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内嵌PMI泡沫的CFRP方形蜂窝夹芯动态压缩特性数值仿真

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兵器装备工程学报 2022年第3期43卷 183-188,222页

作者：周昊郭锐姜炜南京理工大学化学与化工学院南京210094 南京理工大学机械工程学院南京210094

分析研究了不同应变率条件下内嵌PMI泡沫的碳纤维增强复合材(CFRP)方形蜂窝夹芯的动态压缩特性,讨论了夹芯结构参数对其动态压缩过程中应力应变响应及比能量吸收特性的影响规律,得到夹芯动态压缩强度与压缩应变率之间的关系。仿真结果表... 详细信息

分析研究了不同应变率条件下内嵌PMI泡沫的碳纤维增强复合材(CFRP)方形蜂窝夹芯的动态压缩特性,讨论了夹芯结构参数对其动态压缩过程中应力应变响应及比能量吸收特性的影响规律,得到夹芯动态压缩强度与压缩应变率之间的关系。仿真结果表明,夹芯在动态压缩条件下应力增强,其应力应变响应特性与准静态压缩不同,夹芯动态压缩强度与应变率和准静态压缩强度间存在定量关系;夹芯高度对动态压缩特性影响不大,但蜂窝栅格间距对夹芯动态压缩特性有显著影响。研究结果能够为内嵌PMI泡沫的CFRP夹芯在抗爆抗冲击夹层结构中的应用提供技术支撑。

关键词： PMI泡沫 CFRP蜂窝复合夹芯动态压缩数值仿真

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高围压下钢纤维混凝土动态压缩性能

建筑科学 2022年第9期38卷 27-34页

作者：马连华朱思宪孙可可河北大学建筑工程学院河北保定071002 河北大学质量技术监督学院河北保定071002

为探究不同纤维含量与围压对钢纤维混凝土动态压缩性能的影响,首先对描述混凝土动态损伤和塑性变形的两种本构模型进行了对比,将改进的损伤塑性模型通过子程序嵌入到有限元软件ABAQUS中,并在此基础上对钢纤维混凝土在高围压条件下的动... 详细信息

为探究不同纤维含量与围压对钢纤维混凝土动态压缩性能的影响,首先对描述混凝土动态损伤和塑性变形的两种本构模型进行了对比,将改进的损伤塑性模型通过子程序嵌入到有限元软件ABAQUS中,并在此基础上对钢纤维混凝土在高围压条件下的动态压缩性能进行了数值模拟。结果表明,改进的混凝土损伤塑性模型在模拟准确性上要好于传统的混凝土损伤塑形模型。钢纤维混凝土随着纤维含量与围压的增加,韧性与强度也随之增加。本文研究结果对钢纤维混凝土在高围压下的力学性能评估和工程应用提供一定的参考。

关键词：钢纤维混凝土动态压缩围压损伤塑性模型有限元

不同风化程度花岗岩动态压缩特性及损伤破裂试验研究

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不同风化程度花岗岩动态压缩特性及损伤破裂试验研究

作者：柴耀光江西理工大学

学位级别：硕士

为探究风化程度对岩体动态压缩特性的影响规律,本文以国家自然科学基金项目(52064015)为依托,以不同风化程度花岗岩为研究对象,基于霍普金森杆(SHPB)实验系统对不同风化程度花岗岩试样进行单次冲击与循环冲击试验,探究不同风化程度花岗... 详细信息

