船用钢/聚氨酯夹层板动态压缩本构关系研究

基于Ansys/LS-DYNA对SHPB实验技术进行了数值模拟,分析了不同厚度比的钢/聚氨酯夹层板在多种应变率下的动态压缩力学性能,在此基础上分别基于ZWT模型和Johnson-Cook模型建立了此类夹层板的动态压缩本构方程,并对2种方程进行对比分析。研究表明,钢/聚氨酯夹层板对应变率非常敏感,屈服强度随应变率的增大而显著提高;基于Johnson-Cook模型构建的钢/聚氨酯夹层板动态压缩本构方程能比较精确的描述不同厚度比的钢/聚氨酯夹层板在高应变率下的应力应变关系,方程具有一般性且精度较高。     

环氧树脂改性聚氨酯弹性体材料

采用高分子共混法,通过向聚氨酯预聚体中加入环氧树脂（E-51）制备出了性能优良的弹性体材料。研究了E-51的加入量对弹性体力学性能的影响;用FT-IR和XRD表征了固化反应的过程以及产物的内部结晶状态;通过动态粘弹谱对比了改性前后材料的动态力学性能;测试了材料的透水系数。实验结果表明：E-51当加入量为25%,所得聚氨酯弹性体材料的内部出现了宽的聚合物峰,此时材料的力学性能与E-51的其他加入量相比最佳;材料的动态力学性能比改性前有了大幅度的提高,同时耐水性能也比其他不同软段的聚氨酯弹性体材料要好。     

高速入水冲击下传感器用聚氨酯防护层配方及工艺

使用浇注型聚氨酯弹性体作为高速入水冲击下传感器的防护层材料,研究了多元醇和扩链剂的种类及NCO含量对聚氨酯弹性体加工工艺性、力学性能和耐水性的影响。PTMG型聚氨酯的加工工艺性好,耐水性最佳。随着预聚体NCO含量的提高,聚氨酯弹性体的硬度和拉伸强度提高。当NCO%为5时,耐水性最佳。文中采用的邵A92度聚氨酯弹性体力学性能和耐水性良好,用其制备传感器防护层,可满足使用要求。     

基于修正CS模型的船用低碳钢动态力学性能研究

为了得到船用低碳钢的动态力学性能及本构关系,运用静态试验机及分离式Hopkinson压杆加载装置,在应变率为0.000 2~3 900 s-1范围内得到了准静态拉伸及动态压缩条件下的应力应变曲线,对Cowper-Symonds材料模型进行了修正,得到了两种形式的本构关系,并讨论了模型的适用性。结果表明:船用低碳钢具有明显的应变率强化效应和非线性应变硬化效应;两种动态本构关系可以描述材料在冲击荷载下的力学性能;模型在高应变率(2 000 s-1)下的使用应慎重。     

CCS-B船用钢的动态力学性能探究

采用分离式Hopkinson压杆实验设备,对CCS-B船用钢试件进行了3种不同冲击压力作用下的冲击试验,通过自编程序,得到入射波、反射波和透射波的起点,由三波法计算得到了不同应变率下材料的动态力学性能曲线。通过与材料的静态力学比较分析,表明CCS-B船用钢在中高速冲击载荷作用下,其屈服强度具有应变率敏感性;比较了不同冲击速度下材料的动态力学性能,结果表明材料力学性能与高应变率具有相关性,即材料的屈服强度随应变率的增加而增大。     

混凝土动态直接拉伸实验相关问题研究

混凝土材料的动态拉伸应力应变曲线是其动态力学性能的重要部分.由于实验装置的限制,混凝土的动态拉伸性能主要通过巴西圆盘实验和层裂实验间接进行研究.论文借助大直径分离式霍普金森拉杆实验装置(Split Hopkinson Tension Bar,SHTB)对混凝土进行了动态直接拉伸实验,介绍了试件的连接和应力波的加载,对判断低加载率下试件的破坏形式进行了分析和研究.     

大尺寸霍普金森拉杆装置实验研究

工程材料(如混凝土)动态拉伸与动态压缩力学性能存在很大差别,其动态拉伸因为实验装置的限制没能进行.论文回顾了霍普金森拉杆的发展历程,介绍了直接杆一杆型霍普金森拉杆实验装置和实验原理.在脉冲长度调整、低应变率大应变加载和可变直径三个方面给出了解决方法;同时也存在波的横向弥散、试件连接和试件应力平衡等问题需要解决.     

实用性磁流变弹性体性能研究

为了制备出实用型磁流变弹性体,本文提出了一种新型磁流变制备方法,利用设计的有场固化模具,制备出了聚氨酯基磁流变弹性体,并对其力学性能进行了系统的研究.     

微孔聚氨酯弹性体实验研究

研究了以聚合接枝聚醚多元醇和改性MDI为主要原材料,通过添加一定量的发泡剂、表面活性剂、醇胺交联剂等辅助原材料采用反应注射成型工艺制备出微孔聚氨酯弹性体,并对微孔聚氨酯弹性体的性能与实体聚氨酯弹性体进行对比。结果表明微孔聚氨酯弹性体具有与实体聚氨酯弹性体相当的机械性能和耐海水腐蚀性能,但微孔聚氨酯弹性体具有更高的能量吸收和较低的密度,适合用做舰船防撞抗振缓冲材料。     

船用917钢抗冲击性能试验

无论金属材料或是非金属材料,其力学性能都是与应变率相关的.由于应变率历史效应以及在高速变形条件下产生绝热剪切带等不稳定性因素,使得材料对于高应变率响应的问题变得十分复杂,而一些实验方法则起到了重要作用.材料的本构关系是与水下爆炸等现象仿真研究的精度直接相关的,材料在高应变率下本构关系的确定,对水下爆炸等产生高应变率现象进行仿真研究具有重要意义.本文通过Hopkinson杆装置对船用917低磁钢进行了抗冲击性能研究,并由试验给出了仿真研究中适用的本构关系.     

