航天器防护结构弹道极限数值模拟

采用AUTODYN-2D无网格SPH数值技术, 对遭遇速度为(2～11)km/s条件下球形铝弹丸正碰撞Whipple防护结构的弹道极限(临界弹丸直径)进行了数值模拟.结果表明,数值模拟结果与实验值相当吻合,且弹道极限随碰撞速度增大呈现为三种不同的变化趋势.当碰撞速度V≤3km/s或V≥7km/s时,临界弹丸直径随碰撞速度增大而减小;当3km/s<V<7km/s时,临界弹丸直径随碰撞速度增大而增大.     

激光清洗中振镜扫描速度对7075铝合金表面质量和摩擦特性的影响

采用脉冲激光对7075铝合金表面原始氧化膜进行了激光清洗实验，探究振镜扫描速度对7075铝合金清洗表面形貌、氧含量和物相组成的影响规律，通过激光共聚焦显微镜和摩擦磨损试验机研究了7075铝合金的表面粗糙度和耐磨性能。研究结果表明：随着振镜扫描速度从2 500 mm/s增加至4 500 mm/s,清洗表面氧含量和粗糙度均呈现先减小、后增大的趋势，当扫描速度为3 500 mm/s时，表面氧含量和粗糙度均达到最低，分别为1.45%和0.344μm,当扫描速度为2 500 mm/s时，清洗表面会出现严重的熔融现象，光斑凹坑以及波纹状凸起使得清洗表面粗糙度增大，当扫描速度小于等于3 000 mm/s时，清洗表面会发生热氧化，生成了主要由Al₂O₃组成的新的氧化膜；激光清洗后，粗糙度较小的熔融层可提高清洗表面减摩耐磨性；在10 N的摩擦载荷下，严重熔融的清洗表面在摩擦过程中会发生疲劳剥落；清洗表面磨损机制主要以磨粒磨损和剥层磨损为主。     

气凝胶夹芯结构冲击吸能实验研究

针对装甲车、舰船等武器装备冲击碰撞防护需求,提出一种气凝胶夹芯冲击吸能结构,采用一级轻气炮系统,结合力传感器、高速摄像及数字图像相关技术,研究10.4m/s、15.4m/s、19.0m/s共3种较高冲击速度下7种气凝胶夹芯结构冲击吸能特性。研究结果表明：随着冲击速度的增加,7种气凝胶夹芯结构的峰值碰撞力、压垮距离、比吸能、平均碰撞力均逐渐增大;相同冲击速度下,随着气凝胶层厚度的增加,气凝胶夹芯结构的比吸能逐渐增大,峰值碰撞力呈下降趋势,碰撞力效率总体变化较小;在研究范围内,较大的气凝胶层厚度有利于结构冲击吸能特性的提高,同时避免过大峰值碰撞力对防护人员或装备的损伤。     

仿鲨鱼鳃部射流减阻特性的仿真研究

针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性针对鲨鱼鳃部射流表面流场特性建立了基于鲨鱼鳃部特征的仿生射流模型,采用数值模拟方法,在主流场入口速度为3 m/s、射流速度为0.02~1 m/s条件下,研究仿鲨鱼鳃部射流的减阻特性、分析其减阻机理。研究结果表明：当射流速度u＞0.1 m/s时,仿鲨鱼鳃部射流具有减阻效果,且减阻率随射流速度增大而增大。仿鲨鱼鳃部射流通过影响摩擦阻力和压差阻力改变减阻特性。仿鲨鱼鳃部射流对摩擦阻力的影响机理为：射流出口下游流场黏性底层增厚、速度梯度降低;同时形成反向旋涡,使流场存在稳定的大涡结构,降低了湍流脉动对壁面的作用。对压差阻力的影响机理为：射流速度作为一种附加动力,对压差阻力产生抑制效应,导致了模型压差阻力的下降。     

基于SPH算法对混凝土裂纹扩展研究

为研究混凝土在冲击载荷作用下的裂纹扩展,用非线性动力学软件AUTODYN-2D、扩展性Drucker-Prager强度模型,采用SPH算法对混凝土在冲击载荷作用下的裂纹形成过程进行数值模拟。分析混凝土在冲击载荷作用下的裂纹扩展情况,研究弹体不同速度对裂纹扩展的影响。结果表明,采用扩展性模型Drucker-Prager能够合理地描述混凝土裂纹的扩展现象。在本研究条件下,当速度小于650 m/s,混凝土裂纹扩展的最大直径随着速度的增加而增大;当速度大于650 m/s,混凝土裂纹扩展的最大直径呈先增大后不变的现象。     