为探究风化程度对岩体动态压缩特性的影响规律,本文以国家自然科学基金项目(52064015)为依托,以不同风化程度花岗岩为研究对象,基于霍普金森杆(SHPB)实验系统对不同风化程度花岗岩试样进行单次冲击与循环冲击试验,探究不同风化程度花岗岩试样的动力特性及损伤破裂规律,并借助核磁共振仪(NMR)、扫描电镜(SEM)等仪器对风化花岗岩试样冲击前后的孔隙度、孔径等微观结构的变化规律进行相应的探究,为离子型稀土矿山“爆破增渗”、不均风化围岩开挖等岩土工程提供一定的科学理论支撑。主要得出以下结论:(1)静载压缩下,随着花岗岩试样风化程度的增加,进入弹性阶段时岩体所需应力逐渐下降,应变逐渐增加,新鲜花岗岩试样在达到峰值应力后,应力陡降,应变少幅增加,而微风化、中(弱)风化、强风化三种风化程度较高的花岗岩试样的峰后阶段则呈现应力缓慢下降,应变逐渐扩大的变化趋势,岩石逐渐由脆性向塑性转变;花岗岩试样在峰值点之前所吸收的总能量、弹性应变能、耗散能随着风化程度的增加呈非线性下降趋势;花岗岩试样的峰值应力、弹性模量等随着风化程度的增加逐渐下降,其破坏模式也逐渐由纵向拉伸破坏向拉-剪复合破坏形式转变,且风化程度越大,试样受到的剪切作用越大,产生的剪切裂纹数量越多,岩体破碎程度越大。(2)相同冲击速度下,花岗岩试样应力-应变曲线的裂纹扩展阶段随风化程度的提高由近似直线形向下凹形转变,卸载阶段的回弹程度与试样风化程度成反比,逐渐由Ⅱ型应力-应变曲线转化为Ⅰ型;花岗岩试样风化程度越高,试样的动态峰值应力与弹性模量越小、应变越大;随着冲击速度的提高,花岗岩试样的动态峰值应力呈指数增长,弹性模量则随着冲击速度的增加呈先增后减趋势,最大应变呈线性增长趋势;反射能、吸收能、单位体积吸收能随着冲击速度的提高逐渐增大,呈二次函数关系,且切线斜率随着风化程度的提高逐渐增大,透射能则随着冲击速度的提高呈指数增长;风化花岗岩试样碎块的平均粒径随着冲击速度、应变率的提高而降低,分形维数则随着冲击速度、应变率的提高先增加后趋于不变;(3)循环冲击下风化花岗岩试样的裂纹扩展阶段随冲击次数的增加呈下凹趋势,卸载阶段的回弹现象逐渐减弱,逐渐由Ⅱ型应力-应变曲线向Ⅰ型转变;微、弱风化花岗岩试样的单位体积吸收能随冲击次数的增加其变化趋势可分为缓慢增长与快速增长两个阶段,强风化花岗岩试样的单位体积吸收能则随着冲击次数的增加快速增长;风化花岗岩的能量耗散率随冲击次数的增加呈指数增长,且风化程度越高,能量耗散率越大;微风化、弱风化、强风化花岗岩试样循环冲击下裂纹的发展规律可以概括为:纵向拉伸裂纹产生→纵向拉伸裂纹发育→剪切裂纹产生→裂纹贯通试样破坏。(4)从宏观角度利用弹性模量定义岩体损伤,发现微、弱风化花岗岩试样的损伤随冲击次数的增加呈倒S型增长,强风化花岗岩试样则近似呈线性增长,缺少损伤缓慢增长阶段;孔隙分布曲线随冲击次数的增加逐渐向右移动,不同风化程度花岗岩试样孔隙类别相似,主要以小孔、中孔、大孔为主,孔隙面积与风化程度、冲击次数成正比;花岗岩试样风化程度越大其断裂面越粗糙,孔隙数量多且孔径增大,用于阻碍试样裂纹扩展速度的台阶状花纹消失,斜向于断裂面的裂纹开始萌生,裂纹的数量与发育程度与试样的风化程度成正比;结合试样的宏观裂纹扩展规律可知,随着试样风化程度的增大,花岗岩试样的破坏形式由拉伸破坏向拉剪复合破坏形式转变。

关键词：风化程度 SHPB试验动态压缩损伤破裂微观结构

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锆/聚四氟乙烯活性材料的动态压缩特性

兵工学报 2020年第S02期41卷 56-62页

作者：李尉任会兰宁建国郝莉北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京建筑大学理学院北京100044

采用弹道枪和高温同步分离式霍普金森压杆装置研究了锆/聚四氟乙烯(Zr/PTFE)活性材料在高应变率下的撞击反应特性和动态力学行为。高速摄影结果显示,Zr/PTFE活性材料撞击钢靶时可以发生剧烈的化学反应,放出大量的热。材料的反应持续时... 详细信息

采用弹道枪和高温同步分离式霍普金森压杆装置研究了锆/聚四氟乙烯(Zr/PTFE)活性材料在高应变率下的撞击反应特性和动态力学行为。高速摄影结果显示,Zr/PTFE活性材料撞击钢靶时可以发生剧烈的化学反应,放出大量的热。材料的反应持续时间强烈地依赖于撞击速度。在应变率范围6000~10800 s-1内,活性材料的动态压缩应力-应变曲线呈现出典型弹性-塑性强化的变形特征;材料的屈服强度和强度极限均反映出材料有明显的温度软化效应。扫描电镜结果显示,Zr/PTFE活性材料的主要失效机制是金属颗粒和聚四氟乙烯基体的脱粘以及聚四氟乙烯基体的变形。

