应变率效应

摘要： 钢筋混凝土(RC)结构在遭受火灾作用时,常会由于楼层坍塌而继发冲击作用,对楼板产生高温与冲击的耦合作用。该文同时考虑高温热力耦合效应和冲击荷载作用下的应变率效应,开展了高温下RC板抗冲击性能研究。通过分别将RC板抗火和抗冲击的试验结果与模拟结果进行对比,验证了该文所建立模型的正确性。分析获得了RC板在不同受火时间和不同能量冲击荷载作用下的动力响应,讨论了板厚和配筋率对高温下RC板抗冲击性能的影响。结果表明:火灾高温作用将显著影响RC板的抗冲击性能。随着受火时间的增加,RC板的冲切破坏损伤更加严重,RC板的跨中峰值位移也更大。板厚的增加能明显改善RC板的高温下的抗冲击性能,而配筋率的增加对RC板在高温下的抗冲击性能的影响有限。

摘要： 为研究斜井井筒采用冻结法施工穿过松软含水黏土层时,冻结壁失稳、冻结管破坏与黏土强度、黏土变形之间的关系,以黏土为试验对象,通过高压固结仪还原深部黏土受压变形过程,利用SHPB试验装置对无侧限、有侧限条件下的黏土试件进行不同应变率加载,借助高速摄影机拍摄黏土试件的变形破坏过程。研究结果表明:无侧限条件下,黏土试件变形大,被压成“薄饼状”,但仍具有一定的承载力,且存在透射信号差的问题;黏土试件以环刀作为侧限约束,环刀起到被动围压的作用,试件透射信号幅值明显增大,侧限条件下试件的峰值应力、应变与应变率呈正相关的关系;侧限条件下引入岩石类材料损伤变量D,通过分析损伤变量D随应变的演化规律,发现在相同应变比条件下,冲击速度越大,则D值越小,试件的压实程度越高;侧限条件下黏土具有明显的回弹现象,试件的回弹量随着平均应变率的增大而增大,黏土的回弹作用会对井筒、冻结管产生预压力,对其稳定性产生负面影响。

摘要： 混凝土材料的动态压缩强度不仅具有明显的应变率强化(硬化)效应,同时还具有明显的温度弱化(软化)效应。在应变率和温度联合条件下,压缩强度随应变率和温度变化过程中不仅存在清晰的应变率拐折点,拐折点前后压缩强度随应变率变化速率明显不同,而且在不同温度下发生拐折时,其拐折点对应的应变率也存在明显差异。参考近年来相关文献中混凝土材料在率温联合条件下的压缩实验数据,结合理论分析,探讨了在不同温度、不同应变率条件下混凝土材料压缩强度联合效应因子K的变化规律;并对实验数据进行拟合,得到了不同应变率、不同温度下K(T)-ε的预测表达式,确定了应变率强化和温度弱化对压缩强度的耦合影响;通过分析应变率拐折点与温度的关系,确定了应变率和温度联合条件下应变率敏感区和不敏感区的率温联合条件界限;建立了率温效应相当(K=1)时的率温等效方程,并确定了混凝土材料的率温等效参数。

摘要： 为了研究三友露天石灰石矿在开采过程中爆破引发的冲击载荷对于矿石力学特性的影响与破碎时能量的变化规律,采用SHPB实验系统对石灰石进行不同冲压气压下的冲击加载实验,分析了石灰石的动态强度及能量变化规律反映岩石内部裂纹的产生发育过程。经研究结果表明,应变率为26.25 s^(-1)时,岩石的动态抗压强度80.67 MPa,应变率增加至34.30 s^(-1)时,岩石的动态抗压强度98.00 MPa;动态抗压强度随应变率增加呈现出指数增加的趋势,且存在一个应变率分界值,在应变率小于29.00 s^(-1)时,石灰石的动态抗压强度增长缓慢,在当应变率大于29.00 s^(-1)时,石灰石的动态抗压强度快速增加;随着入射能的增加,吸收能与其成线性增加趋势,透射能与其成二次函数增加趋势;随着应变率的增加,岩石单位体积吸收能从0.24 J/cm^(3)增加到0.63 J/cm^(3),表明岩石在高应变率下破坏耗能更大。

