高应变率及各向异性对航空铝合金7050拉压不对称性的影响分析（英文）

采用霍普金森拉杆及压杆装置,分别在1 000、2 000和4 000 s-1应变率下对3个典型成型方向(轧向RD、横向TD和法向ND)进行霍普金森动态拉伸和压缩实验,借助扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)、金相显微镜观察(Metallographic microscope)及电子背散射衍射(Electron backscatter diffraction,EBSD)从微观角度进行分析,研究高应变率及各向异性对航空铝合金7050拉压不对称性的影响。结果表明:拉伸和压缩表现出明显的不对称性,具体为拉伸时材料屈服强度明显大于压缩时的屈服强度;并且随着应变率的增加,拉伸/压缩的弹性阶段的不对称性越来越弱,强化阶段不对称性越来越强。同一应变率下,不同取向下拉伸/压缩的流变应力的变化趋势不同,这与晶粒的受力方向有关。通过EBSD晶粒取向分析和原材料织构极图分析,发现拉伸/压缩的晶粒细化程度差距越大,进而导致宏观流变应力差距较大。     

3D C/C复合材料超高温剪切性能试验研究

C/C复合材料同时结合了纤维增强复合材料高性能、可设计性和碳素材料优异的高温性能和化学稳定性等优点，广泛地应用于固体火箭发动机喷管、高速飞行器头部与翼前缘等热端部件。怎样正确评价C/C复合材料的超高温力学性能，成为了其能否合理使用的关键因素之一。本文将基于C/C复合材料良好导电特性的试样直接通电加热技术与复合材料双切口压缩剪切试验技术（DNS）相结合，提出了一种可用于温度达3000℃的材料超高温剪切性能试验方法。利用该方法完成了3D C/C复合材料室温～2800℃温度范围的剪切性能试验研究，红外热像仪测试结果显示在试样标距区内温度场分布较均匀，全场应变测试系统测试结果显示在试样标距区内应变分布较均匀，室温下双边切口压缩试验方法与Iosipescu试验方法测试剪切强度具有好的一致性，该方法适用于C/C复合材料超高温剪切性能试验研究。3DC/C复合材料具有显著的剪切非线性，剪切强度在一定温度范围内随温度的升高而增加，在2400℃左右达到最大值，而后随温度增高而降低；材料的主要破坏模式为薄弱面的宏观裂纹扩展、纤维束剪切破坏与拔出。     

复合纸板力学性能和应变率相关性测试与表征

为了研究复合纸板材料在不同应变率下的力学响应,利用万能材料试验机和高速率拉伸试验机进行了准静态和动态拉伸试验,同时利用高速摄像机和数字图像相关法(Digital image correlation,DIC)记录拉伸破坏过程和应变场。试验结果显示,纸板材料的拉伸力学性能和破坏机制具有明显的应变率相关性。随着应变率的增大,材料的拉伸强度显著增大,断裂应变在中应变率范围内也表现出明显的应变率效应。对比试验结果和3种应变率效应比表征模型的拟合结果,基于Cowper-Symonds表达式的表征模型,能够很好地描述纸板材料在中低应变率下的应变率效应。该模型对薄壁纸管能量吸收性能的模拟和理论研究,以及冲击防护结构设计提供了理论支撑。     

带孔复合材料层板动态拉伸破坏的应变率效应

采用三维Hashin准则作为纤维束损伤判据,根据材料不同损伤模式制定相应的材料性能退化方案,并考虑应变率效应对材料的强度性能进行修正,建立含孔复合材料层合板的渐进损伤分析模型,模拟材料在不同应变率下的损伤破坏过程。通过动态拉伸试验,获得材料在不同应变率下的载荷-位移关系及孔边不同位置的时间-应变关系,讨论了应变率对材料拉伸性能的影响及试件孔边的应力集中情况。有限元分析结果与试验数据相一致,证明了本文所提出分析模型的正确性和有效性。     

