【黄俊宇】冲击载荷下颗粒材料多尺度变形行为和颗粒破碎特性研究71页PPT

第25卷 第5期2005年10月航 空 材 料 学 报J OURNAL OF A ERONAUT ICAL MAT ER I A LSV o.l 25,N o .5O ctober 2005高速冲击载荷下M g -L i 合金的动态裂纹扩展行为沙桂英1,2,徐永波2,韩恩厚2,于 涛1,刘 路2,高国忠2(1.沈阳航空工业学院材料工程系,沈阳110034;2.中科院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,沈阳110016)摘要:利用H opk i nson 压杆实验装置对二种单相M g -L i 合金的三点弯曲试样进行了冲击实验,分析了不同结构M g -L i 合金的动态裂纹扩展特性及其微观断裂机制。

结果表明:在高速冲击条件下,单相M g -L i 合金的裂纹扩展主要是减速过程,且随L i 含量增加,由于合金组织结构的转变(hcp →bcc),加之合金中A l 的添加而沉淀的M gL i 2A l 与A l L i 粒子的作用,致使M g -L i 合金的裂纹扩展速度显著降低。

其中,M g -313L i 合金的最大裂纹扩展速度达1253137m /s ,而M g -14L i 合金的最大裂纹扩展速度为935156m /s 。

此外,在高速冲击条件下,M g -313L i 合金产生沿晶脆性断裂,而M g -14L i 合金主要为延性断裂。

关键词:M g -L i 合金;加载速率;裂纹扩展速度;断裂机制中图分类号:O 346.2 文献标识码:A 文章编号:1005-5053(2005)05-0050-04收稿日期:2004-12-06;修订日期:2005-03-15基金项目:国家自然科学基金(N o .50371089),航空科学基金(04G 54009)作者简介:沙桂英(1963-),女,教授,博士,(E -m ail)gysha @i m r .ac .cn 。

镁-锂合金具有与工程塑料可比拟的密度,是迄今为止发现的最轻的合金。

第 54 卷第 9 期2023 年 9 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.9Sep. 2023不同形状矿石单颗粒压缩破碎特性金爱兵1, 2，李木芽1, 2, 3，孙浩1, 2，唐坤林4，刘美辰1, 2，韦立昌1, 2(1. 北京科技大学 金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室，北京，100083；2. 北京科技大学 土木与资源工程学院，北京，100083；3. 苏州中材非金属矿工业设计研究院有限公司，江苏 苏州，215151；4. 中国恩菲工程技术有限公司，北京，100038)摘要：为了从宏观−细观角度探究不同形状矿石颗粒的破碎强度、破碎模式、碎块尺寸分布及断口表面形貌等破碎特性，首先，基于三维扫描技术重构矿石颗粒图像，获取颗粒形状参数；其次，定量表征矿石颗粒外部宏观层次轮廓形态及细观层次凹凸度；最后，对扫描后的几何平均粒径范围为20~45 mm 的不规则磁铁矿矿石颗粒进行单颗粒压缩破碎试验，并重构颗粒断口表面以定量探究断面粗糙度的影响因素。

研究结果表明：矿石颗粒的破碎强度分布可用Weibull 函数模型拟合，其中Weibull 参数m 为2.17，特征强度F 0为7.20 kN ；矿石颗粒破碎模式分为边部磨损、中部破碎、贯通缝破坏、随机开裂4种类型；中部破碎为主要破碎模式，占比为0.433，“第一尺寸碎块”及“第二尺寸碎块”质量分数分布均符合正态分布，均值分别在0.65和0.30左右；但当颗粒3个主维度长度接近时，颗粒不容易发生中部破碎。