摘要： 陶瓷材料动态力学性能与微观断裂机制研究,对冲击加载下材料的损伤机理认识至关重要。针对Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷,采用分离式霍普金森压杆装置完成对试样的一维应力波加载,回收破碎试样颗粒并进行扫描电子显微镜分析。结果表明:一维应力波加载试验实现了对试样的均匀加载,且随着应变率的增加,Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷的强度逐渐增大,具有正相关的应变率敏感性;受材料微观结构控制,Al_(2)O_(3)/SiC复合陶瓷的强度与致密化较高的Al_(2)O_(3)陶瓷(AD995、AD999等)强度较接近,强度随应变率变化趋势介于AD95陶瓷和致密化较高陶瓷之间;试样边侧受稀疏波的影响,存在大量沿晶断裂和少量穿晶断裂模式,且在穿晶断裂区域出现了剪应力引起的滑移线;试样内部碎片断裂表面较为光滑,更多的是穿晶断裂区域,只含有少量剪切滑移线,且在断裂核心区域的周围晶粒上并不存在微观解理断裂特征。

摘要： 针对提高混凝土梁抗冲击爆炸性能的起波配筋新技术,采用理论分析与动态冲击拉伸试验相结合的方法,揭示了起波钢筋的快速拉伸变形作用机理,分析了拉伸速度、起波矢高等因素对起波钢筋抗拉强度的影响规律,确定了起波钢筋静态弹性极限强度计算方法。提出了起波钢筋等效拉伸应变率新概念,建立了弹性极限强度动力放大系数(dynamic increase factors,DIF)计算模型。研究结果表明,预先弯折起波使得钢筋在受力拉直过程中产生截面弯矩,起波钢筋的力学性能存在明显的应变率效应;起波钢筋弹性抗拉极限强度DIF随起波矢高的增高先增大后减小,存在一个最优起波设计矢高,可以使起波钢筋抗拉强度动态放大系数达到最大。研究成果可为进一步推动起波配筋技术在防护工程中的应用提供依据。

摘要： 对于受轴向冲击载荷作用的薄壁圆管动态响应的相似律问题,由于圆管的薄壁特性导致厚度无法与高度和半径按相同的比例进行结构缩放,从而产生模型的几何畸变,此时传统的相似律已无法描述原型与畸变模型之间的动态响应规律。基于薄壁圆管轴向冲击问题的控制方程,通过能量守恒和量纲分析,推导了考虑几何畸变条件下轴向冲击载荷作用的理想弹塑性薄壁圆管动态响应的相似律。通过在给定应变与应变率区间上建立比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系,将几何畸变相似律进一步推广至包含应变率和应变硬化的材料。通过数值方法验证了提出的几何畸变模型相似律的适用性。分析结果表明,提出的考虑厚度畸变的受轴向冲击薄壁圆管的相似律可用于预测原型结构的冲击动态响应,并显著降低比例模型与原型结构平均载荷和能量的偏差。

摘要： 为得到颗粒尺寸对铝粉动态压缩响应的影响规律,基于分离式霍普金森压杆对3种不同尺寸颗粒的铝粉进行了不同应变率的加载,并采用红外测温系统测量了冲击压缩过程中铝粉试样的表面温度。应力应变结果表明:不同尺寸颗粒的铝粉对应变率的敏感程度不同,大颗粒试样对应变率效应不敏感,小颗粒试样的应变率效应明显。对比结果发现:粉体中颗粒越容易发生重排,加载速率对其影响就越大。加载试验后使用扫描电镜观察断口界面处的颗粒变形特点,发现颗粒较小的试样中颗粒变形较均匀,说明此试样受力相对均匀。红外测温结果表明,即使试样的加载历程相同,不同尺寸颗粒试样的温度变化不同;由颗粒间摩擦产生的内能沉积在颗粒表层,颗粒内外温度分布不均匀导致试样温度不同。

