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聚脲材料动态力学性能试验研究

应用力学学报 2023年

作者：刘文礼杜修力李亮马睿北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室

应用低阻抗分离式霍普金森压杆和拉杆试验装置开展了聚脲材料动态力学性能的试验研究。分别开展了聚脲8380材料常温条件 (T=18℃) 下的动态压缩和动态拉伸试验，以及高温 (50℃、80℃ ) 和低温 (-40℃、-20℃) 条件下的动态压缩试验，... 详细信息

应用低阻抗分离式霍普金森压杆和拉杆试验装置开展了聚脲材料动态力学性能的试验研究。分别开展了聚脲8380材料常温条件 (T=18℃) 下的动态压缩和动态拉伸试验，以及高温 (50℃、80℃ ) 和低温 (-40℃、-20℃) 条件下的动态压缩试验，研究了该种材料的动态压缩和动态拉伸性能，并研究了应变率和温度对材料动态力学性能的影响规律。研究结果表明：(1) 在不同温度下，聚脲8380材料的动态力学性能均呈现出显著的应变率效应。随着加载应变率的增大，材料的强度、变形能力和耗能能力均有不同程度的提升。(2) 聚脲8380材料的动态力学性能具有明显的温度相关性，高温和低温条件下材料的动态压缩性能呈现出不同的变化规律。高温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能发生劣化，其动态抗压强度较常温条件下有较大幅度的降低。随着温度的升高，材料的动态抗压强度降低。低温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能有显著的改善与提升，其动态抗压强度和耗能能力较常温条件下有大幅度的提高。随着温度的降低，材料的动态抗压强度提高。

关键词：聚脲材料动态压缩动态拉伸应变率温度

聚脲喷膜材料在隧道衬砌掉块病害整治中的试验研究

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现代隧道技术 2023年第2期60卷 282-292页

作者：王嵩杨昌宇许兴伍李传富王聚山袁勋王芳陈昂杨义王辉郭继军管强王福海刘强孙诚张永钦中国铁路成都局集团公司成都610081 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 中铁十一局集团有限公司襄阳441199 四川昕悦环保科技有限公司成都610094

针对传统掉块病害整治工艺施工工序复杂、劳动强度大、施工速度慢、工效低和费用高等缺点,提出采用聚脲喷膜材料对隧道衬砌掉块病害进行整治。通过对聚脲喷膜材料承受掉块自重和空气动力学荷载的理论分析,以及现场建立隧道衬砌模型的实... 详细信息

针对传统掉块病害整治工艺施工工序复杂、劳动强度大、施工速度慢、工效低和费用高等缺点,提出采用聚脲喷膜材料对隧道衬砌掉块病害进行整治。通过对聚脲喷膜材料承受掉块自重和空气动力学荷载的理论分析,以及现场建立隧道衬砌模型的实测试验,重点研究了聚脲喷膜材料的粘结强度和拉伸强度。试验表明,在试块自重和空气动力学效应约14 t荷载的共同作用下,厚度为5 mm的聚脲喷膜材料未发生拉伸断裂破坏,能够承托住衬砌掉块;加载过程中试块周边一定范围内的喷膜材料发生了剥离,表明剥离范围内喷膜聚脲材料与隧道衬砌混凝土表面之间粘结强度逐步降低。为防止隧道衬砌拱部掉块,可采取增加喷膜材料与混凝土之间的粘结强度或增加喷膜材料厚度等措施。

关键词：隧道衬砌掉块聚脲材料空气动力学荷载粘结强度

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聚脲材料动态力学性能试验研究

应用力学学报 2024年第2期41卷 309-317页

作者：刘文礼杜修力李亮马睿北京工业大学城市与工程安全减灾教育部重点实验室北京100124

应用低阻抗分离式霍普金森压杆和拉杆试验装置开展了聚脲材料动态力学性能的试验研究。分别开展了聚脲8380材料常温条件(T=18℃)下的动态压缩和动态拉伸试验,以及高温(50、80℃)和低温(-40、-20℃)条件下的动态压缩试验,研究了该种材料... 详细信息

