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42 篇 专利
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6 篇 应变率
6 篇 力学性能
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2 篇 东南大学
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2 篇 中铁三局集团第二...
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作者

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4 篇 刘福东
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3 篇 聂海亮
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语言

105 篇 中文

检索条件"主题词=分离式霍普金森杆"

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不饱和聚酯聚合物混凝土静动态力学性能研究及工程应用

不饱和聚酯聚合物混凝土静动态力学性能研究及工程应用

引用

作者：陈德广东工业大学

学位级别：硕士

随着我国经济快速发展,公路交通运输量急剧增加,道路路面快速修复的需求日益增强,对超早强混凝土的需求逐年增长。基于前人研究成果,本文从实际需求出发,提出一种能满足公路应急修补施工要求的不饱和聚酯聚合物混凝土(Unsaturated Polye... 详细信息

随着我国经济快速发展,公路交通运输量急剧增加,道路路面快速修复的需求日益增强,对超早强混凝土的需求逐年增长。基于前人研究成果,本文从实际需求出发,提出一种能满足公路应急修补施工要求的不饱和聚酯聚合物混凝土(Unsaturated Polyester Polymer Concrete,简称UPPC)和钢纤维不饱和聚酯聚合物混凝土(Steel Fiber Unsaturated Polyester Polymer Concrete,简称SF-UPPC),研究其静动态力学性能,并优化修补工艺。本文首先阐述了课题的研究意义,综述了高性能修复材料的研究现状,介绍了材料动态性能测试技术,优化了UPPC配合比,开展了UPPC和SF-UPPC的静动态实验和现场修补实验。本文通过均匀性实验、正交实验和级配实验,对常温、免振捣条件下,6小时立方体抗压强度超过30MPa的UPPC进行了一系列配合比优化研究,得到了最优配合比。进行了不同钢纤维含量的SF-UPPC的实验研究,研究结果表明,随着钢纤维含量的增加,该混凝土的工作性能变差,钢纤维体积含量不宜超过1.5%。本文利用MATEST压力机分别对6小时、3天、7天和28天这4种不同养护龄期的UPPC和28天养护龄期的SF-UPPC进行了准静态压缩、劈裂拉伸和单轴压缩实验。结果表明,UPPC具有较高的早期强度,养护6小时的立方体试样的压缩强度和劈裂拉伸强度分别达到40MPa和6.5MPa,为28天强度的50%～60%,而弹性模量仅为普通水泥混凝土的一半;随着钢纤维含量的增加,该混凝土的抗压强度和劈裂拉伸强度均增大,但是弹性模量变化不大;拟合得到了适用于UPPC和SF-UPPC的修正唯象本构方程,并进行了误差分析,分析结果表明相对误差小于5%,能准确描述材料属性。本文利用分离式霍普金森压杆设备对6小时、3天、7天和28天这4种不同养护龄期的UPPC和28天养护龄期的SF-UPPC进行了动态压缩和劈裂拉伸试验研究。实验结果表明,该混凝土是一种应变率敏感材料,随着加载应变率的提高,该混凝土的动态强度也增加;随着养护龄期的增长,应变率敏感性降低;随着钢纤维的掺入,该混凝土的应变率敏感性也急剧降低。研究结果发现欧洲规范中的普通水泥混凝土应变率效应方程不适用于UPPC和SF-UPPC,因此进行经验公式参数修正,得到了适用于本研究的修正经验公式。本文开展了多次现场修补实验,实验结果表明,UPPC的早强性能可以满足应急修补,可以在6小时养护时间内放开封闭的交通;UPPC的收缩较大,是影响修补后耐久性能的主要因素,其收缩主要集中在材料硬化过程中的化学收缩,可以采用后浇筑的方式来削弱收缩带来的负面效果;SF0.5-UPPC的适用性比较好,有更好的阻裂性能,在相同条件下,SF0.5-UPPC比UPPC的耐久性好。

关键词：不饱和聚酯树脂龄期单轴压缩本构关系分离式霍普金森杆应变率效应

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不同温度下重组竹静态与动态力学性能试验研究

不同温度下重组竹静态与动态力学性能试验研究

引用

作者：周文敏湖南大学

学位级别：硕士

重组竹是一种基于疏解竹束胶合而成的单向纤维复合工程竹材,具有突出的强度和耐候性,在现代竹结构以及竹木复合结构中具有良好的应用前景。目前,重组竹的研究主要集中在常温下的静态力学性能,而竹结构建筑物在其使用周期内,除了受到静... 详细信息

