了高熵合金主元与微量元素的选择依据,通过混合焓、混合熵与原子适配度确定了TiZrHf系高熵合金的相结构,测试了试件的相结构和微观组织形貌和;常温20℃下TiZrHf Cu、TiZrHf Ni和TiZrHf Al的极限强度几乎相同,TiZrHf Cu和TiZrHf Ni试件的弹性模量与极限强度随着温度的降低均明显增强,而TiZrHf Al在低温下韧性有所提高;在低温条件下高熵合金的变形机制表现出韧性和脆性双重断裂模式。(2)基于准静态与动态压缩实验数据,拟合得到在不同温度(-40～20℃)和不同应变率(300～2600s)下的TiZrHf系高熵合金的Johnson-Cook本构模型的参数(应变硬化项系数、应变率硬化系数和温度项系数);通过拟合方程预测结果与实验结果对比分析,发现在低应变率下原始Johnson-Cook本构模型能准确反映合金的力学行为,随着温度的降低和应变率的提高,需要考虑应变、应变率和温度的耦合效应对本构模型的影响。(3)在原始Johnson-Cook本构模型的基础上,考虑应变、应变率和温度的耦合效应,并通过ABAQUS仿真软件建立了动态压缩的有限元模型,对比不同应变率和温度的数值模拟与实验结果。在2400～2600s的应变率范围和-40℃～0℃温度范围内通过对修正后的本构模型拟合的得到的预测结果与实验结果匹配程度较好,能准确反映在高应变率和低温下TiZrHf系高熵合金的动态力学性能。(4)通过自行搭建的点火行为实验系统,研究了TiZrHf系高熵合金在低温条件下的点火行为。结果表明,随着温度的降低,TiZrHf Ni的点火阈值逐渐下降,反应持续时间更长且反应更剧烈,点火行为表现出明显的应变率依赖性;相同温度(-40℃)和应变率下,TiZrHf Ni、TiZrHf Cu、TiZrHf Al的点火酝酿时间分别为100μs、125μs和175μs,点火持续时间和剧烈程度从高到低分别为TiZrHf Cu、TiZrHf Ni和TiZrHf Al。材料的力学性能直接影响其冲击点火行为,当总应变能累积超过裂纹成核的表面能出现裂纹,裂纹尖端的能量积聚促进热点产生进而诱发点火,低温条件下试件的韧脆转变使裂纹尖端更易产生热点并诱发强冲击点火反应。

关键词： TiZrHf系高熵合金本构模型低温环境动态压缩力学性能冲击点火行为