以分形维数D 定量表征颗粒破碎断口表面粗糙度，当截面面积大于36 mm 2时，分形维数D 更稳定。

球度显著影响颗粒破碎断口表面平均分形维数D ˉ，扁平度、能量、棱角度及等效粒径4种因素影响程度次之且相近，延伸率的影响不存在统计学差异。

多功能含能结构材料冲击反应行为及细观模拟研究Aug. 29, 2012张先锋南京理工大学机械工程学院lynx@1主要内容研究背景及意义多功能含能结构材料冲击物态方程多组分混合物冲击物态方程计算多组分混合物冲击温度计算多功能含能结构材料冲击诱发化学反应模型基于冲击温升控制的冲击诱发化学模型冲击反应释能效率实验多功能含能结构材料冲击压缩细观模拟颗粒金属材料细观模型生成方法颗粒金属材料冲击压缩细观模拟多功能含能结构材料冲击压缩细观模拟下一步研究工作设想2反应颗粒金属混合物→Reactive Powder Metal Mixtures (RPMMs)通常由微米以及纳米尺寸的金属间颗粒混合物（如：Ni + Al），金属与O3）以及金属与聚合物（如Al + PTFE）组成。

金属氧化物（如Al+Fe2多功能含能结构材料→Multifunctional Energetic Structural Materials (MESMs) 在反应颗粒金属混合物的基础上，添加了用来提高材料强度的材料，如聚合物基体（如PTFE 和EPOXY）以及强度较高的金属材料（如W）。

MESMs特性释能特性强度特性其他特性3含能破片(反应式破片)4含能药形罩5释能原理：外界条件诱发材料发生化学反应释能条件爆炸加载温度加载冲击加载6MESMs冲击加载条件下产生的现象细观与宏观现象的联系细观尺度颗粒塑性变形微射流现象颗粒间熔合孔隙压实颗粒破碎宏观尺度材料温升材料释能7设计MESMs待研究的内容 材料种类材料配比材料颗粒尺寸材料颗粒空间排布材料孔隙率冲击加载条件材料制备释能效率 研究方法理论分析需要提供初始参数，定性分析实验方法时间域，花费高数值模拟方法空间域考虑MESMs的细观特性直接观测冲击压缩下细观尺度上的形态变化获得冲击压缩下细观尺度上温度、压力分布89冲击波物理方程()()c c E E VV P P −=−γ()()()[]200020V V S V V V C V P −−−=ps SU C U +=0 物态方程在物理学和热力学中，状态方程（英语：Equation of state ），也称物态方程，表达了热力学系统中若干个态函数参量之间的关系。

一种多尺度内聚颗粒模型的构建方法及数值模拟研究郭进山;蔡改贫;卢小江;夏刘洋;余世科【摘要】基于离散元方法采用Hertz-Mindlin接触模型和黏结颗粒模型,构建石灰岩的多尺度内聚颗粒模型.利用EDEM与ADAMS耦合将该模型应用于双摆锤冲击破碎过程,分析冲击破碎能对石灰岩冲击破碎的影响.结果表明:冲击破碎能与黏结键的数目有一定的线性关系,且冲击破碎能越大黏结键断裂越迅速,矿料破碎得越彻底;冲击角度越大,破碎力增加的速率也越大.最后该模型给出与试验相吻合的颗粒粒度分布曲线,说明该模型能够较好地模拟矿料的冲击破碎过程.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2016(016)008【总页数】7页(P72-78)【关键词】离散单元法;多尺度内聚模型;数值模拟【作者】郭进山;蔡改贫;卢小江;夏刘洋;余世科【作者单位】江西理工大学机电工程学院,赣州341000;江西理工大学机电工程学院,赣州341000;江西理工大学机电工程学院,赣州341000;江西理工大学机电工程学院,赣州341000;江西理工大学机电工程学院,赣州341000【正文语种】中文【中图分类】TD451随着计算机技术的不断发展，离散单元法在研究破碎机理方面备受学术界和工程界的广泛重视[1]。

