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多次冲击下泡沫铝动态压缩力学性能试验与本构模型研究

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兵工学报 2018年第12期39卷 2410-2419页

作者：高华熊超殷军辉陆军工程大学石家庄校区火炮工程系河北石家庄050003

基于分离式霍普金森压杆装置对泡沫铝试样进行多次冲击加载试验,研究泡沫铝在中低应变率下的动态压缩力学性能。通过分析泡沫铝破坏形貌、透波率、应力-应变曲线以及能量吸收效率随冲击加载次数的变化规律,研究了损伤累积对材料动态力... 详细信息

基于分离式霍普金森压杆装置对泡沫铝试样进行多次冲击加载试验,研究泡沫铝在中低应变率下的动态压缩力学性能。通过分析泡沫铝破坏形貌、透波率、应力-应变曲线以及能量吸收效率随冲击加载次数的变化规律,研究了损伤累积对材料动态力学性能以及吸能特性的影响机理。试验结果表明:随着冲击次数的增加,泡沫铝内部胞孔结构逐步崩溃压实,对应力波的衰减作用减弱,弹性极限应力及对应应变均有增强效应,且多次冲击下的损伤累积效应有助于提高理想吸能效率。基于试验所得应力-应变曲线,将损伤累积变量引入Sherwood-Frost方程,建立泡沫铝材料多次冲击下损伤累积本构模型,分析了形状函数参考曲线对应损伤累积能量与多次冲击试验损伤累积能量差值对本构模型准确性的影响,并进行了试验验证。

关键词：泡沫铝动态压缩吸能效率损伤累积本构模型

FeCoCrNiC_(x)高熵合金的动态压缩行为及本构关系

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特种铸造及有色合金 2023年第4期43卷 494-499页

作者：卢杨赵晖毛鹏燕龚勋沈阳理工大学材料科学与工程学院沈阳110159

利用分离式霍普金森压杆系统对FeCoCrNiC_(x)(x=0,0.08,0.2)高熵合金开展高应变速率动态压缩试验,绘制出材料在2 300~5 600 s^(-1)应变速率范围内的真应力-真应变曲线,分析了应变速率对材料塑性的影响,并构建了材料的J-C本构关系。结果... 详细信息

利用分离式霍普金森压杆系统对FeCoCrNiC_(x)(x=0,0.08,0.2)高熵合金开展高应变速率动态压缩试验,绘制出材料在2 300~5 600 s^(-1)应变速率范围内的真应力-真应变曲线,分析了应变速率对材料塑性的影响,并构建了材料的J-C本构关系。结果表明,在准静态与动态加载下,FeCoCrNiC_(x)系高熵合金表现出明显的加工硬化行为,在高应变速率下表现出良好的塑性变形能力;FeCoCrNiC_(x)系高熵合金随着应变速率的提高,合金的加工硬化指数不断增大,抵抗变形能力不断增强,并且对应变速率有较高的敏感性。

关键词：高熵合金动态压缩力学性能本构关系

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含孔隙混凝土的动态压缩数值模拟

合肥工业大学学报:自然科学版 2023年第10期46卷 1388-1393,1400页

作者：郭煜巫绪涛王宝珍程长征冯学凯合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

为研究孔隙大小、数量及位置分布对混凝土动态压缩力学性能的影响,文章通过ANSYS参数化设计语言编程创建含随机分布球形孔隙的混凝土有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对孔隙混凝土的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure... 详细信息

为研究孔隙大小、数量及位置分布对混凝土动态压缩力学性能的影响,文章通过ANSYS参数化设计语言编程创建含随机分布球形孔隙的混凝土有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对孔隙混凝土的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验进行数值模拟;提出一个预测不同孔隙率、不同孔隙数目混凝土在不同应变率下动态抗压强度的经验方程。研究结果表明:对于含单个球形孔隙的混凝土,孔隙尺寸越大,抗压强度越小,但内部孔隙位置发生变化时,抗压强度基本没有变化;相同孔隙率下,孔隙数目增加,混凝土抗压强度呈指数衰减,并最终趋于一个稳定值;孔隙率越低,混凝土抗压强度趋于稳定值时的孔隙数目越少,孔隙率为1.11%时,多孔隙混凝土的抗压强度与单个孔隙时无显著差别,可按单孔隙计算;提出的经验方程预测结果与仿真试验结果有很好的一致性。