重组竹是一种基于疏解竹束胶合而成的单向纤维复合工程竹材,具有突出的强度和耐候性,在现代竹结构以及竹木复合结构中具有良好的应用前景。目前,重组竹的研究主要集中在常温下的静态力学性能,而竹结构建筑物在其使用周期内,除了受到静态荷载的作用外,还将不可避免受到振动、冲击等荷载的作用。此外,重组竹中的胶粘剂,其力学性能对温度,尤其是高温较为敏感。因此,掌握重组竹在高温下、以及动态荷载作用下的力学性能,对于保证竹结构的安全具有重要意义,而目前这方面的研究基本处于空白。本文选择两种表观密度分别为1100kg/m3(D1)和1300kg/m3(D2)两种重组竹,以受力方向、应变率和温度为试验参数,开展不同温度下的静态力学性能与动态力学性能试验,并对试验结果进行分析,获得的主要研究成果如下:(1)完成了 32组试件在4个温度水平下的静态力学性能试验,具体包括棱柱体与圆柱抗压试验、抗拉试验、抗剪试验和抗弯试验。结果表明:相比与其他工程竹材与工程木材,重组竹的顺纹抗拉和顺纹抗压强度突出,且试验数据具有较好的可重复性;重组竹的抗压破坏具有一定的延性特征,而其抗拉、抗弯和抗剪破坏脆性特征显著;受力方向对重组竹的静态抗压强度有显著影响,而对抗剪强度的影响不大。(2)采用自制的恒温设备与霍普金森杆(SHPB)实验装置配套使用,完成了 96组重组竹试件在不同温度和应变率下的冲击试验。试验发现:两种重组竹试块均表现出显著的应变率效应,试验应变率值越大,其抗压强度值越大;基于静态试验结果,对重组竹抗压强度的动态增强系数(DIF)进行了分析,结果显示DIF与应变率基本呈现线性关系;并且材料达到线性增长与非线性增长阶段分界点的临界应力应变值后,材料单位体积能量吸收密度随着应变率的增加而不断提高。(3)重组竹在高温下的SHPB试验结果显示,重组竹的冲击性能有明显的温度效应。在同一应变率下,试验温度越高,重组竹的强度降低幅度越显著,对应的DIF值一般越大,表面升温对于重组竹力学性能有明显的劣化作用;此外,温度与应变率也具有耦合效应,在不同的温度水平下,重组竹的应变率效应有一定差异,温度升高增大了重组的应变率效应。(4)表观密度与受力方向对重组竹的动态冲击力学性能也具有一定影响。一般而言,表观密度高的D2型重组竹材,其应变率效应以及温度效应均小于表观密度低的D1型重组竹材;在冲击荷载作用下,重组竹顺纹方向抗压强度均高于其横纹方向,且顺纹方向的应变率效应与温度效应也小于其横纹方向。

关键词：重组竹材分离式霍普金森杆动态力学性能高温抗压强度

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高低温环境下混凝土材料动态力学性能实验研究

高低温环境下混凝土材料动态力学性能实验研究

引用

作者：张传山北京理工大学

学位级别：硕士

混凝土结构广泛应用于民用和军事工程。当受到爆炸或冲击载荷时,混凝土结构具有优良的保护特性。混凝土材料的动力特性对于混凝土结构在冲击荷载作用下的安全性、可靠性研究和设计是非常重要的。虽然人们对室温下混凝土材料的静、动态... 详细信息

