• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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碳纤维增韧的陶瓷基复合材料在高温高应变率下的压缩力学行为
索涛, 戴磊, 石春森, 李玉龙, 杨建波
2012, 32(3): 297-302. doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0297-06
利用高温电子万能试验机和具有高温同步自组装功能的Hopkinson压杆对二维C/SiC复合材料 进行了应变率为10-4~103s-1,温度为293~1273K下的单轴压缩力学性能测试。实验结果表明:二维C/ SiC复合材料破坏时并未表现出典型的脆性破坏,而是在应力达到压缩强度时出现了显著的应变软化,在经 历了较大的变形后才最终破坏,同时材料还表现出良好的高温承载能力及一定的温度和应变率依赖性。随着 温度的升高,复合材料的压缩强度呈降低的趋势。与准静态下室温压缩时相比,材料在1273K 时的压缩强 度的降低程度不超过30%,但压缩强度对应变率的敏感性随着温度的升高而增大。由于高温下试样氧化,C/ SiC复合材料压缩强度对应变率的敏感性在温度为1073K时显著增大。
关键词: 固体力学, 压缩强度, 单轴压缩, C/SiC复合材料, 高温, 高应变率
复合材料T型接头冰雹高速撞击损伤的数值模拟
刘建刚, 李玉龙, 索涛, 崔浩
2014, 34(4): 451-456. doi: 10.11883/1001-1455(2014)04-0451-06
利用高速空气炮进行了冰雹撞击复合材料T型接头的实验,研究了不同撞击速度下结构的损伤情况。同时,采用光滑质点流体动力学方法与黏聚区模型相结合的方法,对冰雹撞击复合材料T型接头进行了数值模拟。通过与实验结果的对比,验证了数值模拟模型的有效性。在此基础上,利用数值模型研究了影响复合材料T型接头冰雹撞击损伤的各种因素。计算结果表明:冰雹撞击对复合材料T型接头造成的损伤主要为分层损伤;冰雹的撞击速度、尺寸、入射角等,都对T型接头的损伤程度有很大影响;T型接头的分层面积与冰雹的撞击能量之间呈近似线性关系,分层面积随着撞击能量的增大而增大;冰雹的入射角越大,分层面积与撞击力峰值也越大。
关键词: 固体力学, 分层损伤, 黏聚区模型, 复合材料T型接头, 冰雹, 高速撞击
确定材料在高温高应变率下动态性能的Hopkinson杆系统
李玉龙, 索涛, 郭伟国, 胡锐, 李金山, 傅恒志
2005, 25(6): 487-492. doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0487-06
描述了一种利用Hopkinson杆装置确定在高温(温度可高达1 173 K)、高应变率下材料动态性能的试验方法。在试样加温过程中,试样不与入射杆及透射杆接触。当试样加热到预定温度时,气压驱动同步组装系统,推动透射杆及试样,使得应力波到达入射杆与试样接触面时,入射杆、试样及透射杆紧密接触。利用以上系统,完成了连铸单晶铜及上引法连铸多晶铜从室温到1 085 K范围内的应力应变曲线。测试结果表明,不论是上引法连铸多晶铜还是连铸单晶铜,流动应力随温度的升高而下降,在温度低于585 K时,材料的应变硬化率明显大于在温度高于585 K时的应变硬化率。
关键词: 固体力学, 流动应力, Hopkinson杆, 高温, 高应变率, 应变硬化
YB-2航空有机玻璃的应变率和温度敏感性及其本构模型
史飞飞, 索涛, 侯兵, 李玉龙
2015, 35(6): 769-776. doi: 10.11883/1001-1455(2015)06-0769-08
为了理解和评价YB-2航空有机玻璃在极端环境下的动态力学性能,采用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆对YB-2航空有机玻璃在218~373 K温度范围、10-3~3 000 s-1应变率范围内的压缩力学行为进行了研究,得到了材料的应力应变曲线。结果表明:随着温度的升高,材料的流动应力逐渐减小而破坏应变呈现增大的趋势;温度相同时,材料的流动应力随应变率的增加而增大,破坏应变随应变率的增加而减小。随着应变率的提高,材料的应变软化效应更加剧烈。基于朱-王-唐(ZWT)本构模型,得到了考虑温度效应的本构参数。结果显示,在8%应变范围内,改进的考虑温度效应的本构模型可以较为理想地表征该材料的应力应变响应。