关键词：混凝土孔隙动态压缩数值模拟背景网格法强度

钢纤维混凝土动态压缩与拉伸力学特性试验研究

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爆破 2024年第2期41卷 40-50页

作者：彭松林贾永胜董千叶张帆杨轩康嘉中交第二航务工程局有限公司武汉430040 江汉大学精细爆破国家重点实验室武汉430056 江汉大学爆破工程湖北省重点实验室武汉430056

为探究钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的影响机制,采用霍普金森压杆(SHPB)装置开展了不同冲击气压、不同钢纤维体积含量(0%C50素混凝土、2%、3%和4%)的混凝土试样动态压缩和动态巴西劈裂试验,并结合高速摄影揭示了试样裂纹... 详细信息

为探究钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的影响机制,采用霍普金森压杆(SHPB)装置开展了不同冲击气压、不同钢纤维体积含量(0%C50素混凝土、2%、3%和4%)的混凝土试样动态压缩和动态巴西劈裂试验,并结合高速摄影揭示了试样裂纹的动态演化过程。试验结果表明:在同一冲击气压下,钢纤维混凝土试样的动态压缩强度和动态劈裂拉伸强度与钢纤维含量呈正相关,其吸能程度和破碎程度也呈正相关。钢纤维可有效抑制混凝土的破碎,阻碍钢纤维混凝土试样对冲击能量的吸收与耗散。其中,钢纤维混凝土试样吸能率的上限区间为30%~36%。钢纤维对混凝土的动态劈裂拉伸强度的提升显著高于其对动态抗压强度的提升,且对于较高混凝土强度、甚至有抗爆需求的钢纤维混凝土,结合试验数据、工程经济成本、技术可控性等方面考虑,2%~3%钢纤维含量可作为混凝土增韧的合理区间。钢纤维对混凝土试样动态劈裂和压缩破坏的作用机理不同,动态劈裂过程中,钢纤维可显著阻碍和约束混凝土裂缝的动态扩展;而动态压缩过程中,钢纤维和混凝土之间因发生剥离而导致增韧作用失效。

关键词：钢纤维混凝土分离式霍普金森压杆动态压缩动态劈裂力学特性

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高温下混凝土动态压缩行为细观数值研究

工程力学 2019年第6期36卷 70-78+118页

作者：金浏郝慧敏张仁波杜修力北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

结合混凝土细观非均质性,考虑高温下细观组分力学性能退化效应及率效应的影响,建立了高温作用下混凝土动态压缩破坏行为及应变率效应研究的细观尺度数值分析模型。首先对混凝土热传导行为进行模拟,进而将"结果输出"作为"初始条件"对混... 详细信息

结合混凝土细观非均质性,考虑高温下细观组分力学性能退化效应及率效应的影响,建立了高温作用下混凝土动态压缩破坏行为及应变率效应研究的细观尺度数值分析模型。首先对混凝土热传导行为进行模拟,进而将"结果输出"作为"初始条件"对混凝土动态力学行为进行细观模拟,模拟与已有试验结果的良好吻合验证了数值方法的可行性及准确性。在此基础上,研究了高温加热后混凝土动态单轴压缩破坏行为及细观破坏机制,揭示了高温作用对动态压缩强度放大系数的影响规律。结果表明:高温加热后,混凝土动态冲击破坏集中在力学性能薄弱的加载端;相比于应变率效应,温度退化效应对混凝土力学性能(如强度、割线模量)影响更为显著。

关键词：混凝土高温动态压缩应变率效应细观尺度

Ce元素对挤压态ZK60合金显微组织及动态压缩性能的影响

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Ce元素对挤压态ZK60合金显微组织及动态压缩性能的影响

作者：许晨琨沈阳工业大学

学位级别：硕士

镁合金作为如今最受关注的高强度绿色环保的轻质合金之一,被越来越广泛的应用于人们的日常生活及工业生产中。当合金部件受到动态冲击载荷作用时,所表现出来的动态力学性能是与静态及准静态加载时不相同的,所以研究镁合金在动态载荷下... 详细信息

