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《沖擊載荷下圓環(huán)縱向壓縮力學行為研究》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。
1、第２９卷第１期實驗力學Ｖｏｌ．２９Ｎｏ．１２０１４年２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＸＰＥＲＩＭＥＮＴＡＬＭＥＣＨＡＮＩＣＳＦｅｂ．２０１４文章編號：１００１－４８８８（２０１４）０１－００１８－０８＊沖擊載荷下圓環(huán)縱向壓縮力學行為研究楊茨，徐松林，易洪昇（中國科學技術大學中國科學院材料力學行為與設計重點實驗室，安徽合肥２３００２７）摘要：選用外徑、內徑和高度三者比值為６∶３∶２的鋁合金圓環(huán)試件作為研究對象，在粗磨、細磨和潤滑三種端面粗糙條件下，利用ＳＨＰＢ實驗方法研究了其縱向動態(tài)壓縮行為。實驗結果表明：隨著端面摩擦系數(shù)的增大，對應的屈服強度和硬化強度增大明顯。同時，圓環(huán)縱向壓縮應
2、力應變曲線有一個明顯的應力下降段。其原因是圓環(huán)在塑性壓縮過程從內而外發(fā)生了動態(tài)塑性失穩(wěn)。由于端面應力不均勻和壓縮過程端面摩擦系數(shù)不均勻變化，試件前后端面的壓縮變形明顯不一致。數(shù)值模擬分析了不同表面粗糙情況下的圓環(huán)縱向壓縮過程，得到了和實驗相類似的現(xiàn)象。關鍵詞：沖擊動力學；分離式霍普金森壓桿；圓環(huán)縱向壓縮；端面摩擦效應中圖分類號：Ｏ３４７文獻標識碼：ＡＤＯＩ：１０．７５２０／１００１－４８８８－１３－０８２０引言圓環(huán)件縱向壓縮行為的研究起源于金屬加工工業(yè)。外徑、內徑和高度三者比值為６∶３∶２的典型［１］圓環(huán)試件的實驗和理論研究表明：圓環(huán)與壓板之間摩擦系數(shù)的大小比較靈敏地反映在
3、圓環(huán)內徑的相對變化上。圓環(huán)縱向壓縮時，隨著界面摩擦系數(shù)的不同，存在著兩種變形模式：當摩擦系數(shù)較小時，壓［２］縮后內徑擴大，內圓柱面呈凹狀；當摩擦系數(shù)較大時，壓縮后內徑縮小，內圓柱面呈凸狀。Ａｖｉｔｚｕｒ等［３］對圓環(huán)縱向壓縮過程作了理論推導和分析，得到了圓環(huán)壓縮的理論解和理論摩擦標定曲線。Ｍａｌｅ等則通過準靜態(tài)實驗得到了實驗摩擦標定曲線。上述研究工作主要集中于準靜態(tài)條件。對圓環(huán)進行縱向沖擊壓縮研究，始于ＳＨＰＢ實驗中對試件［４］橫向慣性效應的消除方面的探討。Ｈａｒｔｌｅｙ等用“限位法”，在較小軸向變形的情況下，利用ＳＨＰＢ實驗比較成功地得到了變形過程中內徑的相對變化和軸向變
4、形率的關系，并研究了端面摩擦效應對實驗［５］結果的影響。Ｃｈｅｎ等研究豬肉組織的動態(tài)力學響應時將試件做成圓柱形，并將中間挖去一個圓孔，［６］用來減小橫向慣性效應。Ａｌｖｅ和Ｋａｒａｇｉｏｚｏｖａ等利用黃銅、鋁合金、低碳鋼三種材料的ＳＨＰＢ實驗研究了圓環(huán)件的形狀與端面摩擦效應的關系，實驗結果表明：與傳統(tǒng)圓柱試件相比，采用較大的內徑、較?。郏?，８］的厚度圓環(huán)件時能有效的減?。樱龋校聦嶒炛械亩嗣婺Σ列?。盧芳云、林玉亮等通過霍普金森桿壓剪復合加載實驗研究了聚氨酯泡沫塑料、硅橡膠、ＭＤＦ水泥與鋁合金四種材料在不同端面摩擦條件下的力學響應，通過剪應力計得到端面摩擦系數(shù)隨加載時間的變化
5、關系，其結果表明：端面摩擦系數(shù)存在一定的分散性，即加載過程端面摩擦系數(shù)并不保持為恒定值。然而對于圓環(huán)件在大變形條件、不同端面粗糙條件下的動態(tài)力學行為的研究及相關機制探討方面＊收稿日期：２０１３－０５－２０；修訂日期：２０１３－０６－１９基金項目：國家自然科學基金（１１２７２３０４）資助通訊作者：徐松林（１９７１－），男，博士，副教授。主要從事材料動態(tài)力學行為的理論和實驗技術方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｌｘｕ９９＠ｕｓｔｃ．ｅｄｕ．ｃｎ第１期楊茨等：沖擊載荷下圓環(huán)縱向壓縮力學行為研究１９卻鮮有報導。相比于準靜態(tài)加載條件，在沖擊載荷作用下試件接觸面的形態(tài)、應力分布會發(fā)生更顯著的
6、變化，隨之而來的接觸面的摩擦條件也會發(fā)生顯著變化（在時間和空間尺度），必然帶來一些特殊的力學現(xiàn)象，值得進行深入研究。本文將采用ＳＨＰＢ實驗方法，研究圓環(huán)件在粗磨、細磨和潤滑等三種端面粗糙條件下的力學響應，結合端面摩擦效應等條件對實驗結果進行分析，并且利用ＭＴＳ對比實驗得到圓環(huán)試件的材料參數(shù)，利用數(shù)值模擬對此過程進行深入研究。１圓環(huán)縱向沖擊壓縮實驗實驗在中國科學技術大學沖擊動力學實驗室直徑為１４．５ｍｍ的Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ壓桿上進行，采用常規(guī)［９］的ＳＨＰＢ實驗技術。實驗裝置示意圖見圖１，主要由子彈（撞擊桿）、入射桿、透射桿組成。附屬設備包括氣槍、測速裝置、應變片、緩沖裝置等
7、，數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括超動態(tài)應變儀、瞬態(tài)波形存儲器以及計算機處理系統(tǒng)等。圖１ＳＨＰＢ實驗裝置Ｆｉｇ．１ＳＨＰＢｓｅｔ－ｕｐ圖１中圓環(huán)試件為外徑、內徑和高度分別為６ｍｍ、３ｍｍ和２ｍｍ的鋁合金圓環(huán)。分別在粗磨（用較粗砂紙將試件和桿端面磨平）、細磨（用較細的砂紙將試件和桿端面磨平）和潤滑（普通凡士林潤滑）三種端面粗糙條件下進行若干次重復實驗。如果粗磨、細磨、潤滑三種粗糙條件端面摩擦系數(shù)分別為μ１、、，則有。本文對圓環(huán)在這三種端面粗糙條件下的動態(tài)響應進行了對比研究。μ２μ３μ１＞μ２＞μ３同時，作為對比，在液壓伺服材料試