混凝土结构广泛应用于民用和军事工程。当受到爆炸或冲击载荷时,混凝土结构具有优良的保护特性。混凝土材料的动力特性对于混凝土结构在冲击荷载作用下的安全性、可靠性研究和设计是非常重要的。虽然人们对室温下混凝土材料的静、动态力学性能进行了大量研究,但其在低温和高温下的动态力学性能仍不十分清楚。本文对高低温环境下混凝土材料的静、动态压缩与拉伸力学性能进行了实验研究。进行高低温环境下混凝土的实验研究,需要设计和制作与实验平台相配套的高低温加载系统。运用配有高低温加载系统的万能材料试验机与分离式霍普金森杆实验平台对混凝土进行-70℃?600℃温度范围内的压缩和拉伸实验研究,得到了混凝土材料在不同条件下的应力-应变关系。实验结果表明:混凝土材料在压缩和拉伸两种加载方式的实验中都表现出了明显的应变率效应与温度效应。混凝土材料的动态抗压强度与动态抗拉强度都随着应变率的增加而提高,随着温度的降低而提高。通过实验数据得到混凝土抗拉和抗压强度与应变率的敏感度随温度的升高而增大。通过高低温环境下的准静态压缩实验数据发现,在0℃附近混凝土峰值应力对应的应变存在有一个极小值。高低温环境下混凝土的动态压缩破坏形态有很大的差异,低温工况下的破坏形态表现出了大块状,且破坏的碎块有较尖锐的棱边,而高温工况下的破坏形态则表现出粉末化,且破坏的小块材料的棱边比较钝化。最后在已有实验数据的基础上提出了高低温下的混凝土单轴动态失效强度模型,并运用试验数据对修正后的模型进行验证。本课题的研究内容对民用和军事工程混凝土结构在高低温度环境下受冲击载荷作用的力学性能的研究和设计具有重要指导价值。

关键词：混凝土动态加载分离式霍普金森杆高低温加载设备压缩和拉伸

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挤压态Mg-1Zn-2Y镁合金高应变率变形行为

挤压态Mg-1Zn-2Y镁合金高应变率变形行为

引用

作者：尹彤梅沈阳工业大学

学位级别：硕士

镁合金在地面交通、航空、航天等工程领域有着广泛的应用,但目前针对镁合金在高温高应变率下动态压缩力学行为的研究还不是很多,大多数的研究主要是针对高温低应变速率条件。可是,在一些诸如厂房爆炸、爆恐袭击、突发性火灾等场合,金属... 详细信息

镁合金在地面交通、航空、航天等工程领域有着广泛的应用,但目前针对镁合金在高温高应变率下动态压缩力学行为的研究还不是很多,大多数的研究主要是针对高温低应变速率条件。可是,在一些诸如厂房爆炸、爆恐袭击、突发性火灾等场合,金属材料有可能受到高温高应变率条件下的冲击载荷,所以不同温度下高应变率动态力学性能的研究极为重要。为此,本文采用分离式霍普金森压杆对Mg-1Zn-2Y镁合金的室温及高温高应变率力学行为,及其变形与失效机制进行了深入的研究。本文分别对温度为室温、100℃、150℃、200℃加载方向为ED和ERD的挤压态Mg-1Zn-2Y镁合金进行了高速冲击压缩试验,应变率范围为1290-3047s-1;分别使用光学显微镜（OM）和扫描电镜（SEM）对材料在变形前和变形后的金相组织进行了分析;使用χ-ray对合金的织构进行分析;使用扫描电镜（SEM）对冲击试验后的断口进行分析。据此,探讨了Mg-1Zn-2Y镁合金的变形及断裂机制。本文实验结果表明:室温时,Mg-1Zn-2Y镁合金挤压态试样在ED及ERD方向都发生了屈服（ERD方向屈服点不明显）。室温时,ED方向试样体现出正的应变率强化效应,ERD方向试样只在1290-1552s-1范围内为正的应变率强化效应,在1552-2602s-1应力对应变速率的变化不敏感,沿ERD方向压缩的应变率敏感性低于ED方向。相比而言,ED方向的屈服强度较ERD方向低,应变率强化效应比ERD方向更为显著,断裂强度较ERD试样高,但其断裂应变较ERD方向低。此外,ED方向真应力应变-曲线先下凹再上凸,ERD方向则没有拐点,曲线上凸。高温下Mg-1Zn-2Y镁合金挤压态试样的屈服强度对应变速率的变化不敏感。相比而言,ED方向的塑性会更好一些,ED方向的冲击吸收功大于ERD,表现出较为稳定的应变率强化效应,但ERD方向的应变率强化效应和绝热剪切敏感性大于ED方向。无论在室温还是高温下,Mg-1Zn-2Y镁合金挤压态试样沿ED方向进行压缩时的流变应力要高一些,这与织构有关,室温及100℃时高应变率冲击下的Mg-1Zn-2Y镁合金的断裂为韧脆共存的断裂特征,为解理断裂,不同加载方向解理断裂程度不同。

