高应变率

摘要： 采用分离式霍普金森压杆系统和高温设备对ZL101A铝合金进行了常温和高温下的动态压缩实验,得到了应变率范围为2900~6100 s^(−1)、温度范围为20~600°C的动态压缩应力-应变曲线。实验结果表明:ZL101A铝合金具有应变率硬化效应,并且随着温度的升高,应变率硬化效应减弱;ZL101A铝合金在不同应变率下均存在明显的温度软化效应,且随着温度的升高,塑性变形引起的绝热温升使热软化作用增强。为了得到应变率和温度对材料流变应力的影响,将应变率效应和温度效应进行解耦,得到一种适用于ZL101A铝合金材料的动态本构模型。对比模型预测结果与实验数据发现,建立的本构模型可以很好地描述ZL101A铝合金的流变应力特征。

摘要： 为校准高应变率下高温应变计在高温环境下的灵敏度系数,使用具有快速高温同步组装功能的高温、高应变率耦合的分离式Hopkinson杆装置对其灵敏度系数进行标定。将待校准的高温应变计粘贴在标准试样表面,并与试样处在相同温度与受力环境。对试样同步施加高温与高应变率加载,对比分离式Hopkinson杆上标准应变计信号与试样上高温应变计的输出信号,得到高温应变计的灵敏度系数。结果表明:采用新方法可以实现环境温度在293~1 473 K的范围,应变率在10^(3) s^(-1)量级的灵敏度标定;应力波弥散和衰减引起的校准灵敏度系数误差只与入射波幅值的积分呈线性关系,相对误差仅为2.39%;试样不均匀塑性变形导致的误差不超过1.6%;校准结果的合成不确定度为1.517%。新方法可以对高温应变计进行高温、高应变率环境下灵敏度系数的校准。

摘要： 为研究高温与高应变率对7150⁃T6铝合金动态力学性能的影响,利用分离式霍普金森压杆装置进行动态冲击试验,并对冲击后试样进行了SEM显微组织分析。结果表明:7150⁃T6铝合金在常温、高应变率下呈现局部热软化现象和较弱的应变率敏感性。材料的流动应力随着温度的升高而不断减小,尤其当温度高于200°C时,流动应力显著降低。在高应变率冲击下,应变率增大使绝热剪切带的形成更加明显,而高温下未发生明显绝热剪切现象。通过最小二乘法拟合出的Johnson⁃Cook本构方程能够有效预测不同加载条件下的流动应力,其预测结果与试验结果基本吻合。本研究可为7150⁃T6铝合金在汽车等运载器结构的轻量化与安全性设计提供指导。

摘要： 目的研究碘化铯(CsI)晶体(110)晶面的力学性能和以及车削参数对超精密车削表面粗糙度的影响。方法分别采用纳米压痕和霍普金森压杆(SHPB)试验,获得并分析CsI晶体(110)晶面在准静态下和高应变率下的力学性能。采用单点金刚石车削(SPDT)的方法在不同的方向和车削参数对晶体进行超精密加工,并使用白光干涉仪、测力仪和红外热像仪分别测量超精密车削过程中已加工表面的粗糙度Ra、切削力和切削温度。结果CsI晶体在压痕过程中主要发生塑性变形,且无明显的脆性裂纹,其(110)晶面的维氏硬度约为100 MPa。当应变率从6000 s^(–1)提高8000 s^(–1)时,晶体的屈服强度提高了7 MPa。在试验中,沿着270°方向车削,可以获得Ra为20 nm以下的表面粗糙度。沿着该方向使用10°前角的金刚石车刀、转速为2000 r/min、进给速度为4μm/r、切削深度为2μm时,可以获得最好的表面质量,平均表面粗糙度Ra为8.53 nm,最大表面粗糙度Ra为11.02 nm。结论CsI晶体具有较强的塑性,且硬度低,高应变率下,材料的强度和硬度明显提高。通过提高转速即切削速度,增大超精密车削过程中的材料应变率,改善了软塑性材料的可加工性,使CsI晶体的表面粗糙度降低了80%。结合优选的车削方向、刀具前角、进给速度和切削深度等其他车削参数,获得了Ra在10 nm以下的光滑表面。