应用低阻抗分离式霍普金森压杆和拉杆试验装置开展了聚脲材料动态力学性能的试验研究。分别开展了聚脲8380材料常温条件(T=18℃)下的动态压缩和动态拉伸试验,以及高温(50、80℃)和低温(-40、-20℃)条件下的动态压缩试验,研究了该种材料的动态压缩和动态拉伸性能,并研究了应变率和温度对材料动态力学性能的影响规律。研究结果表明:在不同温度下,聚脲8380材料的动态力学性能均呈现出显著的应变率效应;随着加载应变率的增大,材料的强度、变形能力和耗能能力均有不同程度的提升;聚脲8380材料的动态力学性能具有明显的温度相关性,高温和低温条件下材料的动态压缩性能呈现出不同的变化规律;高温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能发生劣化,其动态抗压强度较常温条件下有较大幅度的降低,随着温度的升高,材料的动态抗压强度降低;低温条件下聚脲8380材料的动态压缩性能有显著的改善与提升,其动态抗压强度和耗能能力较常温条件下有大幅度的提高,随着温度的降低,材料的动态抗压强度提高。

关键词：聚脲材料动态压缩动态拉伸应变率

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准静态及动态载荷加载下聚脲材料的力学性能

兵工学报 2021年第S01期42卷 151-158页

作者：贾子健王舒陈亚旭王志军崔海林张鹏徐豫新瞬态冲击技术重点实验室北京102202 32381部队北京100073 中北大学机电工程学院山西太原030051 北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 北京理工大学高能量密度材料教育部重点实验室北京100081

为分析聚脲材料在准静态及动态载荷加载下的力学性能变化规律,开展了霍普金森压杆冲击试验研究。利用万能材料试验机和霍普金森杆对聚脲材料进行力学性能测试,获得各应变率下材料应力-应变曲线,结果表明:准静态载荷加载下的聚脲材料切... 详细信息

为分析聚脲材料在准静态及动态载荷加载下的力学性能变化规律,开展了霍普金森压杆冲击试验研究。利用万能材料试验机和霍普金森杆对聚脲材料进行力学性能测试,获得各应变率下材料应力-应变曲线,结果表明:准静态载荷加载下的聚脲材料切线模量随着应变的增大而呈现类似指数函数增长趋势,动态载荷加载下呈现类似线性降低趋势;随着应变率的增加,聚脲材料强度(拉伸强度和屈服强度)、断裂能逐渐增加。由此可见:聚脲材料具有显著的应变率效应;聚脲材料高应变率载荷加载下的“递减硬化”特性与聚脲抗爆、抗冲击特性密切相关;从低应变率到高应变率加载,聚脲材料存在有橡胶态到玻璃态的转变,强度显著增强。

关键词：聚脲材料准静态动态载荷力学性能屈服强度切线模量断裂能

聚脲喷膜材料用于隧道衬砌掉块病害整治试验研究

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现代隧道技术 2023年

作者：王嵩杨昌宇许兴伍李传富王聚山袁勋王芳陈昂杨义王辉郭继军管强王福海刘强孙诚张永钦四川昕悦环保科技有限公司中国铁路成都局集团公司中铁十一局集团有限公司中铁二院工程集团有限责任公司

高速铁路隧道衬砌掉块会给行车安全带来极大威胁，针对传统掉块病害整治工艺施工工序复杂、劳动强度大、成活速度慢、工效低和费用高等缺点，提出了采用聚脲喷膜材料对隧道衬砌掉块病害进行整治。通过对聚脲喷膜材料承受掉块自重和空气... 详细信息