射流在大炸高下的断裂及速度分布

为提高射流在大炸高下的侵彻能力,结合某型破甲战斗部的改进,通过试验研究了射流在大炸高下的断裂及速度分布,结果表明,大炸高下射流的断裂过程及速度分布是不连续的,高速段颗粒速度呈非线性分布,前后颗粒间速度差为1478.1m/s;低速段呈线性分布,前后颗粒间速度差为124m/s。射流的侵彻能力主要取决于高速段,到达靶板表面时的速度不低于5000m/s。     

塑料粘结炸药模拟物共振声混合工艺过程变化规律研究

为获得塑料粘结炸药（PBX）共振声混合的工艺规律,实现PBX在高安全、低能耗条件下的高效混合,以固含量为88%的浇注PBX模拟物为对象,研究加速度和混合时间对PBX模拟物混合过程的影响。实验设备为5 kg级共振声混合设备,实验量级为1 500 g,混合加速度变化范围为0~60 g(g=9.8 m/s²)。实验结果表明：在不同混合阶段,物料状态不同,所需最小混合加速度也不同。根据典型物料状态,将混合过程划分为颗粒混合区、固体与液体混合区、成球区、黏弹区和流化区5个区域,前3个混合区域实现安全条件下物料的预混,黏弹区和流化区是最高效的混合区域,实现物料的全场精细混合。根据每个区域所需最小混合加速度不同,定义起混点、聚合点和流化点3个关键点,一般3个关键点依次增大,分别约为10 g、25 g、40 g. 研究结果所得混合工艺可用于指导PBX炸药及其他高黏态高固含量物料体系的共振声混合。     

双喷嘴气动喷撒烟幕粒子的撞击成烟特性研究

为改善气动喷撒时烟幕的分散效果,采用自行设计的气动喷撒装置,对铜粉基烟幕粒子的撞击成烟特性进行了实验研究。结果表明,相对于单喷嘴,双喷嘴喷撒时烟幕平均扩散速度降低了39%,烟幕扩张角增大了160%;当喷嘴间角度为150°、120°、90°和60°时,对应的烟幕平均扩散速度分别为0.5m/s、0.8m/s、1.1m/s和1.6m/s,烟幕扩张角为60.2°、57.4°、45.8°和44.3°。随着喷嘴间角度的减小,烟幕平均扩散速度逐渐增大,烟幕扩张角逐渐减小;持续喷撒一定时间,烟幕最大面密度随喷嘴间角度的减小逐渐减小,烟幕遮蔽效能变差。     

高过载下颗粒增强复合材料能量释放行为

为正确认识战斗部装药代用材料爆炸毁伤作用机制,对颗粒增强复合材料在不同冲击载荷速度下的能量释放行为进行研究。基于爆炸试验装置,对颗粒增强复合材料在高过载下的能量释放特性进行试验,监测高压爆炸测试舱内的爆炸应力波,明确能量释放、存储、排放间的规律,探索冲击载荷速度对能量释放量及释放率之间的内在关联。结果表明:当颗粒增强复合材料质量相同,且起爆环境空间体积恒定,装药结构形式相同时,临界起爆速度为273 m/s;继续增大冲击载荷速度,载荷压力使更多的质量起爆,当冲击速度增至637 m/s时,外载荷压力使所有质量起爆,舱内爆炸压力达到最大值。建立的冲击载荷速度对能量释放量及释放率的影响机制模型较好描述颗粒增强复合材料能量释放行为,为深化能量释放特性的多尺度机理研究提供一定的量化依据。     

滚/滑接触下一种航天润滑油4129摩擦特性及黏温特性研究

在自行研制的模拟航天轴承的摩擦力试验机上,对4129航天润滑油进行了摩擦特性分析。对该润滑油在实际高低温工况下的黏度进行了测量。分析了温度、滚动速度和滑动速度与该油摩擦系数的关系,建立了该航天润滑油的黏温模型、摩擦系数计算模型。研究结果表明：当温度小于0 ℃时,4129航天润滑油黏度随温度的变化非常大;温度大于30 ℃时,其黏度随温度的变化较小。当滑动速度小于0.3 m/s时,该油摩擦系数随滑动速度近似线性增加;当滑动速度大于0.3 m/s时, 摩擦系数随着滑动速度的增加呈非线性增加;当滑动速度大于1 m/s之后,摩擦系数随滑动速度增加基本保持不变。摩擦系数随油温的增加而减小。当滚动速度从1 m/s增加到3 m/s时,油的摩擦系数迅速下降,随着滚动速度继续增加,摩擦系数下降缓慢直到达到最小值,然后基本保持不变。     