关键词： Mg-1Zn-2Y镁合金分离式霍普金森杆高应变速率动态力学性能失效机制

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异种金属焊缝区断裂力学研究

异种金属焊缝区断裂力学研究

引用

作者：王标哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

核能作为一种清洁能源,在国家节能减排政策中做出了重要的贡献。由于核电站压水堆一回路主管道中存在着很多异种金属焊接接头,而且其管道内部的环境往往是高温高压状态,在服役期间不可避免会受到不同种动态载荷的作用,因此焊接缺陷和微... 详细信息

核能作为一种清洁能源,在国家节能减排政策中做出了重要的贡献。由于核电站压水堆一回路主管道中存在着很多异种金属焊接接头,而且其管道内部的环境往往是高温高压状态,在服役期间不可避免会受到不同种动态载荷的作用,因此焊接缺陷和微裂纹的存在会使得其在服役温度以及在动态载荷作用下很容易发生断裂。在动态载荷作用下,管道异种金属焊缝区往往会发生较为严重甚至灾难性的事故。因此,研究异种金属焊接区在服役温度下的裂纹扩展问题以及在动态载荷作用下的断裂研究在工程上意义重大。本文以核电站压力容器安全端F316L奥氏体不锈钢与接管SA508铁素体低合金钢及其镍基合金Alloy52M焊接填充区域为研究对象,开展焊缝区金属准静态裂纹扩展路径仿真模拟、母材及焊缝区金属的分离式霍普金森杆动态断裂试验研究和三点弯曲试样的动态断裂仿真方法研究。主要研究内容如下: (1)研究常温及压力容器管道服役温度对焊缝区金属准静态裂纹扩展行为。首先开展常温及高温下的单轴拉伸试验、热膨胀系数测试试验,测定F316L奥氏体不锈钢和SA508铁素体不锈钢两种母材以及二者之间的镍基合金Alloy52M焊缝填充金属的力学性能,为后续仿真过程提供材料参数支持。利用细化裂纹尖端网格的扩展有限元方法,对材料中的位移场、应变场和应力场进行计算,结合考虑热载荷作用的相互作用积分进行应力强度因子的求解,并利用最大周向应力准则进行准静态裂纹扩展的研究。 (2)建立焊缝区三点弯曲动态断裂试验方法,研究焊缝区不同区域材料对加载速率的敏感性。依据分离式霍普金森压杆试验的基本原理,设计加工三点弯曲动态断裂试验设备。对应力波整形技术的效果进行研究,开展母材及焊缝区金属动态断裂试验,以此获得试样的载荷时程曲线以及起裂时间,为后续动态断裂仿真提供输入参数。 (3)建立焊缝区金属三点弯曲动态断裂仿真方法,研究加载速率对焊缝区不同区域动态断裂韧性的影响。结合纽马克时间积分,对动态过程进行迭代求解,然后以考虑动态载荷惯性效应对非均匀材料和含界面材料均具有积分区域无关性的动态相互作用积分方法为基础,建立三点弯曲试样动态断裂仿真方法,根据焊缝区金属材料参数以及获得的三点弯曲试样的载荷时程曲线,进行不同区域下材料的动态断裂仿真模拟,给出裂纹尖端应力强度因子响应曲线,根据试验测得的起裂时间确定材料不同区域在不同加载速度下的动态断裂韧性,并考虑塑性区的影响对计算结果进行修正。并与工程实际中采用的简化方法进行对比。

关键词：异种金属焊缝区相互作用积分服役温度分离式霍普金森杆动态断裂韧性

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水滑石/碳纳米管混凝土力学性能与本构方程

水滑石/碳纳米管混凝土力学性能与本构方程

引用

作者：许欣南华大学

学位级别：硕士

在海洋、盐沼和工业污水等服役环境下,混凝土构件的耐久性较差,未达到构件设计寿命时便产生破坏的现象非常普遍。这不仅造成了巨大的经济损失,发生严重事故时甚至会造成人员伤亡。因此延长混凝土材料在复杂工况下的使用寿命,研究混凝土... 详细信息