摘要： 实际工程中,岩石往往是在冲击荷载作用下发生拉伸破坏,与其在静态荷载作用下展现的力学性质会有明显区别,因此有必要对岩石的动态拉伸力学性能展开研究。首先使用SHPB装置对花岗岩试件进行不同冲击速度下的巴西劈裂试验,研究了高应变率下花岗岩的动态抗拉强度、破坏模式及应力波形曲线。同时基于HJC损伤模型利用LS-DYNA软件对动态劈裂试验进行了数值模拟,并与相近冲击速度下的室内试验结果进行对比,验证了HJC模型对于动态劈裂试验的适用性。结果表明:随着冲击速度的增加,花岗岩动态抗拉强度逐渐增大并与应变率近似为线性相关,破坏裂纹由I型向Y型转变。波形曲线幅值均随应变率增大而增大,其中入、反射波形逐渐趋于矩形,透射波波形由“W”形向“V”形转变。数值模拟下曲线波形及幅值与试验结果近似,在较低和较高冲击速度下,动态抗拉强度差值小于10%。研究结果表明HJC模型对于花岗岩动态劈裂拉伸试验的模拟在较低和较高冲击速度下适用。研究结果可以为今后动态拉伸试验有限元分析的模型选择提供参考。

摘要： 受爆破开挖扰动影响,深部地下工程会处于“高地应力+动力扰动”的组合受力状态,了解此状态下的岩石力学性质和损伤规律对于地下工程施工具有重要的指导意义。以大红山铜矿某深部巷道为工程背景,对巷道内的大理岩试样开展了三维动静组合冲击试验,分析三维受力状态下大理岩的动态力学特性、能量分布特征以及损伤演化规律,结果表明:当轴压为14 MPa、围压为5 MPa、应变率为79.19~186.71 s^(-1)时,相对于单轴抗压强度,三维受力状态下的试样峰值应力可增大21.56%~135.42%;试样的能量吸收比与入射能呈线性相关,当能量吸收比为2.49 J/cm 3时,试样仅有少量裂纹贯通,未出现破碎;当能量吸收比为4.05 J/cm^(3)时,试样完全破碎;试样的损伤变量随应变呈指数增大,当超过峰值应变后,损伤变量快速增大。

摘要： 金属材料在冲击、爆炸等高应变率加载下的塑性流动行为具有不同于静载下的率-温耦合性和微观机制。航空航天、航海、能源开采、核工业、公共安全、灾害防治等方面的金属结构设计与性能评估需要进行大量的动载实验和数值模拟,建立准确的材料动态本构模型是结构数值模拟可靠性的基础和关键。本文中,总结了金属材料的率-温耦合变形行为及内在机理,回顾了金属动态本构关系研究的起源与发展脉络,分别针对唯象模型、具有物理基础的模型和人工神经网络模型进行了详细介绍和横向比较。唯象模型和人工神经网络模型分别因易应用和高预测精度而受到青睐,基于物理概念的宏观连续介质模型可以描述体现内部演化的真实物理量,从而涵盖更大的应变范围,更好地反映应变率、温度和应变的影响机制。

摘要： 采用激光冲击加载技术对粉末冶金烧结态钨和熔炼态钨进行超高应变率下的动态加载,利用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对冲击后的多晶钨进行损伤特征和微观组织表征,研究孔洞对冲击载荷下多晶钨的断裂失效行为和动态再结晶机制的影响。结果表明:在超高应变率下多晶钨的断裂失效模式仍以沿晶断裂为主,晶界孔洞和晶内孔洞均为动态加载下材料失效的起源。孔洞对冲击波的反射造成了在孔洞周围应力持续集中,位错大量形成并互相缠结,使得形变储存能迅速增加。在较高的冲击压强下,烧结态钨通过晶界弓出机制发生动态再结晶形核,冲击后存在大量的等轴状再结晶组织,并且由于冲击波随着深度的增加而衰减,再结晶程度随深度增加逐渐降低。

摘要： 通过MTS万能试验机和改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对纯铁DT8试样进行剪切试验。其应变率范围为3.30×10^(-3)~2.50×10^(5)s^(-1)。利用金相显微镜和扫描电镜(SEM)分析了变形区的金相组织和断口形貌。结果表明,应变率对纯铁的塑性变形和断裂行为有较大影响。在等温变形/断裂(ε·1.74×10^(5)s^(-1))阶段,断裂应变开始减小,发生较小的塑性应变便不久后在剪切面出现裂纹。断裂面出现了多层椭圆形韧窝的准解理断裂。

摘要： 高应变率下材料的动态力学性能一般采用分离式霍普金森压杆进行实验测量,但由于该类设备的操作危险性大,测试参数设置互相影响,实验经验对测试结果影响较大,学生学习和操作困难.该文所开发的虚拟仿真实验教学项目,可通过设置不同的测试参数,得到不同的实验结果和测试精度,甚至是失败的测试,从而帮助学生掌握和分析测量参数设置的规律,培养学生的实际操作能力.

