摘要：为了满足陶瓷防护结构的轻量化、高韧性的要求,需要采用新型复合结构来提高其在抗侵彻过程中的能量耗散效率。设计了一种预应力型陶瓷组合结构,即应用弹簧施加预应力,将陶瓷、金属边框组合成防护基元,组合防护基元形成预应力陶瓷组合结构。由于进行相关试验比较困难,该文章使用ABAQUS软件进行建模和数值模拟分析。基于量纲分析方法设计了5种速度、5种预应力下组合结构的侵彻数值计算方案,研究预应力对于该组合结构抗侵彻性能的影响规律。结果表明:随着预应力的增加,子弹的残余速度逐渐减小,新型防护结构的抗侵彻性能逐渐提升;并分析了惯性效应、强度效应、变形特性以及预应力相关的无量纲参量的影响规律,提出了该结构在高速冲击下残余速度的表达式。该研究中预应力的引入对新型陶瓷防护结构抗侵彻性能的设计具有较好的参考意义。

摘要：应用霍普金森压杆(SHPB)实验装置,通过改变透射杆为钢杆和铝杆,对立方体聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)试样和两种梯台PMMA试样进行动态压缩实验.利用高速摄影记录试样的压缩过程,并结合力位移曲线分析试样的破碎过程,探讨了冲击载荷作用下PMMA试样变形和广义扩散阻力的演化.结果表明:试样的破坏模式主要为接触端局部产生失效阵面,然后失效阵面向试样内部扩展.立方体试样在低速冲击下,失效阵面优先在透射端产生;在高速冲击下,失效阵面在入射端先产生.通过改变试样形状和透射杆材质后,阵面的产生存在明显的弛豫现象,并且失效阵面仅在入射端产生.梯台试样破碎前的压缩变形是非均匀的,试样内部应力状态和变形状态随着截面增加逐渐变小,并且呈线性扩散分布.通过应变分布结合剪切激活扩散方程,得到失效阵面扩散过程中的广义扩散阻力分布情况;失效阵面前后广义扩散阻力先增加后减小,阻力的幅值与局部应变能的释放有关.

摘要：为得到韧性粉末在动态压缩下的力学行为,采用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)对微米级铝粉进行了不同加载条件下的动态压缩实验。利用高速摄像机和红外测温系统(infrared temperature measurement system,ITMS)分别记录散斑场的发展和动态加载过程中铝粉试样的表面温度。从10^(-4) s^(-1)~3600 s^(-1)应变率范围内,铝粉应变率效应明显。数字图像相关法(digital image correlation,DIC)结果表明,试样整体变形不均匀,压缩前期试样压实由颗粒平动主导,后期转变为颗粒旋转和滑移主导。ITMS结果表明,与固体材料温升特性不同,加载后铝粉试样的辐射温度仍然上升。在铝粉试样中,由于有大量孔隙,颗粒在应力波驱动下加速运动,冲击能转化为颗粒动能,试样进一步压缩后,孔隙减少,颗粒运动受到限制,动能转化为颗粒内能,试样温度升高。

摘要：结合高速摄影技术,应用SHPB加载装置,分别使用钢制、铝制和有机玻璃制3种透射杆,对直径约7.90、11.80、15.61 mm 3种尺寸的石英玻璃珠进行了低速冲击实验。根据不同透射杆条件下的玻璃珠破碎过程中的载荷-位移曲线,结合有限元软件计算玻璃珠在冲击作用下载荷的变化情况以及实验过程中玻璃珠的应变,探讨了应力调整对玻璃珠破碎过程的影响。结果表明:相同冲击条件作用下,改变透射杆的材料,会改变玻璃珠破碎过程中的载荷分布,即透射端边界波阻抗的改变会导致反射波发生改变,从而导致玻璃珠内部载荷发生变化;透射杆为铝材和有机玻璃材质时,玻璃珠在破碎过程中的载荷明显下降,在加载过程中伴随着垫块的变形,玻璃珠内部的应力调整时间变长;透射杆为钢杆时,玻璃珠的应变主要表现为两端最大,越靠近中间应变越小,对于透射杆为铝杆和有机玻璃杆的玻璃珠,透射端局部出现了卸载行为。采用有机玻璃透射杆之后,局部应力和变形降低的结果使得玻璃珠在经受较大的变形之后发生破碎,表明玻璃珠的破碎行为由局部变形和局部变形梯度共同控制。

摘要：贝壳、牡蛎等天然材料因其轻质高强的力学特性在材料设计等领域受到了广泛的关注,但由于材料本身结构的复杂性,对其力学行为的研究十分困难。近年来,分数阶模型在研究材料的力学特性上取得了成功,相比传统模型,分数阶模型可以更好地表征复杂介质的应力或应变与时间的关系。因此,本文从波传播理论出发,以分数阶模型作为材料本构,得到了复杂介质的波传播控制方程。通过Laplace变换得到了控制方程的解析解,并通过Laplace数值逆变换分析了波的衰减对分数阶模型中参量的敏感性,讨论了不同于材料弹性、黏性的材料“惯性”特性。接着,基于解析解和多种实验测试信号,给出了得到分数阶模型参数的拟合式子。以牡蛎材料作为研究对象,利用CO_(2)脉冲激光器进行小试样的冲击加载、应用两点激光干涉测速系统(laser interferometer velocimetry system,VISAR)对表面粒子的速度进行测量,得到了4种密度下不同厚度的牡蛎壳试样的粒子速度时程曲线,再结合上述理论方法分析得到了牡蛎壳试样的Abel模型和分数阶Maxwell模型的参数,模型参数反映了牡蛎壳试样的细微观结构特征。结果发现:牡蛎壳试样的密度越大,即在细微观上具有砖泥结构的珍珠层的占比越高,速度衰减越大,试样的黏性越大;这是由于CO_(2)激光脉冲器发射的激光波长与牡蛎壳试样珍珠层的砖泥结构间的缝隙尺寸相近,使得激光在冲击牡蛎壳试样中的珍珠层时发生较大的散射。