在海洋、盐沼和工业污水等服役环境下,混凝土构件的耐久性较差,未达到构件设计寿命时便产生破坏的现象非常普遍。这不仅造成了巨大的经济损失,发生严重事故时甚至会造成人员伤亡。因此延长混凝土材料在复杂工况下的使用寿命,研究混凝土材料的耐久性,在实际工程应用中显得尤为重要。另外,混凝土构件还具有脆性大,抗拉强度低等特点,在服役环境下极易产生裂缝或开裂,为了提高混凝土抗开裂性能,减少混凝土结构损伤带来的危害,研发适用于复杂工况的高性能混凝土势在必行。近年,纳米材料凭借其出色的物理化学性能,在诸多领域得到了广泛的应用。纳米材料应用于水泥基材料中能极大地改善水泥基材料的各项性能。研究发现,纳米材料能够改善混凝土材料的微观结构,从而提高材料的力学性能。本文结合水滑石（LDHs）和碳纳米管（CNTs）各自的优良特性,研发一种新型钴铁镁铝四元水滑石-碳纳米管（CoFeMgAl-LDHs/CNTs）复合材料。将LDHs/CNTs掺入混凝土中,探究其对混凝土材料力学性能的影响。基于混凝土的静态压缩试验与动态冲击试验,对掺LDHs/CNTs混凝土的力学性能进行研究。基于力学试验得出的应力-应变曲线,对LDHs/CNTs混凝土的静态与动态本构方程进行研究。提出了一种适用于LDHs/CNTs混凝土的动态损伤本构方程,并基于动态冲击实测曲线得出本构方程相关参数。研究复合材料混凝土的力学性能与本构方程,不仅能够加深人们对其力学性能的理解,而且对于实际工程情况具有重要意义。本文主要研究内容包括:（1）采用共沉淀法制备CoFeMgAl-LDHs,制得的晶体生长情况良好;采用机械法制备CoFeMgAl-LDHs与多壁CNTs（MWCNTs）形成的LDHs/CNTs复合材料,制得的晶体电镜扫描图像呈三维蜂窝纳米结构。与CoFeMgAl-LDHs相比,加入MWCNTs的LDHs/CNTs复合材料拥有更大的孔容、孔径与比表面积:孔容为0.699cm3/g,孔径为12.106nm,比表面积为230.425m2/g。（2）制备两批不同强度（C30和C40）的复合材料混凝土试件,同一强度等级下设计不同掺量（0.25%和0.5%）的两种复合材料（LDHs和LDHs/CNTs）掺入混凝土试件中作为对照组进行试验。研究了不同条件下,LDHs和LDHs/CNTs对混凝土试件力学性能的影响。研究结果表明:在试验范围内,混凝土试件的抗压强度与压缩韧性均随着LDHs/CNTs的掺量增大而提高。掺入合适的复合材料能够有效提高混凝土试件的力学性能。（3）利用电液伺服万能试验机对C30和C40复合材料混凝土试件进行了准静态试验,得到了试件的静压应力—应变曲线,并根据试件的破坏形态进行了分析。（4）利用SHPB试验装置对C30和C40复合材料混凝土试件进行了应变率量级为10～2s-1的动态冲击试验,得到了试件的动态应力—应变曲线。研究了LDHs和LDHs/CNTs对混凝土试件的动态极限应变、动态抗压强度、动态应力—应变曲线等动态力学参数的影响,并比较了C30和C40复合材料混凝土试件的动态力学响应的差别。（5）根据静力试验所得应力-应变曲线,选取过镇海提出的本构方程进行数值拟合;根据动力试验所得应力-应变曲线,基于试验数据对ZWT本构方程进行一定的改进,得到适用于LDHs/CNTs复合材料混凝土的动态本构方程。

关键词：水滑石/碳纳米管混凝土分离式霍普金森杆力学性能本构方程

来源：评论

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国产PMI泡沫的动静态力学性能与变形机理研究

国产PMI泡沫的动静态力学性能与变形机理研究

引用

作者：刘子健西南交通大学

学位级别：硕士

聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫塑料是具有代表性的聚合物泡沫,是目前比刚度和比强度最高的多孔材料。PMI泡沫因其优异的力学性能在航空航天领域具有广泛的应用价值和前景,研究PMI泡沫的力学性能及其微观变形机理对装备... 详细信息

聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫塑料是具有代表性的聚合物泡沫,是目前比刚度和比强度最高的多孔材料。PMI泡沫因其优异的力学性能在航空航天领域具有广泛的应用价值和前景,研究PMI泡沫的力学性能及其微观变形机理对装备服役安全性评估以及后续的材料或结构优化设计有重要意义。在服役过程中PMI泡沫常常会受到不同速率的载荷加载,其动态加载下的力学性能鲜有报道,PMI泡沫的应变率效应也存在争议。并且,动态加载下PMI泡沫的微观变形机理也仍需探究。本文针对不同密度国产PMI泡沫动静态下的宏观力学性能和动态加载下的微观变形机理展开研究,利用扫描电子显微镜和CT(X-ray Computed Tomography)技术对PMI泡沫的胞元形貌进行表征。利用材料试验机和针对软材料特制的分离式霍普金森压杆对PMI泡沫进行了在宽应变率加载下的力学响应实验。利用高速摄影成像结合数字体图像相关技术分析了PMI泡沫的动态压缩过程,利用回收CT实验对高应变率加载后冻结应变的PMI泡沫进行回收表征,研究其在动态加载下的变形机理。不同密度的PMI泡沫在宽应变率下的宏观应力-应变曲线表明,PMI泡沫具有温和的应变率效应,不同密度下的应变率指数相差不大,220 kg m的泡沫应变率效应更明显。基于PMI泡沫宏观力学性能提出了强度-密度拟合曲线,可以预测PMI泡沫在不同密度下的强度大小。高速摄影、数字体图像相关技术和回收CT实验结果表明,PMI泡沫在动态下的变形模式是以变形带为主,与准静态没有本质区别。胞壁先产生弹性屈曲,进而胞壁曲折引起胞元坍塌形成变形带,变形带一般是在加载方向上泡沫的端部开始产生,逐渐扩张进而向中部扩散,高密度PMI泡沫在高应变率加载下具有脆化现象。

关键词： PMI泡沫分离式霍普金森杆 X射线断层扫描成像应变率效应变形机理

来源：评论

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6005A-T6铝合金的冲击动态拉压力学行为及本构模型研究

6005A-T6铝合金的冲击动态拉压力学行为及本构模型研究

引用

作者：盖凌锋西南交通大学

学位级别：硕士

6005A-T6铝合金以其优异的比强度和力学性能,在航空航天、国防、军事、交通等领域得到广泛应用。作为典型的Al-Mg-Si系中强度铝合金,除了具有较高的比强度和优良的塑性外,还具有可热处理和良好的挤压特性等优势,因此在日常生活的应用越... 详细信息

6005A-T6铝合金以其优异的比强度和力学性能,在航空航天、国防、军事、交通等领域得到广泛应用。作为典型的Al-Mg-Si系中强度铝合金,除了具有较高的比强度和优良的塑性外,还具有可热处理和良好的挤压特性等优势,因此在日常生活的应用越来越多样化,如高速列车和家用汽车的车身、车体及内部零件等型材结构,铝合金管道、塔架等。在材料的服役期间,难免会受到高应变率载荷的作用,对结构的安全性带来挑战。因此,对6005A-T6铝合金在复杂应力条件和高应变率载荷下的动态力学行为进行系统的研究是必要的。本研究采用RPL-100试验机、霍普金森压杆和霍普金森拉杆设备对6005A-T6铝合金进行了宽应变率载荷范围(0.0002 s-1～2100 s-1)内的拉伸、压缩实验,并对实验所得的真实应力-应变关系和加载后的试件宏观形貌进行了分析研究。结果显示,在准静态拉、压加载下,6005A-T6铝合金表现出较好的韧性,应变率效应不明显;而在冲击动态拉、压加载下,材料都表现出较为明显的应变硬化效应和应变率强化效应。材料在压缩载荷作用下未出现宏观损伤和破坏,而在拉伸载荷作用下,材料在达到抗拉极限后迅速颈缩断裂,断口宏观形貌表现为典型的韧性断裂,同时最大应变较准静态拉伸时有所下降。此外,在高应变率加载时,载荷作用时间很短,材料的塑性变形功转化为了热量,引起了绝热温升,导致了材料的热软化。应变率的升高会引起位错密度的骤增,导致位错间的相互作用以及位错与第二相粒子间的相互作用加剧,阻碍位错继续运动,位错克服障碍需要更高的能量,宏观表现为流变应力随应变率的增加而提高。基于6005A-T6铝合金准静态和冲击动态压缩实验结果,本研究对Johnson-Cook本构模型进行改进,引入Cowper-Symonds本构模型中幂律形式的应变率效应,并考虑了材料的应变率强化效应和热软化效应。将改进的模型计算结果与实验结果进行对比,发现改进的Johnson-Cook本构模型能较好描述高应变率下6005A-T6铝合金的冲击动态力学行为。为了将改进的模型应用于数值模拟,采用Fortran编程语言编写了ABAQUS/Explicit显式动力学分析模块能够识别的VUMAT用户自定义材料子程序。子程序的编写算法采用弹性预测-径向返回非迭代算法,并利用ABAQUS有限元软件构建简易模型验证了算法的有效性。利用改进的Johnson-Cook本构模型对6005A-T6铝合金的冲击动态压缩过程展开了系统的数值模拟研究,并将模拟结果与实验结果进行分析对比,进一步验证了本构模型的合理性和适用性。基于6005A-T6铝合金的准静态和动态拉伸实验结果,综合考虑了位错运动机制、位错密度演化、绝热温升和拉伸过程中的损伤演化,建立了一个基于位错运动热激活机制的动态本构模型。通过将本构模型的计算结果与实验结果进行对比,发现该模型可以有效地描述6005A-T6铝合金的冲击动态拉伸力学行为。