摘要： 本文通过SHPB物理实验，证实了在高应变率下金属材料的塑性硬化模量和应变率敏感系数是维系其动态稳定的两个主要因素。特别是材料塑性硬化模量的大小在物理本质上表征的是对应力波载荷的传递能力。此值越大，靶板材料对弹丸动能的吸收能力也越大。拟合的Johnson Cook模型参数、数值计算结果及相关的微观分析支持了这个结论。延续上述思路所提出的用Johnson损伤数和硬化损伤数作为评定靶板材料抗弹能力的判据将会在工程中得到应用。

摘要： 高应变率服役环境下,不同微观组织的合金呈现出不同的绝热剪切失效规律,但现有试验条件难以直接观察到微观组织的演变过程;同时,当前的数值模拟方法仍主要以宏观连续均匀介质建模,尚未深入到微观组织层次再现绝热剪切带演变过程.为此,本文以高绝热剪切敏感性钛合金的微区组织为研究对象,提出了构建微区多相模型、确定微区失效判据函数、从宏观结构件提取微区载荷及边界条件等方法,实现了绝热剪切带演变过程的模拟,再现了绝热剪切带宽化、带内周期性高温区、裂纹萌生及扩展等过程.基于该方法,获得了不同组织类型、相比例、相尺寸、相分布等微观组织特征对绝热剪切变形的影响规律,为材料微观组织设计及组织调控提供了有力的技术支撑.

摘要： 利用新型的爆炸膨胀环实验技术开展了无氧铜试样环的高应变率拉伸加载实验研究，采用激光干涉测试技术获得了试样环拉伸变形过程的径向膨胀速度历史。基于经典JC模型进行了修改，提出了适合拉伸变形的JCT模型，利用实验数据拟合了模型参数，JCT模型对无氧铜试样环的高应变率拉伸变形过程可以较好地描述。

摘要： 本文主要对近年来国内外同行在高应变率本构研究方面，相关Taylor柱实验、扰动增长法实验和对本构模型校验、改进的研究进展进行分析、评述。

摘要： 采用分离式Hopkinson压杆(SHPB)加载装置,分别用200 mm和150 mm打击杆以28 m/s速度对Ti-6Al-4V合金帽形试样进行强迫剪切实验,利用OM、SEM、TEM等手段分析了强迫剪切条件下Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带演化特征和高应变率剪切变形条件下的失效模式.结果表明:在本文所述实验条件下,Ti-6Al-4V合金的绝热剪切带(ASB)表现为"白亮带";ASB的宽度随加载时间的延长而增加;ASB边缘的裂纹是由于ASB的变形与基体的不协调而产生,ASB中心部位的裂纹是由于非晶形成而后破碎导致.

摘要： 设计加工了一套动态压痕试验装置,包括TC4钛合金压杆与金刚石维氏压头.可向材料施加80μs脉冲宽度的动态压痕载荷,来研究冰糖和RDX炸药等准脆性单晶材料的高应变率响应.装置中引入了动量缓冲块,可以避免压杆造成的多次加载.用冰糖单晶作为模拟材料,用包含和不包含动量缓冲块的试验装置对冰糖单晶进行了多次与单次加载试验对比.用光学显微镜观察到了径向裂纹和侧边裂纹,其动态硬度值约为5.18MPa.RDX单晶试件发生断裂破碎,没有观察到明显的裂纹系统,动态硬度值大约为0.12t6MPa.

摘要： 为了研究冻土单轴加载下的冲击动态力学性质，采用分离式霍普金森压杆(SHPB)在-3～-28°C不同负温下对人工冻土进行了应变率范围800-1500s-1的冲击实验。获得了人工冻土在不同温度与不同应变率下的应力应变关系。发现人工冻土具有显著的应变率效应和温度效应，即冻土动强度随应变率增大和温度的降低而增大。单轴高应变率加载下，冻土没有明显的屈服现象，加载后试样完全破坏。

摘要： 从Johnson-Cook 冲击动态本构模型出发,根据土体材料不具备大变形与高温性质的特征,对原始模型中一些参数做了合理地改进,对Johnson-Cook 模型在土体材料的冲击动态性质中的具体应用进行了探索性的研究.通过理论结果和实验数据的对比分析发现,Johnson-Cook 模型能够表达应力骤升以及持续的高应力水平阶段,但不能够较好的模拟应力缓慢下降段;并进一步研究发现了对拟合结果影响较大的原因,确定出了决定曲线骤升和持续高应力水平阶段的具体项;发现具体的参数选取对拟合的结果有很大影响.