行星式球磨颗粒流场分布与形貌变化规律

基于离散元模拟探究行星式球磨过程中颗粒流场分布,统计球磨过程中磨球整体与颗粒群碰撞的相对速度分布规律,进而提取单个磨球的碰撞场景,模拟多层颗粒的撞击场并研究层间压应力分布;开展铝与聚四氟乙烯混合物料颗粒及纯铝粉的行星式球磨试验,记录不同时刻颗粒群平均粒径,用以表征颗粒形貌变化,进一步提出基于颗粒群破碎概率与分形数的颗粒群平均粒径变化理论。研究结果表明：球磨时磨球整体与颗粒群碰撞中的低速碰撞占主体,仅1%的碰撞为归一化速度ξ>0.33的相对高速碰撞,威布尔分布能良好表征碰撞相对速度的分布规律;对于多层颗粒的撞击场,随着磨球撞击速度提高,其层间压应力分布趋向于哑铃形或葫芦形分布;颗粒群平均粒径关于球磨时间呈指数衰减规律。     

激光辅助冷喷涂Cu颗粒撞击45钢的数值模拟

采用有限元分析软件ANSYS Multiphysics /LS-DYNA模块,选取Johnson-Cook材料模型与双线性各向同性硬化材料模型,建立了激光辅助冷喷涂三维模型,并通过这两种材料模型模拟了不同入射速度和沉积点温度条件下,Cu颗粒撞击45钢基体的沉积过程,分析了速度、沉积点温度对沉积颗粒变形行为的影响。结果表明：常温下颗粒撞击速度为800 m/s和基体预热温度850 ℃、 颗粒速度为500 m/s时,Cu颗粒都能有效沉积到45钢基体上;两种模型都能用于预测激光辅助冷喷涂工艺参数。     

SiC粒度对磁力搅拌-化学沉积Ni-P-SiC镀层的影响

用磁力搅拌-化学沉积方法在45钢表面制备Ni-P-SiC镀层,研究镀液中SiC颗粒粒度对镀层表面形貌、显微硬度及耐磨性能的影响。结果表明：随着SiC颗粒的粒度逐渐减小,镀层的平整度和致密性增加,SiC颗粒团聚现象越来越不明显;当SiC粒度为0.2 μm,Ni-P-SiC镀层表面均匀分散着微小的SiC颗粒,镀层平整、致密,平均显微硬度为853.4HV;当SiC粒度为1,2 μm,最大硬度差分别为25.8HV和40.5HV。随着磨损时间的增加,含有SiC粒度0.2 μm的Ni-P-SiC镀层的磨损量缓慢增加,而SiC粒度为2,1 μm的Ni-P-SiC镀层的磨损量急剧增加。     

固相颗粒在C1xb固体火箭发动机中的运动规律

基于C1xb型固体火箭发动机内流场,对发动机内的凝相颗粒进行受力分析,并获得固相颗粒运动过程中的速度和加速度.建立二维颗粒运动轨迹模型,并在该模型下获得固相颗粒在发动机内的运动空间分布规律.研究颗粒注入位置、粒径及发动机转速对凝相颗粒运动的影响规律.结果表明:从含铝丁羟推进剂上游端和下游端表面离开的颗粒,有着较大概率与...     

Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观机制

为阐明含能结构材料冲击反应机理,开展以Al/Ni粉末复合材料为代表的含能结构材料冲击反应细观模拟研究。基于Al/Ni粉末复合材料的扫描电镜照片建立细观有限元模型,并结合Mie-Grüneisen状态方程描述Al/Ni粉末复合材料冲击压缩行为。在此基础上,基于反应扩散模型建立考虑多组分固相反应的Al/Ni粉末复合材料冲击反应细观模型,分析细观尺度上物质输运过程、冲击反应演化规律及冲击波传播特性。研究结果表明：Al/Ni粉末复合材料在冲击压缩速度(即粒子速度)为400 m/s时仅发生了微弱的化学反应,且化学反应程度随着冲击压缩速度的增大的加剧;化学反应最初发生于Al-Ni界面处,然后垂直于界面发展;冲击反应将引起材料冲击温度和压力的增高,同时对冲击波的传播起到强化作用。     

