高g值冲击下泡沫铝填充铝壳轴压特性

针对弹载测控装置因承受高g值冲击而发生失效的问题,将不同厚度铝壳和不同密度的泡沫铝填充结构用于其缓冲保护,采用含有偏心率因子的直链塑性铰模型分析了铝壳在轴向高g值冲击加速度作用下的压溃特性,通过ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了结构在轴向冲击下的动力屈曲行为,讨论了铝壳厚度以及泡沫铝密度对泡沫铝填充铝壳结构力学性能的影响。仿真结果表明:在铝壳内填充泡沫铝,提高了结构的平均压溃力,改善了轴向压溃载荷波形。铝壳的偏心率因子不随铝壳厚度变化而变化。     

基于仿真的动态载荷下圆柱支筒屈曲特性

针对目前对圆柱壳状零件屈曲特性进行仿真分析时忽略其上盖、圆角等结构的问题,为引信圆柱支筒保险机构优化设计和性能分析提供参考,利用ANSYS Workbench软件仿真研究了美军M739A1引信中的圆柱支筒在动态载荷作用下的屈曲特性,得到弹丸寿命期内可信环境下该圆柱支筒形态、轴向变形量以及最大应力随时间变化规律。震动环境、跌落过载低于47 000 g、发射过载低于38 000 g以及落速小于80m/s触碰土壤目标时支筒均不会屈曲。落速大于100m/s触碰土壤目标时支筒屈曲,且随着落速提高,屈曲临界时间明显减小,但临界应力增大不明显。弹丸对地触发落角越小,屈曲临界应力越小,屈曲临界时间越长。支筒屈曲特性受弹丸旋转环境影响很小,而圆角和上盖影响不可忽略。     

引信后坐保险用截顶圆锥壳形支筒屈曲特性研究

美30 mm火炮引信M759以截顶圆锥壳形支筒作为后坐保险抗力件.这种刚性抗力件的破坏过程包括从屈曲破坏到压溃的过程.以紫铜带冲压成形的截顶圆锥壳为试件,用电子万能试验机研究了轴向静压屈曲现象,用锤击试验机和专门设计的试验装置研究了轴向准动态屈曲现象,用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对准动态屈曲过程以及在引信正常工作环境下(包括发射冲击和跌落冲击)的动态屈曲过程进行了仿真.仿真结果与上述试验结果一致.紫铜带可以作为截顶圆锥壳形支简的冲压材料.截顶圆锥壳形支筒适用于高发射过载环境.其锥角至少应为60°.截顶圆锥壳形支筒的解除保险行程设计要为1.5 m跌落时可能出现的塑性位移留出裕量.     

大挠度高阶剪切理论下复合材料圆柱壳的屈曲

考虑到了横向剪切的作用，通过应用最小势能原理和能量变分方法建立 了复合材料圆柱壳的稳定性控制方程。大挠度高阶剪切理论下复合材料圆柱壳稳定性方程的一组非线性高阶常系数偏微分方程，包含了4个独立的函数，它们分别为横向挠度w和参考曲面的法线转角φx，φy，以及应力函数F。在位移场的表达式中，将轴向和周向位移对z进行泰勒展开，并且保留了前4项，在使得横向剪力满足在上下表面为零的条件下，选用了同一阶剪切理论相同的参数，即引入了参考曲面的法线转角φx，φy，避免了引入横向剪力修正系数。此方法地于夹层复合材料板壳和各向同性板壳同样适用。采用前屈曲薄膜假设，假设屈曲位移函数w,φx，φy，通过求解广州特征值来使得系数矩阵的行列式的值为零，得到的最小的广义特征值就是屈曲载荷。文中通过数值计算确定了位称项的合适的数目，并且将屈曲载荷计算值与实验值做了对比。     

高g值冲击下阶梯形金属壳缓冲吸能特性研究

为了对测控电路进行更好的缓冲保护,提出阶梯形金属壳的几何构型。利用LS-DYNA对3组不同厚度的阶梯形壳在不同载荷作用下进行仿真模拟,从屈曲模态、比吸能、加速度缓冲效果等方面进行缓冲吸能特性评估,并通过落锤试验进行验证。结果表明:阶梯形壳屈曲模态为轴对称叠缩模式,且相比等效厚度的圆柱壳,阶梯形壳具有更好的比吸能与加速度缓冲效果。     