关键词：锆/聚四氟乙烯活性材料分离式霍普金森压杆撞击反应特性动态压缩

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动态压缩下马氏体相变力学性质的微观研究

物理学报 2009年第3期58卷 1936-1941页

作者：邵建立秦承森王裴北京应用物理与计算数学研究所北京100088

使用分子动力学方法,模拟了活塞以恒定加速运动从一端压缩单晶铁(沿[001]晶向)发生马氏体相变的微观过程.根据模拟结果将上述压缩过程分为弹性压缩、晶格软化、相变(bcc至hcp)、超应力松弛和高压相弹性压缩五个阶段,对各阶段的原子滑移... 详细信息

使用分子动力学方法,模拟了活塞以恒定加速运动从一端压缩单晶铁(沿[001]晶向)发生马氏体相变的微观过程.根据模拟结果将上述压缩过程分为弹性压缩、晶格软化、相变(bcc至hcp)、超应力松弛和高压相弹性压缩五个阶段,对各阶段的原子滑移规律和应力变化特征做了详细分析.分析得出应力超过约10GPa时,开始出现弹性常数软化行为;层错结构(fcc)和孪晶界为新相形核的两种缺陷,前者更为稳定;相变后粒子首先进入超应力松弛状态(即沿加载方向的偏应力呈现负值),在应力超过约36GPa粒子转变为高压相弹性压缩状态.

关键词：分子动力学单晶铁相变动态压缩

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非均质结构PBX炸药的动态压缩过程模拟

爆炸与冲击 2016年第1期36卷 17-23页

作者：傅华李克武李涛刘仓理彭金华中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理重点实验室四川绵阳621999 南京理工大学化工学院江苏南京210094 中国工程物理研究院四川绵阳621999

采用离散元方法,构建了考虑PBX炸药晶体颗粒与黏结剂非均匀性的计算模型,通过在炸药试样两端采用相向飞片加载、将原SHPB实验的应力边界替代为速度边界的方法,开展了PBX炸药的动态压缩数值模拟研究,再现了考虑PBX炸药非均质特性的SHPB... 详细信息

采用离散元方法,构建了考虑PBX炸药晶体颗粒与黏结剂非均匀性的计算模型,通过在炸药试样两端采用相向飞片加载、将原SHPB实验的应力边界替代为速度边界的方法,开展了PBX炸药的动态压缩数值模拟研究,再现了考虑PBX炸药非均质特性的SHPB实验过程,获得了不同加-卸载路径下炸药应力应变曲线以及相应的损伤破坏图像。模拟结果表明:在动态压缩过程中,虽然PBX炸药处于整体应力平衡,由于PBX高度非均质性,内部应力分布并不均匀,晶体间应力以应力桥形式传递;应力曲线为试样整体平均,试样内局部所受真实应力可能高于曲线峰值应力;出现卸载回滞曲线的试样发生局部损伤破坏,而完全软化曲线的试样发生整体失稳破坏。

关键词：固体力学动态压缩离散元方法 PBX炸药 SHPB实验

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金属材料动态压缩及绝热剪切行为的研究

金属材料动态压缩及绝热剪切行为的研究

作者：曾昭泉华中科技大学

学位级别：硕士

金属材料具有优异的力学性能,因此被广泛应用于航空航天、国防科技等重要工程领域。在高速冲压成型、弹体侵彻等动态变形过程中,微观结构的差异性和加载条件的多样性使得金属材料的动态力学响应尤为复杂,相关的深入研究对于极端力学理... 详细信息