摘要： 利用再生粗骨料取代天然粗骨料制备再生混凝土,开展了单轴受压动态力学性能试验,研究了应变速率、再生骨料取代率对再生混凝土应力-应变曲线特征、弹性模量、抗压强度和峰值应变的影响.利用统计损伤模型分析了再生混凝土的细观损伤演化规律.结果表明:不同应变速率下再生混凝土的单轴压缩应力-应变全曲线具有相似性,随着应变速率的提高,其抗压强度、弹性模量呈增大趋势,峰值应变则逐渐减小;当取代率为100%时,再生混凝土表现出更显著的应变速率敏感特性;随着应变速率的提高,表征细观损伤非均质演化过程的特征参数呈现出明显规律性的变化,与微结构应变率效应机理、宏观非线性本构行为之间表现出良好的一致性.

摘要： 重组竹是一种新型竹基复合材料,其力学性能优于落叶松等木材。为评价重组竹在动态加载下的顺纹抗冲击力学性能,以密度1.06 g/cm^(3)、含水率8.52%、龄期3~5年的毛竹基重组竹为研究对象,通过准静态单轴压缩和循环加卸载以及动态加载实验,研究了重组竹加载变形过程、各项力学性能指标以及对应变率的敏感性。结果表明:重组竹顺纹压缩过程可以分为弹性变形和弹塑性变形阶段,破坏类型为延性破坏,其各项强度指标随应变率的提高而提高,动态增长因子与应变率之间呈现线性关系,斜率为0.0024;重组竹压缩过程中的应变比能与应变之间呈线性关系,且随应变率的增长而增大,证明其吸能能力随着应变率的增大而提高。实验结果证明,重组竹顺纹具有良好的抗冲击力学性能和显著的应变率效应。

摘要： 受材料率敏感性的影响,钢筋混凝土构件具有率敏感效应,其刚度、承载力在不同应变率水平下均有所不同.基于试验结果,考虑应变率效应对钢筋混凝土梁柱节点受力性能的影响,通过有限元分析软件ABAQUS,采用混凝土损伤塑性模型以及考虑强化的钢筋双折线模型,进行了不同加载速率下梁柱节点受力性能的有限元分析.分析结果表明:采用混凝土损伤塑性模型,可以有效地模拟钢筋混凝土梁柱节点在快速加载情况下的应变率效应,数值分析得到的梁端荷载-位移骨架曲线以及节点组合体快速加载情况下的承载力与试验结果基本吻合;快速加载下,受混凝土和钢筋率敏感性的影响,钢筋混凝土梁柱节点组合体的承载力得到提高;在屈服荷载之前,有限元分析得到的梁柱节点组合体刚度略高于试验值.

摘要： 采用闭孔泡沫陶瓷制作试件进行MTS试验和SHPB试验,考察了某型闭孔泡沫陶瓷材料的应变率效应,并分析了应变率和相对密度对其力学性能、吸能特性的影响.试验结果表明,应变率在10-2～104s-1范围内时试验所用闭孔泡沫陶瓷具有明显应变率效应,相同基体材料泡沫陶瓷的应变率效应与相对密度有关;应力-应变曲线表现出明显的弹性段、平台段和致密段三阶段特征,屈服应力与平台应力随相对密度的增加而增大;其他条件相同时泡沫陶瓷的理想吸能效率随密度的增加而提高,吸能效果显著.

摘要： 采用SHPB装置,在0.1MPa、0.3MPa以及0.6MPa三种气压下对不同钢纤维掺量的钢纤维混凝土试件进行动态冲击试验,得到不同应变率下的动态抗压强度,绘制各气压下的应力-应变关系曲线.试验结果表明:混凝土的抗压强度随着应变率的提高而增大;同时钢纤维能明显提高混凝土抗冲击性能;将钢纤维混凝土应用于变电站工程中,具有非常可观的技术优势以及经济效应.

摘要： 亚微米单晶柱在不同应变率加载时表现出不同的力学性能.试样的尺寸和加载应变率对亚微米单晶柱的塑性流动有较大的影响.本文借助离散位错动力学方法,系统性的研究了不同尺寸单晶柱在不同应变率加载时的力学行为.通过对模拟结果分析,可以得到在尺寸较小、应变率较高时,表面形核机制主导了试样的稳定塑性流动;而当试样尺寸较大、应变率较低时,试样内部的位错源能够稳定的存在,从而由内部稳定开动的单臂位错源或Frank-Read源主导塑性行为.