采用离散元法数值模拟技术对颗粒群破碎进行仿真分析，需要建立合理的物料颗粒模型。

而颗粒模型形状与实际物料越近似，仿真结果与实际现象就会越接近[2]。

在矿料模型构建方面许多研究者相继提出不同的构建方法，Wang等[3]提出了类似圆盘簇的逐渐充填方法，但此建模方法会导致建模图形表面粗糙且凹凸不平；Ferellec [4]提出了用不同半径的球对真实颗粒体积进行填充的一点相切法，但该方法通过优化的生成的球数数量较多，计算效率较低。

黄俊宇等人[5]选用Hertz-Mindlin接触模型和平行键黏结模型，建造石英砂的动态多尺度模型，但该模型无法定量模拟实际颗粒材料的变形行为；谢世勇等[6]人运用数值模拟方法研究了冲击载荷作用下的岩石应力变化，但此岩石模型是基于有限元法无法模拟岩石破碎之后颗粒运动状态。

第 54 卷第 3 期2023 年 3 月中南大学学报(自然科学版)Journal of Central South University (Science and Technology)V ol.54 No.3Mar. 2023冲击荷载作用下层状充填体动力学特性及破坏模式李金鑫1, 2，孙伟1, 2，赵建光1, 2，张盛友1, 2，卢开放1, 2，程海勇1(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明，650093；2. 云南省中德蓝色矿山与特殊地下空间开发利用重点实验室，云南 昆明，650093)摘要：为研究冲击荷载作用下层状充填体的动力学特性，本文采用分离式霍普金森压杆(SHPB)系统及LS-DYNA 模拟软件，研究灰砂比、冲击速率和分层数对充填体动态弹性模量、静/动态峰值应力、动态强度增长因子及破坏模式的影响规律。

研究结果表明：随分层数增加，充填体的动态弹性模量、静/动态峰值应力逐渐减小；随灰砂比增加，充填体的静/动态峰值应力逐渐增大；随冲击速率增大，充填体的动态弹性模量、动态峰值应力及动态强度增长因子逐渐增大；在冲击破碎过程中，完整充填体的破坏模式主要表现为剪切破坏，而层状充填体则于分层面处发生劈裂破坏；当冲击速率小于4 m/s 时，未分层充填体沿试件表面发生轻微破碎，层状充填体则沿试件分层面处发生断裂；充填体内分层面的存在可降低充填体动态峰值应力。

关键词：层状充填体；冲击荷载；动力学；破坏模式；动态强度中图分类号：TD853 文献标志码：A 开放科学(资源服务)标识码(OSID)文章编号：1672-7207（2023）03-0944-12Dynamic characteristics and failure mode of layered backfillunder impact loadLI Jinxin 1, 2, SUN Wei 1, 2, ZHAO Jianguang 1, 2, ZHANG Shengyou 1, 2, LU Kaifang 1, 2, CHENG Haiyong 1(1. Faculty of Land and Resources Engineering, Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093, China;2. Yunnan Key Laboratory of Sino-German Blue Mining and Utilization of Special Underground Space,Kunming 650093, China)收稿日期： 2022 −08 −10； 修回日期： 2022 −10 −23基金项目(Foundation item)：国家自然科学基金资助项目(51964023)；云南省重大科技项目(202202AG050014)；云南省基础研究计划项目(202101BE070001-038，02201AT070146)；国家重点研发计划项目(2019YFC1904202)；云南省创新团队资助项目(202105AE160023)；云南省教育厅科学研究基金资助项目(2022J0055) (Project(51964023) supported by the National Natural Science Foundation of China; Project(202202AG050014) supported by Yunnan Major Scientific and Technological Program; Projects(202101BE070001-038, 202201AT070146) supported by Yunnan Fundamental Research; Project (2019YFC1904202) supported by National Key Research and Development Program of China; Project (202105AE160023) supported by Yunnan Innovation Team Funding; Project(2022J0055) supported by Yunnan Department of Education Science Research Fund)通信作者：孙伟，教授，从事膏体充填及绿色开采研究；E-mail ：**************DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2023.03.013引用格式： 李金鑫, 孙伟, 赵建光, 等. 冲击荷载作用下层状充填体动力学特性及破坏模式[J]. 中南大学学报(自然科学版), 2023, 54(3): 944−955.Citation: LI Jinxin, SUN Wei, ZHAO Jianguang, et al. Dynamic characteristics and failure mode of layered backfill under impact load [J]. Journal of Central South University(Science and Technology), 2023, 54(3): 944−955.第 3 期李金鑫，等：冲击荷载作用下层状充填体动力学特性及破坏模式Abstract:In order to study the dynamic characteristics of layered backfill under impact load, the Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB) system and LS-DYNA simulation software were used to study the influence of cement-sand ratio, impact rate and delamination number on the dynamic elastic modulus, static/dynamic peak stress, dynamic strength growth factor and failure mode of backfill. The results show that the dynamic elastic modulus and static/ dynamic peak stress of the backfill gradually decrease with the increase of the number of layers. With the increase of cement-sand ratio, the static/dynamic peak stress of backfill increases gradually. With the increase of impact rate, the dynamic elastic modulus, dynamic peak stress and dynamic strength growth factor of backfill gradually increase. In the process of impact crushing, the failure mode of the complete backfill is mainly shear failure, while the layered backfill is split at the sub-level. When the impact rate is less than 4 m/s, the unstratified backfill is slightly broken along the surface of the specimen, and the layered backfill is broken along the sub-layer of the specimen. The existence of sub-layer in the backfill reduces the dynamic peak stress of the backfill.Key words: layered backfill; impact load; dynamics; destruction mode; dynamic strength充填采矿法不仅能够有效回收矿柱资源、控制地表沉降与地压，同时也可充分利用尾砂、废石等固体废弃物，实现矿山无废开采[1−3]。