火灾爆炸作用下921A钢力学性能及本构关系

采用万能试验机和霍普金森压杆(SHPB)系统,对火灾爆炸下921A钢高温力学性能及动态力学性能进行研究。基于试验数据,分别拟合Johnson-Cook本构模型、Cowper-Symonds本构模型,修正Cowper-Symonds模型应变硬化项,并通过试验验证了有效性。参考Johnson-Cook本构模型温度项耦合方法,建立综合考虑温度软化效应和应变率强化效应的921A钢本构模型。     

考虑损伤滑移效应的钢护筒-混凝土模型界面研究

针对钢护筒钢筋混凝土组合结构的界面力学特征,开发了考虑损伤滑移效应的钢护筒-混凝土界面模型。在分析钢筋混凝土结构受力机理的基础上,对钢护筒和混凝土在三维尺度上的相对运动进行分解,进而建立钢护筒-混凝土界面模型的三维本构关系。选取混凝土的压缩应变作表征混凝土损伤程度的定量指标,并提出量化的计算方法来考虑混凝土的局部受压和滑移的耦合效应对界面荷载传递性能的影响。进行钢护筒-钢筋混凝土组合构件的受压性能试验,通过对比试验结果和模拟结果验证模型的适用性。     

1Cr18Ni9Ti钢的抗冲击性能实验研究

材料本构关系的准确程度对结构数值仿真分析的结果影响很大。对于受冲击载荷的金属结构,材料特性还与应变率关系密切。通过分别采用Hopkinson压杆实验系统与WDW3050微控电子万能试验机进行了1Cr18Ni9Ti钢的动态与静态性能测试,得到了本构方程的表达式,为后续的结构抗冲击仿真分析提供了较为准确的数据。     

海洋环境温度下固体火箭发动机的温度和应力分析

为了预估海洋环境温度对舰载导弹固体火箭发动机的累积损伤作用,保证发动机的正常工作,以2个海区为环境对象,通过环境温度模型、传热模型和粘弹性本构关系,用有限元法求解了舰载导弹固体火箭发动机对海洋环境的温度和应力响应,得到了发动机中的温度分布和应力分布.结果表明,同样粘结强度时,发动机第一粘结界面比第二粘结界面更容易脱粘;药柱中星尖处应力最大,是产生裂纹的危险部位;冬季是发动机药柱容易产生裂纹的危险季节.     

450MPa级船用钢冲击实验研究及Cowper-Symonds本构模型

应用SHPB实验技术,对450MPa级船用钢进行冲击实验研究,建立了材料的Cowper-Symonds本构模型.冲击实验发现,450MPa级船用钢的动态流动应力在变形过程中,具有二次非线性强化规律、存在强化转折点.当材料的变形小于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而增大;当材料的变形大于转折点的应变时,动态流动应力随应变的增大而减小.文中还对Cowper-Symonds本构模型的适用范围进行了讨论.     

Dynamic hardening behaviors of various marine structural steels considering dependencies on strain rate and temperature

This paper presents a new formula for prediction of the dynamic hardening effect for various marine structural steels, considering dependencies on the strain rates and temperatures. Dynamic tensile tests are carried out for three kinds of marine steels, 2W50, EH36, and DH36, changing the steel layer in the thickness direction, the strain rates, and temperatures. Considering two thickness layers at the middle and surface, five strain rate levels of 0.001/s, 1/s, 10/s, 100/s, and 200/s, three temperature levels of LT (−40 °C), RT, and HT (200 °C), and two repetitions, the total number of tests is 180. Dynamic hardening is clearly seen at LT and RT regardless of the material type, while dynamic strain aging occurs at HT, leads to negative strain rate sensitivity, and thus elevates the quasi-static flow stress above the dynamic flow stress to a certain strain rate. Dynamic hardening factors (DHFs) are derived as a function of the proof strains of 0.05, 0.10, and 0.15 according to each material type and temperature level. A new formula to determine the material constant D of Cowper–Symonds constitutive equation is developed. The correctness of the proposed formula is verified through comparison with test flow stress curves and reference test data in large plastic strain and high strain rate ranges.     

Nonlinear dynamic response of blast-loaded stiffened plates considering the strain rate sensitivity

The aim of the present paper is to develop a simple theoretical method which can quickly calculate the nonlinear dynamic response of stiffened plates under a blast loading. The large deformation behavior of the stiffened plate is analyzed by using a singly symmetric beam model as representative of the stiffened plate. The material is assumed to be rigid-perfectly plastic, and the strain rate sensitivity is considered by using the Cowper–Symonds constitutive model (CS model). By Lee's extremum principle, the instantaneous modes of nonlinear structural response are determined. A series of calculations are performed to investigate the influence of pulse intensity, pulse duration, plate thickness, stiffener spacing and material property on the displacement response. The obtained results are in good agreement with those of numerical simulations performed by software package ABAQUS, and then a definition for the cases when the simplified method proposed here can be used is provided.