金属材料具有优异的力学性能,因此被广泛应用于航空航天、国防科技等重要工程领域。在高速冲压成型、弹体侵彻等动态变形过程中,微观结构的差异性和加载条件的多样性使得金属材料的动态力学响应尤为复杂,相关的深入研究对于极端力学理论的发展及工程实际应用具有十分重要的意义。绝热剪切局域化是金属材料在高应变率下最普遍的失效模式之一。相关研究工作取得了诸多突破性的进展,但对其中不少关键问题尚存在分歧。因此,有必要进一步对金属材料开展动态力学研究。本文以TC4钛合金、6061-T6铝合金和0Cr18Ni9不锈钢为研究对象,分析了三种金属材料的动态压缩及绝热剪切行为。本文的主要研究内容和得到的结论如下:(1)通过电子万能试验机研究了三种金属材料的准静态压缩响应。结果显示,三种金属材料在准静态压缩条件下均具有应变硬化效应。通过分离式Hopkinson压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)研究了三种金属材料的动态压缩响应。结果显示,三种金属材料在动态压缩条件均具有一定的应变率敏感性。(2)引入绝热温升软化项并考虑材料参数随应变率的变化,对Johnson-Cook(J-C)模型进行了修正,并标定了相应的材料参数。结果显示,与J-C原始模型相比,J-C修正模型的拟合误差显著降低。(3)在动态加载条件下使用帽型试样研究了三种金属材料的绝热剪切行为。结果显示,应变硬化、应变率强化和热软化效应是影响三种金属材料绝热剪切变形的重要因素;三种金属材料在绝热剪切变形过程中均有不同程度的温升。(4)对TC4钛合金的剪切区域进行了微观结构表征。结果显示,应变率和应变是影响绝热剪切带(Adiabatic Shear Band,ASB)演化的重要因素;带内晶粒多为低位错密度的细小等轴再结晶晶粒。利用旋转动态再结晶(Rotational Dynamic Recrystallization,RDR)机制可较好地解释带内细小等轴晶粒的形成。

关键词：金属材料动态压缩绝热剪切微观结构演化分离式Hopkinson压杆

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闭孔泡沫铝的动态压缩性能试验研究

振动与冲击 2017年第5期36卷 1-6页

作者：李忠献张茂轩师燕超天津大学建筑工程学院天津300072 天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室天津300072

为了研究闭孔泡沫铝动态压缩性能的应变率效应,采用改进的INSTRON高速动力加载系统,对不同应变率下闭孔泡沫铝试件进行动态压缩试验研究。首先利用正向试验和反向试验技术对不同厚度的闭孔泡沫铝试件在同一加载速率下的动态压缩性能进... 详细信息

为了研究闭孔泡沫铝动态压缩性能的应变率效应,采用改进的INSTRON高速动力加载系统,对不同应变率下闭孔泡沫铝试件进行动态压缩试验研究。首先利用正向试验和反向试验技术对不同厚度的闭孔泡沫铝试件在同一加载速率下的动态压缩性能进行了研究,得到了在一定速率下消除泡沫铝动态压缩试验中惯性效应的合理试件厚度。进一步开展了闭孔泡沫铝试件在不同加载速率下的高速压缩试验,研究了其动态压缩性能随应变率的变化规律。结果表明在高速压缩下,闭孔泡沫铝的应力-应变曲线与准静态条件相同,具有明显的弹性段、平台段及压实段的3阶段特征。闭孔泡沫铝的平台应力具有明显的应变率效应,而致密应变在不同的应变率下表现出了不同的变化趋势,初步解释为泡沫铝孔壁塑性变形机制的改变以及波动效应的相互影响。闭孔泡沫铝的吸能能力随应变率的增加而明显提升。

关键词：闭孔泡沫铝动态压缩惯性效应应变率效应平台应力致密应变吸能能力

不同应变率下冻融损伤大理岩的动态压缩特性研究

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矿业研究与开发 2022年第8期42卷 139-145页

作者：尹彦波长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012

为研究不同自然条件下边坡岩石的动态力学性质受冻融循环的影响,对冻融处理后的寒区边坡大理岩在干燥、饱水和冻结条件下进行了一系列动态压缩试验。试验结果表明,相同的冻融循环次数和相同的冲击气压下,常温水对岩石有软化作用,低温冻... 详细信息

为研究不同自然条件下边坡岩石的动态力学性质受冻融循环的影响,对冻融处理后的寒区边坡大理岩在干燥、饱水和冻结条件下进行了一系列动态压缩试验。试验结果表明,相同的冻融循环次数和相同的冲击气压下,常温水对岩石有软化作用,低温冻结对岩石有强化作用,随着冻融循环次数增加,岩样状态对岩石强度的影响逐渐减弱,两种应力因子逐渐接近1;冻融循环对岩样动态强度的劣化作用集中在冻融前期,冻融循环后期岩样动态强度变化不大;随着冻融循环次数增加,岩样动态强度的应变率效应逐渐减弱,且冻融循环对应变率效应的弱化作用也集中在冻融前期。

关键词：大理岩石冻融循环 SHPB 动态压缩应变率应力因子