关键词： 6005A-T6铝合金高应变率分离式霍普金森杆本构模型数值模拟

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挤压态Mg-3Zn-1Y镁合金碰撞性研究

挤压态Mg-3Zn-1Y镁合金碰撞性研究

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作者：李旭东沈阳工业大学

学位级别：硕士

作为最轻的工程结构材料,镁合金具有较高的比强度和比刚度,较好的电磁屏蔽和阻尼性能等诸多优点,在航空、航天,汽车以及电子产品等领域获得了广泛的应用。但是,由于镁合金的强度相对较低,限制了其在受力结构件上的应用。Mg-Zn-Y系稀土... 详细信息

作为最轻的工程结构材料,镁合金具有较高的比强度和比刚度,较好的电磁屏蔽和阻尼性能等诸多优点,在航空、航天,汽车以及电子产品等领域获得了广泛的应用。但是,由于镁合金的强度相对较低,限制了其在受力结构件上的应用。Mg-Zn-Y系稀土镁合金由于其比较丰富的强化相信息以及较高的性能,成为目前稀土镁合金的研究热点。本文以Mg-3Zn-1Y镁合金为研究对象,使用X-ray分析宏观织构,后采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）设备对Mg-3Zn-1Y挤压棒材不同方向试样进行了高速冲击实验。使用AXIOHAL-100型蔡司显微镜观察试样变形之后的显微组织。结合显微组织分析不同受力状态下的变形机制,研究不同受力方向、应变速率、变形温度对Mg-3Zn-1Y镁合金碰撞性的影响。以期为Mg-Zn-Y系镁合金在汽车、航天航空等领域的耐冲击场合使用时提供设计依据。高速冲击实验的加载方向为挤压方向和挤压横向,应变速率在849s-1-2915s-1,变形温度为室温至300℃。实验结果表明:室温下Mg-3Zn-1Y镁合金挤压棒材挤压方向和挤压横向试样之间存在明显的各向异性现象,挤压方向的试样力学性能优于挤压横向试样。随着温度升高,各向异性现象逐渐减弱,热软化效应越起到主导作用,挤压态Mg-3Zn-1Y镁合金动态压缩强度逐渐下降,塑性变形能力增强。分析表明,挤压态Mg-3Zn-1Y镁合金变形过程中出现的各向异性现象主要是由于初始织构的存在导致后续变形机制的不同所引起。沿挤压方向压缩时,当应变量较小时,变形机制主要为拉伸孪晶,当应变量增加时,会有柱面滑移参与变形,当应变量达到一定值时滑移成为其主要的变形方式。而沿挤压横向压缩时,随着应变速率增加,变形方式由压缩孪生为主变为基面滑移和二次锥面滑移协同变形。而挤压态Mg-3Zn-1Y镁合金在高温高应变速率下的压缩变形机制为,以滑移和孪生两种方式来进行,以滑移为主要变形方式,并伴随动态再结晶的发生。

关键词： Mg-3Zn-1Y镁合金分离式霍普金森杆变形温度变形机制

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不同硬度工程材料的拉伸性能及试验方法研究

不同硬度工程材料的拉伸性能及试验方法研究

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作者：江伟西南科技大学

学位级别：硕士

在工程应用中,工程材料除了少数情况承受拉伸载荷外,多数情况是承受压缩载荷,而其抗压强度通常要远大于抗拉强度,从而直接或间接地导致材料拉伸失效。尤其在地震、爆炸以及冲击等动态载荷作用下,应力波的作用使材料、结构的拉伸失效上... 详细信息