Al2O3陶瓷的损伤型本构关系研究

利用INSTRON材料试验机和SHPB(分离式Hopkinson压杆)对Al2O3陶瓷材料进行了单轴压缩实验,测量了材料在不同应变率下的应力和真实应变。实验结果表明,Al2O3陶瓷是应变率敏感材料。通过对准静态和高应变率下的实验结果分析,认为损伤型ZWT非线性粘弹性本构关系能较好地描述Al2O3陶瓷在不同应变率条件下的力学行为,用遗传算法确定了本构关系中的参数。研究表明,所用损伤型ZWT本构方程和用遗传算法确定的参数在10-4-102s-1应变率范围内与实验结果吻合较好。     

用土白口铁生产高级铸铁

用土白口铁在热风碱性化铁炉中熔化并去硫后,在包子内加1～1.5％硅铁孕育处理,铸态得到麻口组织,然后在900℃左右退火2～3小时,使渗碳体分解,即可得到高级铸铁。其抗拉强度可达40kg/mm~2,能耐10大气压水压试验,性能超过了牌号为32-52的孕育铸铁,可用来生产一般动力机械的汽缸套,液压套筒等要件。 本文初步总结了这一工作的生产经验,并指出获得强度的原因。     

机场跑道改性沥青混凝土抗冲击性能

为研究中高应变率下NRP和掺高粘剂的SBS两种改性剂对AC-13型沥青混凝土动力性能的影响,采用直径74 mm SHPB装置进行了4个气压下的冲击压缩试验,获得了不同种类改性沥青混凝土的破坏形态及应力-应变曲线。研究表明：沥青混凝土动态应力-应变曲线分为弹性变形、塑性强化和塑性破坏3个阶段,破坏形态分为裂缝、破损、块裂和碎裂4种;两种改性剂均能改善沥青混凝土的抗冲击性能,并且对峰值应力和冲击韧性的应变率敏感性有一定影响,在不同应变率范围内两种改性剂对冲击韧性增强作用不同,NRP对峰值应力增强作用优于掺高粘剂的SBS;应变率超过130/s时,沥青混凝土出现弹性模量退化现象,NRP对弹性模量有提高作用。     

圆环压缩的刚塑性有限元分析与应用

本文采用刚塑性有限元法分析圆环压缩,并与上限法分析和试验结果进行比较。结果表明,采用这种方法可以计算标定曲线,计算各种润滑剂的摩擦因素和压缩状态下材料的应力应变曲线,模拟圆环的变形和摩擦面的正压力分布。 本文还通过试验,求得四种高温润滑的摩擦因素和Ti-6Al-4V在不同条件下的应力应变曲线。     

一个重要的实验现象——金属材料屈服平台处的泊桑比剧减和剧增现象

我们从具有屈服平台金属材料试验中发现,在屈服阶段的泊桑比总是存在剧减和剧增。这个现象的发现将要求重新考虑塑性理论中的应力和应变之间关系式,还有助于解释理论和实验之间不一致的一些现象。     

碳纤维织物增强树脂复合材料准静态压缩力学性能实验

针对一种碳纤维二维正交平纹机织布增强树脂基复合材料,对其三个主方向（垂直于碳布方向、碳布经向、碳布纬向）进行了准静态压缩实验,得到了三个主方向上准静态条件矿下的应力-应变曲线和压缩强度。通过对各主方向上的应力-应变曲线的分析,表明该复合材料各主方向上压缩力学性能是碳纤维和树脂基体的力学性能共同起作用的结果,同时碳纤维的初始微屈曲对纵向压缩力学性能、压缩强度都会产生很大影响;碳布经向和纬向的压缩强度都低于垂直于碳布方向的压缩强度,但弹性模量较高;各主方向的压缩破坏模式也有所不同。     