高速铁路隧道衬砌掉块会给行车安全带来极大威胁，针对传统掉块病害整治工艺施工工序复杂、劳动强度大、成活速度慢、工效低和费用高等缺点，提出了采用聚脲喷膜材料对隧道衬砌掉块病害进行整治。通过对聚脲喷膜材料承受掉块自重和空气动力学荷载的理论分析和现场建立隧道衬砌模型的实测试验，重点研究了聚脲喷膜材料的粘结强度和拉伸强度。试验表明：在试块自重和空气动力学效应约14 t荷载的共同作用下，厚度为5 mm的聚脲喷膜材料未发生拉伸断裂破坏，因而能够承托住衬砌掉块；加载过程中试块周边一定范围内的喷膜材料发生了剥离，表明喷膜聚脲材料与隧道衬砌混凝土表面之间剥离范围内粘接强度逐步降低。为防止隧道衬砌拱部试块的掉落，可采取增加喷膜材料与混凝土之间的粘结强度或增加喷膜材料厚度等的措施。

关键词：隧道衬砌掉块聚脲材料空气动力学荷载粘结强度

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抗爆聚脲及其复合涂层钢板爆炸防护性能研究

抗爆聚脲及其复合涂层钢板爆炸防护性能研究

作者：方志强青岛理工大学

学位级别：硕士

在爆炸破坏日益严重的国际形势下,抗爆防护材料及技术引起广泛关注,其中,抗爆聚脲材料因其优异的力学、热性能及耗能特性,成为国内外研究热点。抗爆聚脲材料能够喷涂于结构表面,通过包覆结构抵抗爆炸冲击荷载,减轻结构变形损伤。本文以Q... 详细信息

