材料在一次使用后就会永久损坏,不适合重复使用。最近,结构材料 (或超材料) 被设计成通过弹性屈曲不稳定性来捕获能量。[1–5] 这种结构能量捕获机制具有可扩展性和可逆性,使结构材料可重复使用。[3] 尽管如此,弹性能量捕获机制具有固定的能量吸收能力,而与应变率无关。[3] 希望开发一种可重复使用的结构材料,这种材料在很宽的应变率范围内表现出更大的能量吸收能力,以增强振动和冲击保护性能。为了实现这一目标,我们假设可以通过结合速率相关的材料耗散机制来增强结构材料的能量吸收能力。 [3,6–8] 虽然结构材料的概念是基于材料和几何形状之间的相互作用,但大多数研究都集中在机械不稳定性而非材料非弹性的非线性效应上。[5] 最近,很少有研究应用粘弹性来调节多稳态超材料的屈曲模式。例如,Janbaz 等人 [9] 展示了如何使用由两个横向连接的梁组成的双梁来实现应变率相关的机械超材料,其中一个是超弹性的,另一个是粘超弹性的。
作为与船舶船体结构改进有关的研究计划的一部分,船舶结构委员会正在海军研究实验室赞助一项调查,以确定当钢材在高应变率下受力时会发生什么,以及这可能与脆性断裂有何关系。
摘要:在高应变速率(HSR)加载下的单向和平原编织S2玻璃/乙烯基酯复合材料的压缩特性和失败分析已使用Split Hopkinson压力棒(SHPB)技术研究。在这项工作中采用了一种系统的实验方法,以确定各种应力水平下的损伤进展以及对复合材料的应变率影响。经典的SHPB设备已通过波浪捕获机制纳入,以应用预定的冲击负荷水平并限制重复的负载。这有助于识别加载期间微结构损伤进展。研究了所有三个主要方向的应力 - 应变响应,并通过微观检查确定相关的故障模式。将准静态抗压强度,失效应变和弹性模量与SHPB测试结果进行比较,以确定失败机理的变化。观察到单向和普通编织复合材料的抗压强度和失效应变均取决于速率。分析了这种压缩响应的速率依赖性,并建立了对复合材料的速率影响之间的相关性。最后,在高应变率负载下,还针对单向复合材料进行了三维瞬态有限元分析(FEA),以便对失败机理有透彻的了解。载荷以厚度,纤维和横向施加,并模拟相应的应力轮廓。加载的所有三个主要方向的应力 - 应变行为的FEA预测与高应变率实验结果良好相关。
已经开发出测试方法来比较聚醚醚酮 (PEEK) 热塑性聚合物在准静态、高应变率拉伸试验和疲劳载荷下的机械响应和失效行为。拉伸试验的应变率从 0.0003 s − 1 到 60 s − 1,并在不同的温度下进行,以比较样品在不同测试条件下的流动特性。还进行了不同幅度和频率的疲劳试验,以评估循环载荷期间的温升及其对断裂行为的影响。结果表明,与准静态行为相比,动态拉伸会导致脆性断裂;而在高频率和载荷幅度的疲劳试验下,材料不仅表现出更延展的行为,而且还清楚地表明诱导自热对 PEEK 的模量和机械性能有显著的影响。因此,本文的主要目的是讨论诱导温度及其对断裂表面的影响。热疲劳在提高温度和缩短疲劳寿命方面起着非常重要的作用;因此,有必要了解热疲劳发生的条件以及消耗的能量。从实验结果和计算中获得的方程可以估算疲劳试验中的能量耗散,它是循环和频率的函数。
已经开发出测试方法来比较聚醚醚酮 (PEEK) 热塑性聚合物在准静态、高应变率拉伸试验和疲劳载荷下的机械响应和失效行为。拉伸试验的应变率从 0.0003 s − 1 到 60 s − 1,并在不同的温度下进行,以比较样品在不同测试条件下的流动特性。还进行了不同幅度和频率的疲劳试验,以评估循环载荷期间的温升及其对断裂行为的影响。结果表明,与准静态行为相比,动态拉伸会导致脆性断裂;而在高频率和载荷幅度的疲劳试验下,材料不仅表现出更延展的行为,而且还清楚地表明诱导自热对 PEEK 的模量和机械性能有显著的影响。因此,本文的主要目的是讨论诱导温度及其对断裂表面的影响。热疲劳在提高温度和减少疲劳寿命方面起着非常重要的作用;因此,有必要了解热疲劳发生的条件以及消耗的能量。从实验结果和计算中获得的方程可以估算疲劳试验中的能量耗散,它是循环和频率的函数。
3.2.1 方法论 ................................................................................................ 94 3.2.2 实验细节 ................................................................................................ 95 3.2.3 测试载体描述 ........................................................................................ 96 3.2.4 测试载体 1:回流曲线验证的影响 ........................................................ 96 3.2.5 测试载体 2:应变率验证的影响 ............................................................. 98 3.2.6 测试载体 3:CSH 验证的影响 ............................................................. 101 3.2.7 测试载体 4:空洞验证的影响 ............................................................. 104 3.2.8 测试载体 5:ATC 对焊点长期可靠性的影响 ............................................. 106
结构委员会项目开发标准结构委员会的“ShiD 船体结构的长应变率:可行性研究”专门针对使用现场仪器获得所需的时间变化曲线。SSC 报告“开发用于记录全尺寸船舶撞击数据的仪器包”,SSC-274,将应变记录系统确定为仪器包的一个组成部分。未来将开展许多旨在提高我们对船舶在役载荷下的结构响应的理解的项目。其中包括一个集成项目,包括波高测量、可能的全尺寸碰撞和搁浅测试、制造要进行故障测试的大型船体梁模型以及长期应力和应变率数据采集。全尺寸应变数据对于推断支持这些项目的应力条件是必不可少的。随着配备仪器的船舶数量和这些计划的持续时间的增加,收集数据的统计有效性会提高。此外,通常导致更高压力水平的极端天气条件相对较少出现。一套经济实惠且在海上几乎不需要关注的仪器套件将为获取越来越多的全尺寸数据铺平道路。