镁合金作为如今最受关注的高强度绿色环保的轻质合金之一,被越来越广泛的应用于人们的日常生活及工业生产中。当合金部件受到动态冲击载荷作用时,所表现出来的动态力学性能是与静态及准静态加载时不相同的,所以研究镁合金在动态载荷下的力学行为和断裂失效机理尤为重要。通过添加适量的稀土元素可以有效改善合金的微观组织和提高其力学性能。因此,本课题通过挤压剪切工艺制备了Mg-6Zn-x Ce-0.6Zr(x=1,2)合金,利用霍普金森压杆(SHPB)对两种合金在500-2500 s应变速率范围内进行了动态压缩试验。采用金相显微镜(OM),扫描电镜(SEM),X射线衍射分析(XRD)、背散射电子衍射(EBSD)和透射电镜(TEM)等检测手段对合金微观组织演化以及动态压缩过程中的塑性变形机制进行了深入分析。研究结果表明挤压剪切态Mg-6Zn-x Ce-0.6Zr(x=1,2)合金的主要由α-Mg基体、MgZn相和(MgZn)Ce相所组成,且Mg-6Zn-2Ce-0.6Zr合金中第二相的数量多于Mg-6Zn-1Ce-0.6Zr合金。Mg-6Zn-1Ce-0.6Zr和Mg-6Zn-2Ce-0.6Zr两种合金的平均晶粒尺寸分别为2.8和3.2μm。两种合金在不同应变速率下沿ED和ERD方向动态压缩后,其动态压缩性能均表现出正应变强化效应,且Mg-6Zn-1Ce-0.6Zr合金的动态压缩性能优于Mg-6Zn-2Ce-0.6Zr合金。不同应变速率动态压缩后合金的织构发生明显变化,两种合金的(0001)基面织构由ERD方向不同程度的向ED方向偏转。两种合金动态压缩时,随着应变速率的增加,ED试样主导变形机制由{101 2}拉伸孪晶变为柱面滑移;而ERD试样主导变形机制由{101 2}拉伸孪晶变为锥面滑移。当应变速率达到2500 s时,两种合金ED和ERD试样均发生断裂,断裂方式无明显差异,都表现为以脆性断裂为主脆性和韧性的相结合的断裂方式。此外,本课题建立并修正了挤压态Mg-6Zn-x Ce-0.6Zr(x=1,2)合金在动态压缩载荷下ED和ERD试样的Johnson-Cook本构方程。经过对比真应力应变曲线与拟合曲线,分析发现修正后的Johnson-Cook本构方程可以准确的拟合出挤压态Mg-6Zn-x Ce-0.6Zr(x=1,2)合金在不同应变速率下沿不同方向动态压缩后的真应力应变曲线。

关键词：稀土元素动态压缩动态变形机制 Johnson-Cook本构方程

钢纤维混凝土动态压缩与拉伸力学特性试验研究

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爆破 2023年

作者：彭松林贾永胜董千叶张帆杨轩康嘉武汉市汉阳市政建设集团有限公司江汉大学精细爆破国家重点实验室江汉大学爆破工程湖北省重点实验室

为明确钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的综合影响机制，制备了钢纤维体积含量分别为0%（C50素混凝土）、2%、3%和4%的钢纤维混凝土试样，采用霍普金森压杆（SHPB）装置开展不同冲击气压下的钢纤维混凝土动态压缩和动态巴西... 详细信息

