2024年 44卷 第9期
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2024, 44(9): 091411.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0473
摘要:
冲击波在固体介质内传播时，内部电荷随冲击波作用向两极迁移形成电势差并对外输出电压/电流的极化效应称作冲击极化效应。针对晶体、金属、陶瓷以及聚合物等典型固体介质的冲击极化效应进行了系统梳理；总结了现阶段发展的冲击极化测试方法，分析了落锤/摆锤、SHPB、轻气炮以及炸药爆轰等加载方式诱发固体介质极化响应的差异；概述了有限元方法、分子动力学、近场动力学方法以及相场分析方法在固体介质冲击极化数值模拟领域的应用；围绕Allison理论、张裕恒理论、冲击挠曲电理论以及冲击波相关理论，总结了固体介质冲击极化的...
冲击波在固体介质内传播时，内部电荷随冲击波作用向两极迁移形成电势差并对外输出电压/电流的极化效应称作冲击极化效应。针对晶体、金属、陶瓷以及聚合物等典型固体介质的冲击极化效应进行了系统梳理；总结了现阶段发展的冲击极化测试方法，分析了落锤/摆锤、SHPB、轻气炮以及炸药爆轰等加载方式诱发固体介质极化响应的差异；概述了有限元方法、分子动力学、近场动力学方法以及相场分析方法在固体介质冲击极化数值模拟领域的应用；围绕Allison理论、张裕恒理论、冲击挠曲电理论以及冲击波相关理论，总结了固体介质冲击极化的...
2024, 44(9): 091421.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0007
摘要:
在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先，在微振动的情况下，分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播，得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次，分别以碳晶格和硅晶格为例，运用有限差分方法，研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程，对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异，并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响，揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后，分...
在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先，在微振动的情况下，分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播，得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次，分别以碳晶格和硅晶格为例，运用有限差分方法，研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程，对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异，并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响，揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后，分...
2024, 44(9): 091422.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0365
摘要:
固体介质，如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性，揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律，对于材料设计、安全防护等具有重要意义。从广义Taylor公式出发，推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程，引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解，结果表明：控制方程中的等效分数阶阶数越小，计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性，并进一步研究非连续介质的波传播规律，在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上，基于ABAQUS软件...
固体介质，如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性，揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律，对于材料设计、安全防护等具有重要意义。从广义Taylor公式出发，推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程，引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解，结果表明：控制方程中的等效分数阶阶数越小，计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性，并进一步研究非连续介质的波传播规律，在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上，基于ABAQUS软件...
2024, 44(9): 091423.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0438
摘要:
非均匀介质在自然界中十分常见，针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系，提出了描述材料非均匀性的耦合系数，并建立了广义波动方程。广义波动方程数值分析表明，耦合系数的正负、取值和组合与应力/应变张量共同影响耦合波动传播过程。作为算例，给出了一阶近似的压剪耦合参数确定的本构关系以及3个压剪耦合特征波速的表达式，并利用有限差分法得到了耦合压缩波和剪切波的传播过程。研究了4个非均匀性耦合系数对应力状态、耦合波速...
非均匀介质在自然界中十分常见，针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系，提出了描述材料非均匀性的耦合系数，并建立了广义波动方程。广义波动方程数值分析表明，耦合系数的正负、取值和组合与应力/应变张量共同影响耦合波动传播过程。作为算例，给出了一阶近似的压剪耦合参数确定的本构关系以及3个压剪耦合特征波速的表达式，并利用有限差分法得到了耦合压缩波和剪切波的传播过程。研究了4个非均匀性耦合系数对应力状态、耦合波速...
2024, 44(9): 091424.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0046
摘要:
脆性细长结构在弯曲载荷作用下突然断裂，可能导致断裂点附近出现二次断裂。传统的Euler-Bernoulli梁理论难以描述突加载荷或突卸载荷所导致的波动现象，而Timoshenko梁中的弯曲波速度为有限值，具有一个内禀特征时间，因此基于Timoshenko梁理论来分析弹性梁的弯曲断裂问题。使用Timoshenko梁理论，结合一个包含断裂能的脆性内聚力弯曲断裂模型，建立一维弯曲波传播问题的初边值问题，采用特征线方法求解3种边界条件下半无限长梁中卸载弯曲波的传播问题；进一步分析了断裂能对断裂时间以及峰...
脆性细长结构在弯曲载荷作用下突然断裂，可能导致断裂点附近出现二次断裂。传统的Euler-Bernoulli梁理论难以描述突加载荷或突卸载荷所导致的波动现象，而Timoshenko梁中的弯曲波速度为有限值，具有一个内禀特征时间，因此基于Timoshenko梁理论来分析弹性梁的弯曲断裂问题。使用Timoshenko梁理论，结合一个包含断裂能的脆性内聚力弯曲断裂模型，建立一维弯曲波传播问题的初边值问题，采用特征线方法求解3种边界条件下半无限长梁中卸载弯曲波的传播问题；进一步分析了断裂能对断裂时间以及峰...