摘要： 铝锂合金材料具有应变率负效应,并且当应变率超过一定应变率时其应变率效应趋于一个恒定值,这种与传统金属材料不同的力学性能使得适用于大部分金属材料的Johnson-Cook本构模型并不适用于铝锂合金材料.本文在Johnson-Cook屈服准则的基础上对其应变率效应项进行修正,并依据实验数据得到更适用的温度软化相关项,提出了一种适用于铝锂合金材料的屈服准则,同时根据轻气炮的实验数据确定了铝锂合金材料是一种压力不相关的材料,从而得到了铝锂合金材料的动态本构新模型,并依据实验数据给出了本构模型中材料参数的值.

摘要： 本文以HSLA340高强度低合金钢板材为对象研究了应变率对塑性各向异性的影响.在三种不同应变率下(准静态以及两种不同中应变率),进行了七种不同材料方向拉伸试验.并从试验数据中提取出流动应力以及各向异性r值,用来描述材料的各向异性.结果表明,材料的各向异性随应变率增加而发生变化.为了表征这种应变率相关的各向异性行为,在每种应变率下,分别使用三种关联流动屈服准则模型(Hill48,Yld96,Yld2000)描述各向异性.虽然三种模型都不能很好的与试验数据相符,但是考虑到研究材料各向异性的复杂性,结果仍然可以接受.同时,也对三种模型的各向异性参数也进行了研究,结果表明这些参数也随应变率增加而发生改变.基于这一结果,尝试在各向异性参数中引入应变率相关项,以表征应变率相关的各向异性行为.最后,讨论了非关联流动的Yld96模型,即分别用流动应力和r值标定Yld96屈服函数.由于非关联流动模型引入了更多的待标定参数,因此表征精度有很大程度提高.

摘要： 作为锂离子电池的关键组成部分之一,隔膜的性能直接影响电池容量、循环寿命、安全等性能。本研究选用市场广泛使用的Celgard系列两种隔膜:Celgard2400(单层聚丙烯(PP)膜)和Celgard2340(PP/PE/PP三层复合膜)进行研究.首先,在不同应变率(0.01/s-50/s)下对材料的三个典型方向(0度、45度、90度)进行拉伸实验,并对有效模量、流动应力以及破坏应力应变进行了总结分析,发现隔膜具有各向异性以及存在显著的应变率效应.其次,用动态力学分析的方法对隔膜进行温度扫描,获得其存储模量、损耗模量、损耗因子并寻找玻璃态转变温度,发现高温下有效模量急剧下降.此外,还进行了频率扫描以及蠕变实验,初步实验探讨了隔膜的粘弹性。本研究为后续揭示锂电池隔膜物理机械和电化学行为之间的关系奠定基础。

摘要： 基于Alexander静态压溃模型和Cowper-Symonds经验方程,推导了含应变率效应的圆管动态平均压溃力预测公式,同时论述了它与Abramowicz提出的理论公式异同点;然后利用跌落塔装置对5种规格的Q235B直缝焊管进行冲击试验,将理论预测值与实测值进行对比.结果对照表明:基于Alexander模型推导出的动态平均压溃力预测公式与试验结果匹配的较好,而其余的则偏差较大.最后结合冲击试验结果,引入了不同的参数分别修正了平均压溃力和第一峰值压溃力理论预测公式,修正值均与试验值吻合良好,最大偏差不超过10％.