在工程应用中,工程材料除了少数情况承受拉伸载荷外,多数情况是承受压缩载荷,而其抗压强度通常要远大于抗拉强度,从而直接或间接地导致材料拉伸失效。尤其在地震、爆炸以及冲击等动态载荷作用下,应力波的作用使材料、结构的拉伸失效上升为主要矛盾。然而,在进行拉伸试验方法研究时,由于材料本身的结构性质使得这些方法并非对所有硬度工程材料均适用。因此,选取不同硬度的工程材料对其拉伸性能及试验方法的可靠性研究就显得颇具意义。基于此,本文选取砂浆-花岗岩、硬质聚氨酯泡沫和硅橡胶泡沫三种不同硬度等级的工程材料,主要围绕以下几个方面展开工作:(1)砂浆-花岗岩界面的准静态拉伸试验研究。试验研究了骨料与砂浆上下放置的位置关系对界面拉伸性能的影响。试验结果表明,骨料在上相对于骨料在上的试件,其弹性变形阶段的应力-应变表现为明显的线性增长关系,并且具有较高的杨氏模量、抗拉强度和明显的屈服现象。(2)砂浆-花岗岩界而的动态直接拉伸试验研究。结果表明,DIF值随应变率的增大而提高,而且其率敏感性还与骨料表面粗糙度、试件长径比有着密切关系,即在相同加载气压下,DIF值随骨料表面粗糙度的增大而减小,故ITZ平均抗拉强度随粗糙度的增大而减小。此外,砂浆-花岗岩ITZ的平均抗拉强度随着长径比的增大而有明显下降趋势,且其下降幅度会随骨料表面粗糙度的增大而减小。(3)砂浆-花岗岩界面的动态劈裂试验研究。考虑直径、长径比、粗糙度和成应变率四种因素对ITZ抗拉强度的影响,发现ITZ的劈拉强度随骨料表面粗糙度和直径的增大而增强且显著性明显,而试样长径比和加载气压对界面强度虽然也有一定的影响,介并不显著。(4)硬质聚氨酯泡沫动态直接拉伸试验研究。研究表明,随着加载应变率的增大,材料的屈服现象就愈加明显且抗拉强度明显增强,即表现出一定的率敏感性;在杆系直径范围内,对于同一长径比,当试件尺寸以固定比例的增量增加时,硬质聚氨酯泡沫的抗拉强度是逐渐增大的。然而,试件的断裂应变和应变率却随尺寸的增大而降低。此外,其平均抗拉强度随径向长径比的增大而逐渐降低,而随轴向长径比的增大而增强。(5)硬质聚氨酯泡沫的动静态劈裂试验研究。硬质聚氨酯泡沫的准静态和动态劈裂试验,主要研究应变率和长径比对其拉伸性能及破坏情况的影响。结果表明,在准静态劈裂试验中,其抗拉强度随着应变率的增大而增大,而且与密度有着密切关系,即材料密度越大,抗拉强度也相对较高。材料的弹性模量、屈服强度也随加载应变率的增加而有增大的趋势,而其抗拉强度和弹性模量随试件长径比的增大而降低;在动态劈裂试验中,DIF值随应变率的增大而明显升高,且呈非线性增长的趋势,而且其抗拉强度、弹性模量随长径比的增大而降低。(6)硅橡胶泡沫的准静态直接拉伸试验研究。通过夹具式拉伸的方法研究了回温效应对SRF拉伸性能的影响,结果表明:随着温度的升高,SRF的抗拉强度逐渐降低,而回温后的抗拉强度明显增强,且随着加载时间的增加,其泊松比呈现缓慢下降的趋势;采用胶粘式拉伸对SRF的应变率效应、尺寸效应进行了研究,发现SRF的抗拉强度随应变率的增加而增大,而断裂伸长率却随应变率的升高而降低。在恒应变率加载的情况下,SRF的抗拉强度、应变、弹性模量均随长径比的增大而减小,而且断裂伸长率也随长径比的增大而降低。

关键词：分离式霍普金森杆拉伸性能试验方法应变率长径比

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