低应变率下最大骨料粒径对混凝土动态尺寸效应影响:细观模拟（英文）

本文主要探讨了低应变率下最大骨料粒径对混凝土材料破坏行为及尺寸效应的影响。首先,考虑混凝土材料内部的非均匀性和应变率效应,采用细观数值方法模拟了混凝土材料的破坏过程。基于细观数值模拟方法,研究了不同尺寸混凝土试件的破坏行为。其次,从细观层面上研究了最大骨料粒径对混凝土破坏模式、名义强度及其尺寸效应的影响规律。结果表明,在单轴压缩和拉伸载荷作用下最大骨料粒径对混凝土破坏模式有显著影响。在准静态荷载作用下,混凝土抗拉强度随着最大骨料粒径的增大而增大,抗压强度随着最大骨料粒径的增大则是先增大后减小。此外,随着应变率的增大,混凝土材料强度尺寸效应被逐渐减弱。当应变率达到1 s~(-1)时,混凝土强度尺寸效应消失。最大骨料粒径对混凝土单轴压缩和拉伸强度动态尺寸效应的影响可忽略。     

中心开孔加筋壁板压缩性能研究

为了研究飞机结构中不同开孔尺寸加筋壁板在压缩载荷下的屈曲行为和后屈曲行为,本文设计了相应的试验方法和试验夹具,完成了壁板压缩试验。得到了不同开孔尺寸加筋壁板的屈曲/破坏载荷、失稳过程及破坏模式。结果表明：加筋壁板的屈曲模式是筋条间蒙皮和筋条外蒙皮发生相反的变形,且屈曲模态随载荷的增加发生多次跳变;加筋壁板的压缩破坏模式是在屈曲变形的基础上筋条伴有明显的变形。针对不同开孔尺寸的加筋壁板进行压缩加载有限元仿真,得到的屈曲与破坏模式和试验的吻合,屈曲/破坏载荷与试验结果的误差在4%以内,验证了有限元模型的有效性。随着开孔尺寸的增加,加筋壁板的屈服载荷先缓慢减小后快速增大;壁板的破坏载荷逐渐减小,最终结构失去后屈曲承载能力。     

统一强度理论下受特殊荷载的简支圆板极限荷载统一解

对于线性和均布荷载共同作用下的简支圆板,本文采用统一强度理论对其进行了塑性极限分析。考虑了两种作用形式,分别得出了统一解。利用该解可得出一系列不同屈服准则下的解析解和极限荷载随不同屈服准则的变化曲线。在统一强度理论中,不同的b值得到不同的屈服准则,对应不同的工程材料,其中α可根据实际的工程材料拉压强度比确定。当α≠1时,统一强度理论适用于拉压强度相同的材料,当α≠1时,适用于拉压强度不同的材料。已有的Mises解是本文解的特例,从文中的统一解得知,正确认识材料强度并合理运用屈服准则对发挥材料潜能具有重要意义。     

金属材料循环应变硬化/软化瞬态响应的数学模型

本文讨论了金属材料循环硬化/软化瞬态响应特性,定量分析了在应力—应变响应中应力幅值(在对称应变控制下)的变化规律,给出了应力幅值变化的数学表达式。该式表明,应力幅值的变化不仅与材料性质和材料进入塑性变形范围的次数有关,而且还与应变幅值的大小有关。与已有的数学模型相比较,本文提出的模型与试验结果符合较好,并且无需拟合诸如循化硬化/软化系数这样的试验参数,因而可以节省大量的费用。此外,使用本文的模型由计算给出了瞬态过程中循环强度系数和应变硬化指数的变化规律,发现二者在寿命前半部分循环中变化很大,而在寿命后半部分循环中变化很小,这与试验得到的结果是一致的。     

挖补参数对低能量冲击损伤层合板修理性能的影响研究

为探索层合板低能量冲击损伤挖补修理参数及其对修理性能的影响,采用两种冲击源对T700/DS1202层合板进行了冲击试验,并进行挖补修理,测试修理后的压缩强度。结果表明：无论是何种冲击源,采用阶梯形挖补修理工艺,强度恢复率均可达79.9%以上。但在同等冲击能量等级下,锥形冲击源造成的损伤,修理后强度恢复率较低。同时,单面挖补工艺的强度恢复率更高,修理质量更稳定,压缩破坏形式以基体和纤维的压缩为主;双面挖补工艺易产生应力集中,强度恢复率低,质量稳定性差,压缩破坏形式以分层为主。     