摘要： 对于提高车载动力电池碰撞安全性而言,研究电池单体在机械载荷下的响应以及探究电池短路机理具有极其重要的意义.本研究中,对电极、隔膜材料在不同材料方向上进行了准静态以及中应变率拉伸试验.所有的组分材料都显示出应变率相关性,其中隔膜材料具有显著的各向异性特征.对两种不同类型的软包电池分别利用钢质和塑料冲头进行了准静态穿刺试验,结果表明导电侵入物与电极之间的接触是造成电池短路的主要原因,而采用延伸率较大的隔膜能够有效阻断这类接触.动态穿刺试验则表明,软包电池在动态载荷下极易短路,而隔膜的应变率效应能够合理解释该现象.本研究突显了隔膜的机械性能对电池安全的重要性.本文在不同加载速度下开展了锉离子电池组分材料的拉伸实验以及软包电池单体的穿刺实验，获得了以下结论:电池隔膜材料具有显著的各向异性特征，并具有应变率相关性;导电侵入物与电极的接触是穿刺载荷下电池短路的主要原因;延伸率较大的隔膜可以提高机械滥用条件下电池的安全性;动态载荷下更易导致电池失效短路;本研究更完整详细的结果请查考文献.

摘要： 对常规的霍普金森压杆装置进行改进,使其可以应用于干性砂土试样的冲击试验.针对干砂开展冲击试验,得到应变率在102～103s-1范围内稳定的入射波、反射波和透射波的波形图,并且用橡胶膜作为波形整形器可以获得更明显的透射波信号.结果表明:在较高应变率荷载作用下干砂没有明显的应变率效应;对于等厚度砂土试样,应变率随着加载气压的增大而增大,且增大趋势明显;在同等加载条件下应变率随着砂土试样厚度的增大而减小.

摘要： 本发明涉及一种考虑应变率和含水率效应的蜂窝纸板包装优化设计方法。本发明提供了一种考虑应变率和含水率效应的蜂窝纸板包装优化设计方法，包括以下步骤：通过检测得到蜂窝纸板在物流过程中所需经历的环境温度T，环境相对湿度RH，根据蜂窝纸板的含水率m与环境温度T、环境相对湿度RH的关系式计算得到蜂窝纸板的含水率m；根据标准化蜂窝纸板单位体积内吸收的能量值的表达式计算得到标准化蜂窝纸板单位体积内吸收的能量值。本发明的有益效果是：可以基于压缩应变率和含水率来评估蜂窝纸板的能量吸收，有利于对蜂窝纸板进行优化设计。

摘要： 本发明公开了一种材料在高应变率状态下的力阻效应测量方法，用飞片打击垫片，静动态测阻仪得到被测材料在一个时间段内的电压信号，锰铜压阻应力仪得到被测材料在一个时间段内的电压信号，通过公式转换，即得到被测材料的电阻-时间关系曲线和压力-时间关系曲线，最后得到压力-电阻关系曲线，其优点是在外部环境载荷剧烈变化时，实现高应变率下对材料动态力阻效应的测量，得到高应变率状态下的材料压力-电阻之间的关系。

摘要： 本发明涉及一种考虑应变率和含水率效应的蜂窝纸板包装优化设计方法。本发明提供了一种考虑应变率和含水率效应的蜂窝纸板包装优化设计方法，包括以下步骤：通过检测得到蜂窝纸板在物流过程中所需经历的环境温度T，环境相对湿度RH，根据蜂窝纸板的含水率m与环境温度T、环境相对湿度RH的关系式计算得到蜂窝纸板的含水率m；根据标准化蜂窝纸板单位体积内吸收的能量值的表达式计算得到标准化蜂窝纸板单位体积内吸收的能量值。本发明的有益效果是：可以基于压缩应变率和含水率来评估蜂窝纸板的能量吸收，有利于对蜂窝纸板进行优化设计。

摘要： 本发明涉及考虑非线性和应变率效应的材料交互界面数值模拟方法。本发明包括：建立准静态荷载作用下材料交互界面切向粘结‑滑移及法向张开/压缩非线性的本构关系模型；在材料交互界面的切向及法向量化应变率效应及应变率非线性对准静态本构关系的增强作用；定义塑性损伤效应对材料交互界面切向及法向本构关系的影响；建立混合模态下材料交互界面的失效判断准则；根据前述步骤形成的材料交互界面本构关系，基于LS‑DYNA自定义材料模块定义Cohesive单元，用于材料交互界面的数值模拟。本发明能全面准确地描述材料交互界面在第I及第II模态下的力学性能，反映材料交互界面在应变率效应及非线性下的动力学性能，反映塑性损伤效应对材料交互界面性能的影响。