摘要： 从Johnson-Cook 冲击动态本构模型出发,根据土体材料不具备大变形与高温性质的特征,对原始模型中一些参数做了合理地改进,对Johnson-Cook 模型在土体材料的冲击动态性质中的具体应用进行了探索性的研究.通过理论结果和实验数据的对比分析发现,Johnson-Cook 模型能够表达应力骤升以及持续的高应力水平阶段,但不能够较好的模拟应力缓慢下降段;并进一步研究发现了对拟合结果影响较大的原因,确定出了决定曲线骤升和持续高应力水平阶段的具体项;发现具体的参数选取对拟合的结果有很大影响.

摘要： 从Johnson-Cook 冲击动态本构模型出发,根据土体材料不具备大变形与高温性质的特征,对原始模型中一些参数做了合理地改进,对Johnson-Cook 模型在土体材料的冲击动态性质中的具体应用进行了探索性的研究.通过理论结果和实验数据的对比分析发现,Johnson-Cook 模型能够表达应力骤升以及持续的高应力水平阶段,但不能够较好的模拟应力缓慢下降段;并进一步研究发现了对拟合结果影响较大的原因,确定出了决定曲线骤升和持续高应力水平阶段的具体项;发现具体的参数选取对拟合的结果有很大影响.

摘要： 本发明实施例是关于一种具有应变率敏感特性的高阻尼橡胶材料及其制备方法，将三元乙丙橡胶与白炭黑增强聚硼硅氧烷在密炼机中密炼，得到复合基体；向复合基体中依次加入阻尼助剂、氧化锌、加工助剂、防老剂，密炼均匀；继续加入炭黑N330、N550、增塑剂，密炼得到预成型体；向预成型体中加入促进剂和硫化剂，密炼得到待硫化体；进行硫化、成型。本发明实施例的目的在于提供了一种具有应变率敏感特性的高阻尼橡胶材料及其制备方法，通过调整配方解决改性橡胶的压缩变形能力，从而进一步提高共混橡胶的阻尼性能。

摘要： 本发明涉及一种测试材料拉伸/压缩高应变率力学性能的装置及测试方法，采用撞击杆直接撞击作用到应力波转接过渡杆件，然后加载压缩应力通过双侧压杆传递到拉伸入射杆端的梯型低弯矩应力转接头，这样对拉伸入射杆加一可控的拉伸应力波脉冲，进而对处在入射杆和透射杆之间连接的试样施加动态拉伸加载，完成对试样的动态拉伸性能测试。如果撞击杆直接撞击作用到透射杆(拉伸时为入射杆)，对处于两杆之间的压缩试样加载，就可以实现动态材料压缩性能测试，节省了庞大的占用面积同时，其结构简单方便可靠。

摘要： 本发明公开了一种快速获取钣金在高应变率下的应力应变数据的方法，通过钣金已知的低应变率下的应力应变数据即可快速计算得出高应变率下的应力应变数据，低应变率下的应力应变数据可通过普通拉伸测试设备测试得到，不要购置高速拉伸设备，也不需要重复多次测试，进而达到减少设备购置费用，减少实验测试的目的。

摘要： 本发明属于材料力学性能测试领域，公开了一种高温高应变率下钛合金材料应力应变曲线测试装置及方法，测试装置包括：能量模块、施力模块、变形模块、测量模块和处理模块；能量模块用于提供第一脉冲电流和第二脉冲电流；施力模块用于产生脉冲电磁力；变形模块用于在通入第一脉冲电流后对待测的钛合金试样进行预加热使其达到目标温度，并在脉冲电磁力的作用下使得待测的钛合金试样产生高速的拉伸变形；测量模块用于采集应变和速度数据以及温度数据；处理模块用于根据应变和速度数据以及温度数据获得高温高应变率下钛合金材料应力应变曲线。本发明可以直接获得真实的温度、应变率、应变和应力数据，测试准确度非常高。