摘要：研制了一种可以实现多次加载的凸轮递进式中应变率压缩实验系统。该实验装置采用伺服电机驱动蓄能飞轮转动,后蓄能飞轮带动加载凸轮压缩加载杆的方法,实现对试样中应变率的压缩;同时在一级压缩即将结束时步进电机迅速推动蓄能飞轮贴近加载凸轮,实现多级压缩。试样的动态压缩载荷通过两侧杆上粘贴的应变片所记录的应变信号得到;试样变形过程通过激光干涉测速系统测得的试样两侧杆端的运动速度信号得到。以纸蜂窝试样为例,基于研制的中应变率实验系统,并结合高速摄影图片,研究了厚度10 mm、直径14.5 mm的纸蜂窝试样在应变率3.5 s^(−1)下的动态压缩力学性能,得到了单级压缩和两级压缩过程中纸蜂窝试样的应力-应变曲线和变形过程,并讨论了该实验系统的可靠性。此实验系统可以实现多级递进式中应变率加载;纸蜂窝试样在中等应变率下的峰值强度和平台应力对高应变率下的动态压缩实验数据和低应变率下的准静态实验数据进行了较好地衔接;试样的失效模式主要为准弹性变形后的外壁屈曲和面内剪切。

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：结合混凝土试件的真三轴静载冲击实验结果,分别运用考虑应变率效应的Holmquist-Johnson-Cook(HJC)模型和考虑静水压效应的Drucker-Prager(DP)模型进行数值分析,以探讨研究混凝土试样应变率效应和惯性效应的方法。在探究混凝土的应变率效应和横向惯性效应的关系时,使用HJC模型的数值模拟结果来拟合DP准则的各个参数。结果表明:随着应变率的升高,混凝土的强度会提高,并且这种强度的提高,也有一部分原因是第一应力不变量I_(1)的增大所导致的。因此,混凝土试件的应变率效应和横向惯性约束具有较强的耦合作用。理论和数值分析了冲击下试样内部的横向应力分布特征与应变率、静水压和试样尺寸的关系,结果发现:试样内部横向应力的幅值随着应变率、静水压的升高而增大,但随着试样尺寸的增大而减小。为了探讨横向惯性带来的强度提升效果,提出了一个有关冲击方向最大应力σ_(x)和等效应力σ_(e)的参数ξ,且ξ=(σ_(x)−σ_(e))/σ_(x)。此参数具有尺寸效应、应变率效应和静水压效应,但是此参数与应力三轴度的关系表现出应变率无关特性,可为应变率效应的研究提供新的思路。

摘要：梯度密度黏弹性材料中波的传播比较复杂。为了研究其在冲击载荷作用下黏弹性响应特征,基于控制方程的Euler形式,利用Laplace变换,得到了这种材料中的波传播规律的一个理论公式;并据此分析了双层周期性黏弹性介质中的应力情况。选择具有梯度密度特性的钛-硼化钛(Ti-TiB2)材料和碳纤维树脂材料,采用不同的叠合方向和方式,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)加载装置进行了动态冲击实验,并用三波法对得到的实验结果进行处理。同时,采用数值Laplace逆变换方法,结合SHPB测得的入射波与透射波数据,使用推导的理论公式计算出理论解,并与实验结果进行了比较。结果表明:(1)梯度钛-硼化钛材料由于内界面和叠层界面的存在,表现出一定的黏性特性;单层Ti-TiB2材料的计算结果和三波法分析得到的结果基本一致,双层Ti-TiB2材料叠合后的计算结果与三波法分析结果存在一定的差异。(2)双层碳纤维树脂材料表现出较强的黏弹性特征,应力波的衰减幅度较大,三波法分析结果与该材料的冲击性能有较大的差异。由此可知,无论是细微观结构特征产生的黏性,还是材料本身的黏性,对材料动力学行为的影响都不可忽略。。

摘要：对于水泥砂浆的抗弹性能研究,目前很少考虑靶体所处的应力状态,为此基于自研的真三轴静载混凝土侵彻实验装置和水泥砂浆抗弹性能实验结果,讨论了水泥砂浆在不同应力状态下的开坑深度和开坑阻力。应用侵彻深度的经验公式和基于HJC模型的有限元数值计算方法,对比分析了水泥砂浆侵彻实验,结果表明,对于低速冲击过程,采用UMIST公式和HJC模型的数值分析对开坑深度的预测较为有效。应力状态对开坑深度有明显的影响,即随着侧限增加,水泥砂浆的三轴强度提高,弹丸的开坑深度减小。应用基于HJC模型的数值分析方法,研究了弹丸开坑过程中弹体内的加速度波形和y轴支撑杆上的波形,结果表明:弹丸开坑过程对两种波形都有影响,其中y轴支撑杆上的波形可以更好地反映开坑过程。虽然数值模拟结果与实验波形的趋势基本一致,但是应力幅值有一定的差异,说明基于HJC模型的数值分析对开坑阻力的计算能力尚待提高。