摘要： 本发明公开了一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法，利用海水集料混凝土的分离式Hopkinson压杆试验和相应的有限元分析模型，以实测的压杆试验入射波为有限元模型的输入应力波；选用扩展Drucker‑Prager模型作为海水集料混凝土基体的材料模型，不设定应变率效应，模拟单由侧向惯性约束效应引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；根据压杆试验得到的应变率效应、侧向惯性约束和端面摩擦引起的应变率效应，确定海水集料混凝土的真实应变率效应。本发明避免了设计复杂的试验将具有内壳体结构的海水集料混凝土真实应变率效应与侧向约束引起的应变率效应解耦，结果快速、准确，具有较好的实用价值。

摘要： 本发明涉及一种与缩尺效应和应变率效应相关的弹体侵彻深度预估计算方法，包括：获取弹体质量m、弹体直径D、靶体初始密度ρ、弹头形状因子N

摘要： 本发明涉及一种金属塑性变形应变率效应表征参数的测量方法。步骤为S1：打开SHPB装置电源，将实验工件放置在SHPB装置的入射杆和透射杆端面的正中间，将实验工件分别与入射杆、透射杆的接触端面进行固定；S2：对实验工件进行不同应变率下的SHPB实验；S3：将步骤S2得到的应力波曲线进行数据处理，得到不同冲击状态下的参数值；S4：根据获得的竖直做出应变率‑应力曲线，曲线上的拐点即为塑性变形机制发生改变的应变率数值；进行数值分析，经插值拟合，判断各阶段塑性变形控制机制，从而找到对应的衡量应变率效应的表征参数；S5：利用不同机制下的应变率敏感性表征参数的计算公式计算得到应变率敏感性表征参数。

摘要： 本发明涉及一种考虑应变率效应的本构曲线耦合外延方法，主要基于应变率敏感材料中普遍存在的材料主线现象。包括以下步骤：将工程应力－应变曲线转化为真实应力‑应变曲线，剔除颈缩后的无效数据；利用颈缩点处的材料数据标定应变率模型参数；以准静态下颈缩前的材料信息曲线为基准，拟合得到外延模型参数，输入到有限元软件中进行模拟，确定理想的材料曲线数据；利用归一化方法对加权结果进行处理，得到外延后的材料主线；对曲线进行拟合，得到能同时反映应变率效应和曲线外延的耦合模型。其有益效果为：可得到材料在高应变范围内的完备本构曲线，既包含了颈缩后的外延曲线段，又考虑了应变率效应以及应变、应变率的耦合。

摘要： 本发明涉及考虑非线性和应变率效应的材料交互界面数值模拟方法。本发明包括：建立准静态荷载作用下材料交互界面切向粘结‑滑移及法向张开/压缩非线性的本构关系模型；在材料交互界面的切向及法向量化应变率效应及应变率非线性对准静态本构关系的增强作用；定义塑性损伤效应对材料交互界面切向及法向本构关系的影响；建立混合模态下材料交互界面的失效判断准则；根据前述步骤形成的材料交互界面本构关系，基于LS‑DYNA自定义材料模块定义Cohesive单元，用于材料交互界面的数值模拟。本发明能全面准确地描述材料交互界面在第I及第II模态下的力学性能，反映材料交互界面在应变率效应及非线性下的动力学性能，反映塑性损伤效应对材料交互界面性能的影响。

摘要： 本发明公开了一种确定海水集料混凝土真实应变率效应计算机动态仿真方法，利用海水集料混凝土的分离式Hopkinson压杆试验和相应的有限元分析模型，以实测的压杆试验入射波为有限元模型的输入应力波；选用扩展Drucker‑Prager模型作为海水集料混凝土基体的材料模型，不设定应变率效应，模拟单由侧向惯性约束效应引起的高应变率下海水集料混凝土强度增长；根据压杆试验得到的应变率效应、侧向惯性约束和端面摩擦引起的应变率效应，确定海水集料混凝土的真实应变率效应。本发明避免了设计复杂的试验将具有内壳体结构的海水集料混凝土真实应变率效应与侧向约束引起的应变率效应解耦，结果快速、准确，具有较好的实用价值。