关键词: 固体力学, 本构模型, Hopkinson压杆, YB-2航空有机玻璃, 应变率, 温度效应
薄壁异形环截面管材料环向动态拉伸特性测试
杨建波, 李玉龙, 索涛, 宋保永
2011, 31(1): 95-100. doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0095-06
针对薄壁异形环截面管状结构,结合有限元分析,提出了基于Hopkinson拉杆技术的环向材料动 态拉伸实验方法;设计了特殊的夹具,采用空心透射杆提高透射波幅值;并对1Cr18Ni9Ti材料薄壁异形环截 面管状结构进行不同应变率下的冲击拉伸实验。实验结果表明,该实验方法可适用于这种薄壁异形环截面管 状结构,该结构具有良好的塑性变形能力,断裂应变随应变率的提高明显降低,拉伸强度随应变率的提高明显 增大。
关键词: 固体力学, 拉伸强度, 动态拉伸, Hopkinson拉杆, 异形环, 空心透射杆 中
TC4在动态载荷下的剪切行为研究
苏冠龙, 龚煦, 李玉龙, 郭亚洲, 索涛
2015, 35(4): 527-535. doi: 10.11883/1001-1455(2015)04-0527-09
使用分离式霍布金森压杆(SHPB)对2种TC4(Ti-6Al-4V)试样(单边剪切试样与双边剪切试样)在应变率104 s-1下进行动态剪切加载,利用SIM D8高速照相系统捕捉了绝热剪切带扩展的整个历程,得到了TC4在拍照时刻的应力应变曲线;使用金相显微镜和SEM扫描电镜对TC4绝热剪切带的微观形貌进行观察,发现绝热剪切带宽度为5~12 m,断口从韧窝断裂演变为解理断裂,可观测到韧窝状与河流花样断口形貌,但是并未看到相变的发生;对2种试样就产生绝热剪切带的形式与敏感性进行了分析,实验表明双边试样更易产生绝热剪切带;通过高速照相系统的标定换算,得到TC4绝热剪切带产生的临界剪切应变在78%~88%之间。在SHPB动态加载条件下,TC4绝热剪切带的扩展速度在460~1 250 m/s之间,且应变率越高,剪切带扩展越快,扩展平均速度与名义应变率近似呈线性关系;另外,在同一加载速率下,剪切带并不是匀速扩展,其扩展速度随载荷的增加而不断增加。
关键词: 固体力学, 绝热剪切带, 临界剪切应变, 扩展速度, 高速照相, 微观分析, TC4
某型飞机机翼前缘抗鸟撞结构设计与试验验证
任冀宾, 王斌, 王振, 刘军, 索涛, 李玉龙
2019, 39(2): 025101. doi: 10.11883/bzycj-2017-0407
针对某型飞机机翼前缘抗鸟撞性能不满足适航要求的问题,采用"数值仿真-试验验证-再仿真"的研究思路,对该结构进行了抗鸟撞优化设计。首先,通过有限元数值仿真,分别对具有三角板结构和前墙结构的两种新型前缘结构抗鸟撞能力进行了分析。仿真结果表明:具有前墙结构的机翼前缘抗鸟撞能力优于原始结构和带三角板结构的机翼前缘;在鸟撞过程中,这种具有前墙结构的机翼前缘通过利用破损蒙皮继续变形吸能的方式提高了结构的抗鸟撞性能。基于此,对带前墙结构的机翼前缘进行了抗鸟撞试验,一方面验证了数值模拟方法的准确性,另一方面验证了前墙结构的抗鸟撞效果。最后,采用数值仿真方法对带前墙结构的机翼前缘结构进行了参数分析,得到了前缘蒙皮厚度和前墙厚度与结构抗鸟撞性能的关系,并基于结构承载和抗鸟撞能力的综合要求,确定了最终结构参数。分析表明,优化后的机翼前缘结构不仅满足抗鸟撞要求,而且实现结构减重30%。
关键词: 机翼前缘, 抗鸟撞设计, 前墙结构, 试验验证
飞机风挡无机玻璃在不同应变率下的力学行为
王振, 张超, 王银茂, 王祥, 索涛
2018, 38(2): 295-301. doi: 10.11883/bzycj-2016-0186
利用电子万能试验机和改进的分离式Hopkinson压杆测试了飞机风挡无机玻璃在2种准静态应变率(4×10-4、4×10-3 s-1)和2种动态应变率(200、400 s-1)下的单轴压缩力学行为,并利用高速摄像机记录试样破坏过程。实验结果表明:玻璃破坏时表现为典型的脆性材料,随着应变率的提高,材料的压缩强度显著提高。通过观察试样变形过程及变形后的形貌可知,玻璃在压缩载荷下的破坏模式为横向张应力引起的裂纹成核、沿轴向扩展与联结交错导致的失效破坏,并从微裂纹成核扩展和能量耗散的角度对材料的应变率效应做出了合理的解释。
关键词: 压缩强度, 单轴压缩, 玻璃, 失效模式, 应变率效应