为明确钢纤维含量对混凝土动态压缩和拉伸力学特性的综合影响机制，制备了钢纤维体积含量分别为0%（C50素混凝土）、2%、3%和4%的钢纤维混凝土试样，采用霍普金森压杆（SHPB）装置开展不同冲击气压下的钢纤维混凝土动态压缩和动态巴西劈裂试验，并结合高速摄影记录试样动态裂纹的演化过程。试验结果表明：在相同冲击气压下，钢纤维混凝土试样的动态压缩强度和动态劈裂拉伸强度与钢纤维含量正相关，其吸能程度和破碎程度正相关，表明钢纤维的存在会抑制混凝土的破碎，不利于钢纤维混凝土试样对冲击能量的吸收与耗散，并且吸能率存在30%～36%的上限区间；钢纤维对混凝土的动态劈裂拉伸强度的提升显著高于其动态抗压强度，当钢纤维含量在2%～3%时，混凝土强度提升较显著，对于混凝土强度较高、甚至有抗爆需求的钢纤维混凝土，结合试验数据、工程经济成本、技术可控性等方面考虑，该含量可作为实际工程中较为合理的选取标准；钢纤维混凝土试样动态劈裂和压缩破坏机理不同，劈裂破坏钢纤维需从混凝土中拔出，对混凝土动态裂缝扩展的阻碍和约束作用明显，而动态压缩过程中，由于钢纤维混凝土整体破碎，钢纤维和混凝土之间发生剥离导致增韧作用失效。

关键词：钢纤维混凝土分离式霍普金森压杆动态压缩动态劈裂力学特性

基于细观模拟的轻骨料混凝土动态压缩破坏及尺寸效应分析

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工程力学 2020年第3期37卷 56-65页

作者：金浏杨旺贤余文轩杜修力北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室

轻骨料混凝土由于其轻质及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,采用塑性损伤本构关系模型,考虑应变率效应的影响... 详细信息

轻骨料混凝土由于其轻质及保温隔热性能好等优点,越来越多被应用于实际工程结构。采用细观数值模拟方法,将轻骨料混凝土看作由骨料颗粒、砂浆基质及两者间界面过渡区组成的三相复合材料,采用塑性损伤本构关系模型,考虑应变率效应的影响,建立了对应的细观随机骨料模型,研究了轻骨料混凝土在动态压缩作用下的破坏行为及尺寸效应规律。发现:随着应变率的增加,惯性效应逐渐成为主导效应,动态压缩强度的尺寸效应逐渐被削弱,达到临界应变率时,尺寸效应被完全抑制。此外,结合率效应影响机制与规律,揭示了轻骨料混凝土动态压缩强度的尺寸效应机理,建立了"静动态统一"的尺寸效应半经验-半理论公式。

关键词：轻骨料混凝土动态压缩应变率效应尺寸效应细观模拟

基于细观模拟的混凝土动态压缩强度尺寸效应研究

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工程力学 2019年第11期36卷 50-61页

作者：金浏余文轩杜修力张帅杨旺贤李冬北京工业大学城市减灾与防灾防护教育部重点实验室清华大学土木系

在混凝土静态破坏尺寸效应方面开展的研究已经较为完善,而在动态破坏尺寸效应方面的研究还远没有形成一个统一的认知。混凝土尺寸效应根源于内部组成的非均质性,从细观角度出发,考虑材料非均质及细观组分的应变率效应,将混凝土看作由骨... 详细信息

在混凝土静态破坏尺寸效应方面开展的研究已经较为完善,而在动态破坏尺寸效应方面的研究还远没有形成一个统一的认知。混凝土尺寸效应根源于内部组成的非均质性,从细观角度出发,考虑材料非均质及细观组分的应变率效应,将混凝土看作由骨料、砂浆及界面过渡区组成的三相复合材料,建立了混凝土动态破坏行为研究的细观数值分析方法,对不同应变率(1×10-5s-1～2×102s-1)及不同尺寸方形混凝土试件单轴压缩破坏行为进行模拟与分析。数值结果表明:混凝土动态与静态加载下压缩强度尺寸效应规律存在明显差异,在动态压缩强度尺寸效应规律中,存在一个临界应变率(约为1 s-1),即:低于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而减小,且尺寸效应逐渐被削弱;达到临界应变率时,混凝土动态压缩强度与尺寸无关,尺寸效应被完全抑制;高于临界应变率时,应变率增大时,压缩强度随试件尺寸增大而增大,尺寸效应逐渐增强。最后对混凝土动态强度尺寸效应的产生机理进行了分析与讨论。

关键词：混凝土动态压缩尺寸效应细观模拟临界应变率