面向纤维增强复合材料低速冲击损伤的非线性混合模型

基于连续介质损伤力学提出了一种纤维增强复合材料(Fiber reinforced polyrner/plastic,FRP)结构低速冲击损伤预测的渐进损伤模型,包含非线性剪应力应变关系和归一化的混合模式基体损伤演化,用来预测复合材料层合板低速冲击损伤。模型区分了纤维拉伸/压缩、纤维间拉伸/压缩4种层内损伤以及层间分层损伤;纤维间损伤起始由Puck失效准则预测,损伤演化由断裂面上的等效应变控制,失效判定时考虑了就位效应对强度的影响;模型中加入单元特征长度以消除计算结果对网格密度的依赖性。以[45_4/-45_8/45_4],[0_3/45/-45]_S和[45/-45/0_2/90/45/0_2/-45/45]_3三种铺层的复合材料层合板为例,预测了不同冲击能量下复合材料层合板的低速冲击损伤响应参数,试验结果证明了本文模型的有效性。     

AZ31/SiCp复合材料的高应变速率超塑性(英文)

在温度为 3 65～ 5 65℃和应变速率为 2 .0 8× 1 0 - 3～5 .2 1× 1 0 - 1 s- 1 的范围内 ,测试了 Si Cp/ AZ3 1镁基复合材料的超塑性。在温度为 5 2 5℃和应变速率大于 1 0 - 1 s- 1的条件下 ,得到延伸率 2 2 8%和应变速率敏感性指数 m>0 .3 ,温度提高到 5 40℃时在更高的应变速率 (5 .2 1× 1 0 - 1s- 1 )下得到延伸率 1 95 %。 Si Cp细化了复合材料基体组织 ,在超塑性试样断口上观察到了丝棒状物质。     

硬质合金与结构钢钎焊结构低温力学性能试验

针对航天器产品恶劣工况对材料及连接方式高抗拉、抗剪强度力学性能的需求,设计试验验证了深低温至高温环境下真空钎焊与火焰钎焊试样拉伸与剪切性能：真空钎焊在-233 ℃条件下抗拉强度可达536 MPa、剪切强度可达260 MPa、-150 ℃时剪切强度300 MPa、常温剪切强度212 MPa,低温下剪切强度值更高且皆优于火焰钎焊对应温度下试样的结果。同时研究了真空钎焊工艺对合金钢40CrNiMoA材料性能的影响,真空钎焊工艺加工过程使材料本身抗拉强度下降约38%,表面硬度值下降约25%。并测量了真空钎焊试样200 ℃高温条件下抗拉强度为804 MPa,剪切强度为239 MPa。通过试验研究了不同焊接工艺对结构焊接后力学性能的影响,该试验结果对后续航天器结构设计工作具有一定的指导作用。     

TC11钛合金的热态变形行为研究

采用等温恒应变速率压缩试验法,研究了TC11合金在780℃-1080℃和应变速率为0.001s-1~70s-1范围内的高温压缩变形行为。考察了变形温度、应变速率及变形程度对流动应力的影响关系。结果表明,流动应力对变形温度和应变速率敏感,随变形温度升高和应变速率降低流动应力减小,特别是在α β两相区变形温度对流动应力的影响显著。     

高温环境下电阻应变测试技术研究

针对改性C/C非金属材料表面高温应变测试技术的难点,本文开展了高温下电阻应变计的粘接、测试工艺研究。通过工艺摸索、试验验证,总结出了一套适合改性C/C材料的电阻应变计粘接工艺方法。试验表明:高温条件下,粘接层应变传递正常,热输出重复性优于9%。相同载荷下获取的应变值,高温与常温相差不大。新的粘接工艺能够满足改性C/C材料表面500o C条件下的高温应变测试需求,可以为结构热试验高温应变测试提供技术支撑。