一文说尽冲击动力学——动态力学实验技术
点击上方蓝字了解更多计算与STEM领域研究前沿材料的应变率和测量材料的动态力学实验技术可以参考Meyers写的Dynamic Behavior of Materials。在材料的动态实验中，关键的参数是应变率而不是变形速度。需要注意的是，应变率的大小不仅取决于加载速度，还取决于试件本身的尺寸。对于相同的加载速度，试件尺寸越小，变形的应变率越大。下图展示了不同的应变率对应的实验技术。 图：各类实验技术可以达到的应变率范围。中、高应变率下的材料动态力学性质早在1905年，Bertram Hopkinson就对钢材进行了一系列的动态实验。发现钢材的动态强度至少是低应变率情况下的2倍。实验还发现，钢在应变率增加时会经历一个由韧性到脆性的转变过程。实验表明，材料在动态荷载下的应力不仅取决于应变，还取决于应变率、应变历史以及温度。常用的Johnson-Cook本构方程就是其中的一个描述动态效应的本构方程。至今，大多数材料动态本构方程的参数只能依赖于动态实验技术，很少有能够通过理论直接计算出来的。通过冲击荷载下的压缩、拉伸和剪切试验，科学家得到了大量的关于材料应力和应变率的关系。在剪切试验当中，当剪切应变率不断增大，材料表现出了明显的剪切应变率“硬化”现象。因此，一些科学家认为，存在着一个极限应变率，使材料的强度趋于无穷大。需要注意的是，当应变率不断增加，变形过程会逐渐由完全等温状态转变为完全绝热状态。在常规力学实验中，由于加载过程缓慢，试件和环境会发生充分的热交换，其温度和室温始终接近，因而试件的变形是一个等温过程。但在高速实验中，由于加载过于迅速，塑性变形过程中产生的热量来不及流失，就会使试件温度升高，此时变形过程为绝热过程。由于变形过程是绝热过程，一定条件下会形成绝热剪切带。按照常规方法计算的剪切变形在绝热剪切下会失真。中、高应变率下的力学试验技术为了达到中等应变率，最可行的方案是通过一定方式蓄能，然后在突然释放。如可以利用压缩气体、落锤、飞轮等等。以下展示了相关的中等应变率的实验装置。 图：气锤示意图 图：落锤 图：旋转飞轮式高速拉伸机。 图：快速拉压试验机。参考资料：《冲击动力学》 如果你觉得此文对你有帮助，请点赞，谢谢！计算机技术在科学&技术&工程&数学中得到了广泛的应用，力学方面，计算机技术成为了科学的第四次革命性技术，现在基于计算机的数据科学已经逐步成为力学等其他科学发现的第四范式。人工智能、大数据、数字孪生等概念已经逐步成为当今时代的主题。智能制造、智能算法、数据驱动力学、大语言模型、自动驾驶在当今社会展现出巨大潜力，吸引了大量的研究人员。同时高性能显卡和多核中央处理器的出现为大规模数值模型的高性能计算提供了强大算力。然而因为该领域的论文较多，涉及内容较广，需要的知识量较大，不仅需要力学，数学，物理的知识，还需要计算机、数据科学、大数据分析的知识。入门门槛较高，因此我建立了此微 信公众 号（STEM与计算机方法），希望通过自己的学习加上文献翻译和整理，帮助新手快速掌握前沿研究的热点和聚焦，轻松入门计算的相关研究（实验、理论、数值计算方法），从而吸引和聚焦更多对该技术和研究领域感兴趣的华人朋友，为推动智能计算与基础科学的科学研究的发展和交流做一点儿贡献！如果你认同我的想法，请点击右上角的三个点，将此文章（公 众号）发送给你的老师和同学，谢谢。如果你想在朋友圈中分享你所专注的前沿研究，欢迎你分享到朋友圈，谢谢！STEM与计算机方法 来源：STEM与计算机方法