冲击荷载下含铜矿石动态力学特性与能耗规律研究目录一、内容概要 (2)1. 研究背景与意义 (3)2. 研究目的及问题提出 (4)二、文献综述 (5)1. 铜矿石力学特性研究现状 (6)2. 冲击荷载下岩石力学特性研究 (7)3. 岩石能耗规律研究现状 (8)三、实验材料及方法 (10)1. 铜矿石样本采集与制备 (11)2. 实验设备与冲击荷载系统介绍 (12)3. 实验方案设计与实施过程 (13)四、冲击荷载下含铜矿石动态力学特性研究 (14)1. 冲击荷载下铜矿石应力-应变关系分析 (15)2. 铜矿石动态力学参数变化规律 (16)3. 不同因素对抗压强度影响的研究 (18)五、含铜矿石能耗规律研究 (19)1. 冲击荷载下铜矿石能量耗散分析 (19)2. 能耗与力学特性关系研究 (21)3. 能耗规律模型建立与验证 (22)六、实验结果分析与讨论 (23)1. 实验结果汇总 (24)2. 实验结果分析 (26)3. 结果讨论与对比 (27)七、结论与展望 (28)1. 研究结论总结 (29)2. 研究成果对实际应用的指导意义 (31)3. 研究展望与未来研究方向 (31)一、内容概要本研究旨在深入探讨冲击荷载作用下含铜矿石的动态力学特性及其能耗规律。

通过一系列实验和理论分析，我们期望能够揭示含铜矿石在受到冲击荷载时材料的内部应力分布、形变机制以及能量耗散过程，从而为含铜矿石的开采、加工及后续处理提供重要的理论依据和技术指导。

在研究过程中，我们采用了先进的材料试验机、高速摄影机和应力传感器等设备，对含铜矿石在不同冲击荷载条件下的力学行为进行了详细的测试和分析。

我们还结合数值模拟技术，对含铜矿石的动态力学特性进行了深入的研究和预测。

在冲击荷载作用下，含铜矿石的应力应变关系呈现出明显的非线性特征，其应力峰值和应变率均随着冲击荷载的增大而增加。

含铜矿石在冲击荷载作用下的形变机制主要包括脆性断裂和塑性变形两种类型，其中脆性断裂是主要的失效模式，而塑性变形则主要发生在冲击荷载的局部区域。