摘要： 本发明涉及金属材料动态力学实验技术领域，公开了一种实现高塑性材料高应变率纯剪切的装置，包括第一组件、第二组件和第三组件；所述第二组件安装在分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)装置的透射杆上，所述第三组件与所述第二组件同轴连接，并位于SHPB设备的入射杆上；所述第一组件通过所述第二组件和第三组件进行夹紧，并与所述入射杆接触。本发明能够实现高塑性材料高应变速率纯剪切的实验研究，并通过高速摄像机拍摄剪切区域的变形过程，装置简单可靠且易于实现。

摘要： 本发明涉及硬脆材料加工，更具体的说是用于硬脆材料高应变率变形和损伤分析的冲击刻划装置，包括冲击刻划机构，所述冲击刻划机构包括冲击刻划轴移动台，以及转动连接在冲击刻划轴移动台内的冲击刻划主轴，以及通过冲击刻划主轴驱动实现转动的电机连接轴，以及固接在电机连接轴上的刻划支撑平台，以及固接在刻划支撑平台上的冲击刻划刀具安装底座，以及安装在安装底座上的金刚石冲击刻划刀具。还包括刻划基座、工件装夹机构和移动平台；冲击刻划机构通过移动平台驱动在刻划基座上实现左右移动，工件装夹机构通过移动平台驱动在刻划基座上实现前后移动。可以实现不同形状尺寸的硬脆材料快速装夹定位，输入刻划深度、刻划速度和刻划位置，进行不同参数多组冲击刻划实验。

摘要： 本发明公开了电解液、高应变率稀土镁合金的表面处理方法和表征方法，解决了现有技术中传统电解液不能对的高应变率稀土镁合金的表面进行有效处理从而影响表征效果的技术问题。电解液由无水乙醇、蒸馏水、正丁醇、硫氰酸钠、冰醋酸、柠檬酸和高氯酸构成。电解液的制备方法包括以下步骤：首先将无水乙醇、蒸馏水、正丁醇混合；然后加入柠檬酸；待柠檬酸完全溶解后，加入硫氰酸钠；待硫氰酸钠完全溶解后，加入冰醋酸；最后加入高氯酸。表面处理方法包括步骤：采用所述电解液对高应变率稀土镁合金进行电解。表征方法包括以下步骤：对电解后的高应变率稀土镁合金进行SEM和EBSD测试。

摘要： 本发明涉及一种高应变率纳米压痕测试装置及方法，包括激光聚焦器，朝向压痕机构，用于向压痕机构顶端发出短脉冲激光束并引发爆炸等离子体；压痕机构，包括位于外壳内部且沿垂直轴线运动的导杆，导杆首端连接压头，导杆尾端朝向激光聚焦器，产生的爆炸等离子体推动导杆及压头，压头压向载物台上承载的待测材料；载物台，位于压头下方空间，用于承载待测材料，待测材料接收压头的压力产生压痕。爆炸等离子推动导杆及压头压向待测材料的过程，能够模拟材料在受到爆炸、高速碰撞和动态断裂等高速加载影响下的动力学响应过程，从而实现对材料的高速加载，即高应变率下的动态性能测试。

摘要： 本发明公开了一种高应变率加载模式下材料瞬态位错密度的表征方法，其步骤包括：将单晶材料样品安装在高应变率动态加载装置的样品夹持区上；建立一时序控制系统并分别与高应变率动态加载装置、X射线衍射装置连接；时序控制系统包括两台数字延迟触发器、应变片、超动态应变仪与电磁阀；第一台数字延迟触发器分别连接并控制X射线衍射装置的电磁阀、白光快门；应变片粘贴在高应变率动态加载装置上，用于触发X射线衍射装置的X射线探测器；高应变率动态加载装置在电磁阀控制下发射投射物进而产生应力波，从而向单晶材料样品加载应力，X射线探测器进行曝光记录样品的瞬态衍射信号。数据分析单元根据瞬态衍射信号计算样品的位错密度。

摘要： 本发明公开了地下工程支护体系高应变率动力学试验与评价系统及方法，涉及地下工程安全评价技术领域，包括水平设置的冲击管，冲击管由导向支架支撑，冲击管底部开设有配合槽，以使试样端部固定器进入其中；冲击管一端依次设有反力支座和承载托盘，承载托盘连接气液复合油缸，气液复合油缸对承载托盘施加压力时对试样产生轴向拉力；冲击管另一端设置气缸，气缸连接撞击杆。本发明利用可实现施加预应力条件下的冲击拉伸高应变率动力测试系统，对地下工程支护体系进行高应变率动静耦合测试。