含碳颗粒的凝胶推进剂雾化特性实验研究

固体含能颗粒对提高凝胶推进剂的能量特性具有重要作用,是凝胶推进剂的重要组成部分。雾化问题是凝胶推进技术的关键问题之一,为了研究添加固体含能颗粒对凝胶推进剂雾化的影响,选择碳颗粒作为固体添加剂,开展了含碳颗粒凝胶推进剂雾化的实验研究。制备了3种不同含碳颗粒凝胶推进剂模拟液,并对它们的流变和触变特性进行了测量;分析了不同射流速度、不同撞击角度下的雾化场特点和形成机理,以及撞击速度对雾化模式,撞击角度对雾化场基本形状,碳颗粒质量分数、平均粒径等因素对模拟液流变特性和雾化效果的影响;提出了一种基于尺度不变特征变换关键点匹配的雾化场速度计算方法,定量分析了含碳颗粒凝胶推进剂的雾化场速度;以雾化场速度分析为基础提出了一种新的液膜厚度估算方法。研究结果表明：雾化效果随着射流速度和撞击角度的增大而显著改善;碳颗粒的添加对雾化效果有着重要影响,雾化效果随着碳颗粒质量分数的增大而降低,适当增大碳颗粒的粒径可以改善雾化效果;雾化场平均速度与射流速度的比值v_a/v_j可以用于表征雾化效果,v_a/v_j越小,能量转换效率越高,雾化效果越好。     

加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律

为揭示加速膛对激光驱动飞片速度及形貌的影响规律,采用光子多普勒测速(PDV)技术、阴影成像技术和显微分析方法研究了厚度20μm单层Al飞片在不同加速膛孔径和长度下的速度和形貌演化历程。结果表明,加速膛孔径与Al飞片被激光烧蚀的孔径大小相当时,即孔径在800μm时飞片可获得3100 m·s^-1的最大速度;加速膛孔径大于800μm时对飞片无法起到有效约束作用,飞片速度有所下降,其中加速膛孔径为1500μm时飞片速度最小,为2700 m·s^-1;加速膛孔径为600μm小于激光烧蚀孔径时,造成周围部分能量的浪费,飞片速度也偏低,为2900 m·s^-1。固定加速膛孔径为1000μm,长度在200~700μm时,飞片速度随加速膛长度增加而明显降低,并且Al飞片在飞出加速膛后均破裂成碎片状并迅速向周围扩散,无法保持完整,飞片碎片总体向外扩散速度随加速膛长度的增加而降低,与PDV获得的飞片速度规律基本一致。     

溶液参数对n-Al/F2604复合粒子微观形貌的影响机制

为了揭示氟橡胶对纳米铝粉的包覆机理,以静电喷雾技术,利用不同溶剂(乙酸乙酯和丙酮)制备了不同氟橡胶(F2604)含量的复合粒子,用扫描电子显微镜(SEM)表征了复合粒子的形貌,采用实验与分子动力学模拟相结合的方法研究了溶液参数对n-Al/F2604复合粒子微观形貌的影响。结果表明,丙酮作为溶剂可使得复合粒子形貌更为均匀规整,氟橡胶含量小于13%时,复合粒子直径随着氟橡胶比例增加而增大;当氟橡胶含量继续增加,复合粒子粒度分布变得不均,形状不规则,出现明显的纺丝现象。氟橡胶在溶剂中的扩散系数是影响其包覆纳米铝粉时分子链形态的重要因素之一,因此,在选择溶剂时应当遵循"氟橡胶扩散系数大"原则;氟橡胶与纳米铝粉的单位结合能主要由静电力作用能(75%～93%)和范德华作用能(6%～22%)组成,氟橡胶含量通过分子间静电力作用对复合粒子微观形貌产生影响。     

CL-20/DNAN混合体系分子间作用的MD研究

为了获得能量和感度匹配性更好的混合炸药,构建了CL-20(0 1 1)面和DNAN在不同质量比下的结构模型,采用分子动力学方法对其结合能、RDF、力学性能等进行模拟研究。结果表明:当CL-20/DNAN混合体系质量比为20:80时,结合能最大为1 041.936kJ/mol,两者的相容性最好;CL-20和DNAN分子间作用主要是强氢键作用;CL-20/DNAN的质量比为70:30时,力学性能最好,此时混合炸药的实测爆速为8 183m/s。     

基于拉格朗日法的高速撞击自由圆柱壳穿孔效应数值模拟

针对高速撞击结构的局部化毁伤特性,利用LS-DYNA动力学程序,基于Lagrange法对弹丸高速撞击自由圆柱壳进行了数值模拟。分析自由放置圆筒在高速撞击下的穿孔效应和能量消耗、再分配关系。结果表明：随着撞击速度的增加,弹丸穿孔直径也呈线性增加;撞击速度在2.0~3.0 km/s范围内,其扩孔比为1.45~1.65,模拟结果与试验吻合较好。穿孔能量消耗随撞击速度提高而呈线性增加,其所占总能量的比例为16%~17%。自由圆柱壳变形内能随撞击速度增加而降低,更多的能量用于形成碎片云和增加碎片云的动能。