在爆炸破坏日益严重的国际形势下,抗爆防护材料及技术引起广泛关注,其中,抗爆聚脲材料因其优异的力学、热性能及耗能特性,成为国内外研究热点。抗爆聚脲材料能够喷涂于结构表面,通过包覆结构抵抗爆炸冲击荷载,减轻结构变形损伤。本文以Q235钢板为基材,Qtech MS-1型喷涂型抗爆聚脲材料(以下简称MS-1型聚脲材料)和改性粘弹性阻尼Qtech Q413型聚脲材料(下文简称Q413型聚脲材料)为爆炸防护涂层,制备抗爆聚脲复合涂层钢板。首先通过低速拉伸实验和高速拉伸实验,研究了MS-1型聚脲材料和Q413型聚脲材料在不同应变率下的力学性能,并通过热重实验模拟爆炸高温环境两种材料的热稳定性能,由此预估MS-1型聚脲材料和Q413型聚脲材料的抗爆性能;其次,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了单一聚脲涂层和聚脲复合涂层钢板的动态响应情况,分析了不同涂层厚度、不同涂覆方式下单一聚脲涂层和不同复合构造、不同防护部位下聚脲复合涂层的爆炸防护能力,设计出最优化单一聚脲涂层和聚脲复合涂层钢板防护结构;最后,通过现场爆炸试验验证了最优化单一聚脲涂层和聚脲复合涂层的抗爆性能。通过以上实验得到主要研究结论如下:(1)MS-1型聚脲材料和Q413型聚脲材料的低速拉伸和高速拉伸研究结果表明:在0.001s到0.1s低应变率下,MS-1型聚脲材料最大工程应力从35.29MPa提高到42.56MPa;Q413型聚脲材料最大工程应力明显提高,从7.60MPa到8.96MPa。在52.08s到769.23s高应变率下,MS-1型聚脲材料最大工程应力从25.92MPa提高至35.60MPa;Q413型聚脲材料最大工程应力从17.59MPa提高至28.49MPa。MS-1型和Q413型聚脲材料在低应变率至高应变率内均表现出明显的应变率效应规律,可用于爆炸荷载作用下的结构防护,并为后续爆炸实验与数值模拟提供理论和数据支撑。(2)MS-1型聚脲材料和Q413型聚脲材料的热重实验研究结果表明:MS-1型聚脲材料和Q413型聚脲材料在750℃后会形成炭渣。高温后剩余的炭渣形成一层碳化层,起到包覆隔热的效果,从而有利于结构的爆炸防护。(3)在75g TNT药量下,迎爆面和背爆面单一聚脲涂层钢板结构的接触爆炸数值模拟研究结果表明:空白钢板的最大形变为2.51cm。随着涂层厚度由1mm增加至8mm,迎爆面MS-1涂层钢板的最大形变从2.31cm降低至1.94cm,迎爆面Q413涂层钢板最大形变从2.38cm降低至1.98cm;背爆面MS-1和Q413涂层钢板的变形程度明显降低,分别从2.29cm降低至1.27cm和2.28cm降低至1.21cm。从能量的角度讲,MS-1和Q413涂层能够将爆炸能量转化为动能及内能,通过自身变形吸能和耗能来减轻钢板的变形程度,进而提高钢板的抗爆能力。通过涂层约束钢板形变和涂层吸能情况对比分析设计出4mm MS-1型聚脲涂层背爆面喷涂钢板最优化防护结构。(4)在75g TNT药量下,迎爆面和背爆面聚脲复合涂层钢板结构的接触爆炸数值模拟研究结果表明:三种复合涂层:1mm MS-1+3mm Q413(构造A)、2mm MS-1+2mm Q413(构造B)、3mm MS-1+1mm Q413(构造C),在迎爆面喷涂方式下,其复合涂层钢板中心点最大位移分别为1.86cm、1.69cm、1.50cm;在背爆面喷涂方式下,A、B、C构造钢板的中心点最大位移分别为1.38cm、1.27cm、1.14cm。在能量吸收和转化方面,相同喷涂方式下,A、B、C复合涂层能够通过自身的吸能和耗能特性有效削弱爆炸荷载下钢板的动能和内能峰值;在相同复合构造下,背爆面复合涂层的动能和内能峰值小,防护效果好。(5)在75g TNT药量,接触爆炸条件下,空白钢板、4mm MS-1涂层钢板、4mm Q413涂层钢板及4mm构造A、构造B、构造C复合涂层钢板的背爆面实爆实验研究结果表明:对于最优化单一聚脲涂层,空白钢板、MS-1涂层钢板、Q413涂层钢板中心区域变形高度为2.1cm、1.3cm、1.4cm,与数值模拟结果基本吻合,控制误差在17%以下。对于最优化聚脲复合涂层,A、B、C复合涂层钢板的变形高度为1.3cm、1.3cm、1.2cm,与数值模拟结果基本吻合,控制误差在6%以下。设计出4mm MS-1涂层作为最优化单一聚脲涂层,C复合涂层(3mm MS-1+1mm Q413)作为最优化聚脲复合涂层。综上所述,抗爆聚脲材料及其复合涂层能够喷涂到钢板表面,减轻钢板在爆炸荷载作用下的变形程度,进而提高钢板的抗爆能力,在爆炸防护领域具有广阔的应用前景。

关键词：聚脲材料抗爆性能复合涂层有限元模拟现场爆炸试验

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复合防护结构抗破片侵彻性能的研究

火工品 2022年第4期 16-20页

作者：王燕李梦群杨淼慧徐锦王佳奇中北大学先进制造技术山西省重点实验室山西太原030051

为提高复合柔性结构的抗破片侵彻能力,采用AUTODYN中Euler-Lagarange算法对不同位置和厚度聚脲材料复合柔性结构的抗破片侵彻效果进行数值模拟,并通过正交试验对复合柔性结构防护性能的影响因素进行了研究。结果表明:聚脲材料在复合柔... 详细信息

为提高复合柔性结构的抗破片侵彻能力,采用AUTODYN中Euler-Lagarange算法对不同位置和厚度聚脲材料复合柔性结构的抗破片侵彻效果进行数值模拟,并通过正交试验对复合柔性结构防护性能的影响因素进行了研究。结果表明:聚脲材料在复合柔性结构内侧位置时抗破片侵彻能力最强;抗破片侵彻效果与聚脲材料厚度成正比;复合柔性结构防护性能影响因素的主次顺序为:防爆液体厚度、芳纶纤维层数、聚脲材料位置、聚脲材料厚度。