2024, 44(9): 091425.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0368
摘要:
形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变，而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则，推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论，得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数（如拉压不对称性和混合相的模量）有关，还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言，拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速，而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α = 90°)，慢波的波速最低，并随混合相无量纲模量...
形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变，而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则，推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论，得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数（如拉压不对称性和混合相的模量）有关，还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言，拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速，而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α = 90°)，慢波的波速最低，并随混合相无量纲模量...
2024, 44(9): 091441.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0030
摘要:
定量研究分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）试验中弹性压缩阶段试件中的应力波效应是解耦准确材料弹性曲线的基础。在满足平面波假设的基础上，基于广义波阻抗理论，对杆与试件面积不匹配时试件弹性压缩阶段应力波演化造成的结构效应开展了定量理论研究，分析了不同情况下弹性阶段内试件唯象工程及实际材料应力-应变曲线的偏差特征与主要因素，并揭示了影响这种偏差的影响规律及其机理。研究表明：对于线性入射加载波，当无量纲时间为0.5的倍数时，即使其他参数改变，试件唯象...
定量研究分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）试验中弹性压缩阶段试件中的应力波效应是解耦准确材料弹性曲线的基础。在满足平面波假设的基础上，基于广义波阻抗理论，对杆与试件面积不匹配时试件弹性压缩阶段应力波演化造成的结构效应开展了定量理论研究，分析了不同情况下弹性阶段内试件唯象工程及实际材料应力-应变曲线的偏差特征与主要因素，并揭示了影响这种偏差的影响规律及其机理。研究表明：对于线性入射加载波，当无量纲时间为0.5的倍数时，即使其他参数改变，试件唯象...
2024, 44(9): 091442.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0045
摘要:
为了研究均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合响应过程和多胞子弹对夹芯梁的加载效果，对该冲击过程开展了理论分析、数值模拟和试验研究：通过将泡沫夹芯梁等效为单梁以简化分析，基于多胞子弹的冲击波模型和泡沫夹芯梁的等效单梁响应模型，构建了多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合分析模型，给出了冲击过程中各响应阶段的控制方程，并结合龙格-库塔方法对方程进行了数值求解；基于三维Voronoi技术，开展了均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的细观有限元模拟；在多胞子弹的冲击测试平台上进行了试验研究，结合高速摄影技术获取了多...
为了研究均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合响应过程和多胞子弹对夹芯梁的加载效果，对该冲击过程开展了理论分析、数值模拟和试验研究：通过将泡沫夹芯梁等效为单梁以简化分析，基于多胞子弹的冲击波模型和泡沫夹芯梁的等效单梁响应模型，构建了多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合分析模型，给出了冲击过程中各响应阶段的控制方程，并结合龙格-库塔方法对方程进行了数值求解；基于三维Voronoi技术，开展了均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的细观有限元模拟；在多胞子弹的冲击测试平台上进行了试验研究，结合高速摄影技术获取了多...
2024, 44(9): 091443.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0380
摘要:
霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式，研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响；进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法，分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的...
霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式，研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响；进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法，分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的...
2024, 44(9): 091444.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0433
摘要:
针对充填体试样SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验测试中存在的透射波测量的难点问题，采用岩石长杆代替钢杆作为入射杆和透射杆的方法改进摆锤冲击加载SHPB试验系统，探讨了SHPB试验中黏弹性波的传播及波阻抗匹配问题；基于应力波在岩石杆件系统中的传播规律研究，定义了应力波在入射杆和透射杆上传播的黏性衰减系数、试样-岩杆界面的透反射衰减系数；基于Kelvin-Voigt模型，利用一维波动分析程序，得到了岩石杆件-充填体的波阻抗匹配系数与透反射衰减系数的关系；依据现场...
针对充填体试样SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验测试中存在的透射波测量的难点问题，采用岩石长杆代替钢杆作为入射杆和透射杆的方法改进摆锤冲击加载SHPB试验系统，探讨了SHPB试验中黏弹性波的传播及波阻抗匹配问题；基于应力波在岩石杆件系统中的传播规律研究，定义了应力波在入射杆和透射杆上传播的黏性衰减系数、试样-岩杆界面的透反射衰减系数；基于Kelvin-Voigt模型，利用一维波动分析程序，得到了岩石杆件-充填体的波阻抗匹配系数与透反射衰减系数的关系；依据现场...