关键词：复合柔性结构聚脲材料爆炸破片破片侵彻

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聚脲涂覆金属圆筒抗爆性能研究

聚脲涂覆金属圆筒抗爆性能研究

作者：李俊南南昌大学

学位级别：硕士

提高结构的抗爆能力一直是现代国防、工业社会领域关注的焦点,近年来轻质轻量的聚脲涂层材料被越来越多的人关注和应用,通过聚脲材料提高结构的抗爆性能成为近年来研究的重点。本文选用由青岛理工大学功能材料研究所提供的Q413m型聚脲材... 详细信息

提高结构的抗爆能力一直是现代国防、工业社会领域关注的焦点,近年来轻质轻量的聚脲涂层材料被越来越多的人关注和应用,通过聚脲材料提高结构的抗爆性能成为近年来研究的重点。本文选用由青岛理工大学功能材料研究所提供的Q413m型聚脲材料,将聚脲涂覆在圆筒结构上进行抗爆实验研究以及数值模拟研究。对实验测得的应变信号用HHT方法进行时频分析,得到爆炸下圆筒结构应变动态响应信号的主频范围,探究应变增长现象形成的原因。将实验所得到的变形数据与数值模拟结果对比,验证仿真参数选择的合理性,然后进一步用数值模拟探究当结构产生不同变形结果后聚脲材料的吸能状况。此外本文还建立了聚脲-圆筒复合结构的弹性动力响应运动控制方程,并利用MATLAB进行求解。本文得到的主要结论如下:(1)抗爆实验研究表明,在75g TNT和100g TNT炸药爆炸下,有Q413m型聚脲涂覆的圆筒结构其变形要比无聚脲层的分别减小18.1%和21.1%。(2)通过HHT方法分析圆筒结构在爆炸下产生的应变动态响应信号发现,无聚脲层圆筒结构的主频均在1000Hz左右,其中400Hz、600Hz、910Hz和1340Hz等频率处能量最为集中;涂覆了聚脲层的圆筒结构其主频分为两处分别是200Hz和2400Hz。结果表明无聚脲层的信号主频比较集中,多个主频相隔较近导致振型叠加从而产生应变增长现象,有聚脲层的结构其信号的主频相隔较远不易发生振型叠加所以没有发生明显的应变增长现象。(3)利用数值模拟探究结构不同变形结果时聚脲层的吸能状况。结果表明,当结构发生破坏时Q413m型聚脲材料的吸能效果远好于结构只发生塑性变形而未破坏。其主要原因是因为聚脲层被撕裂破坏时,其内部大量的氢键断裂以及涂层与结构发生脱粘会吸收大量的冲击能量。(4)建立聚脲-金属圆筒复合结构受载冲击下的弹性动力响应的运动控制方程和求解边界条件,并对其进行化简求解。求解得到在20g TNT爆炸载荷冲击下,单层圆筒的最大变形为0.117cm,涂覆了Q413m型聚脲材料圆筒的最大变形为0.098cm,与仿真得出的结果相比,误差不超过10%。结果表明方程是基本适用的。

关键词：聚脲材料数值模拟 LS-DYNA 抗爆性能弹性动力响应 HHT

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聚脲材料防爆手套的研制与性能评价

分析仪器 2021年第3期 197-200页

作者：刘巍周建鲍蓓蕾刘玉军邱烨孔维恒中国海关科学技术研究中心北京100026 山西聚脲防护材料有限公司太原030032

针对聚脲材料防爆手套研制,本文介绍了聚脲材料定义、化学原理、性能特点、材料应用,重点描述了该材料防弹防爆的优越性能及研制工艺,同时描述了聚脲防爆手套研制工艺及成品性能爆炸测试等。

关键词：聚脲材料防爆手套材料特性研制工艺防爆实验