水下爆炸冲击波和气泡载荷对典型圆柱壳结构的毁伤特性

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明：冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。     

高g值冲击下圆锥壳缓冲吸能特性研究

为探究不同底角角度的圆锥壳在高g值冲击下的缓冲吸能特性,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件在不同幅值与脉宽的半正弦加速度冲击作用下,对不同底角角度圆锥壳的缓冲效果进行数值模拟,采用屈曲模态、隔冲效率、总吸能、比吸能对缓冲效果进行评估。结果表明:圆锥壳的屈曲模态为轴对称叠缩模式;圆锥壳底角角度从90°变为65°时,隔冲效率提升25%以上、总吸能增加8%以上、比吸能增加1倍以上。圆锥壳相较圆柱壳具有更好的缓冲吸能特性;随着底角角度的减小,圆锥壳具有更好的缓冲效果。     

基于随动边界的火炮身管热力联合效应数值分析

为探索高温高压火药燃气瞬态冲击效应对身管刚度和强度响应的影响,采用有限元方法建立了某大口径火炮身管三维数值模型,并定义了热力载荷边界随弹丸运动而变化的动态过程。通过数值计算得到了首发弹射击条件下身管温度分布演变过程,进一步分析了热冲击载荷、压力载荷以及热力联合效应对身管动态应力响应的影响。计算结果表明：轴向不同位置热冲击载荷的差异性引起轴向非均匀温度分布,使得出现较大的轴向温度梯度,带来显著的轴向温差应力;在温度响应剧烈区域,周向表现为压应力的温差应力与周向表现为拉应力的载荷应力相互叠加,使得内壁质点周向应力分量表现为拉应力与压应力的交替作用,与压力激励作用结果相比,内壁高应力区应力幅值得到一定减弱并随温度响应呈现先下降、后上升的趋势。     

炮口强冲击条件下的身管稳定性校核研究

通过炮口强冲击模拟火炮的射击过程是一种技术可行的火炮动力后坐模拟方法.针对炮口强冲击条件下身管可能失稳的问题,将试验装置中的某型火炮身管近似为一端固定、一端铰支的多阶梯变截面构件,分别采用了挠曲线方程法和ABAQUS屈曲分析对其稳定性进行了校核.结果表明,在强装药条件下的炮口最大冲击载荷小于身管失稳临界载荷,身管能够保持稳定.研究结论为炮口冲击式火炮试验装置的可行性论证提供了可靠依据.     

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

为研究聚能战斗部的水下作用特性,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法,模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律,研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性,并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明：水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种,金属射流穿透力强,造成结构的局部小尺寸破口;冲击波载荷及气泡载荷作用面积大,引起结构的大面积破口及塑性凹陷。     

圆柱壳在中央面承受冲击荷载时的塑性动力响应的近似解法

在文献[1]的基础上进一步将加权余量法用于壳体的塑性动力响应问题。采用加权余量法中的配点法和子域法,求出简支圆柱薄壳在中央面承受冲击荷载时的塑性动力响应和阻尼介质对其的影响。     

破片和冲击波毁伤圆柱靶的数值仿真

采用动态显式非线性有限元软件对破片和冲击波对圆柱靶的毁伤试验进行了数值仿 真。将破片和冲击波作用分离开来进行研究,既简化了模型又保证了仿真精度。通过圆柱靶冲击 波毁伤试验,检验了圆柱靶材料模型及其参数选取的合理性和网格收敛性。将仿真结果和试验结 果进行了比较,证实了仿真模型的合理性和有效性。计算结果表明：在一定的弹一靶作用距离下, 釆用破片和冲击波联合作用加载,可以有效地形成圆柱靶的解体毁伤。     

复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟

采用LS-DYNA显式非线动力有限元程序,数值模拟了内置柱壳/组簧和泡沫铝夹层的防爆罐在3 kg TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能。结果表明:该防爆罐内壁面压力载荷呈现多次脉动特征。比冲量载荷经历数次阶跃上升。柱壳/组簧结构可以将爆炸能量更加均匀地传递给泡沫铝吸能夹层,在保证防爆罐内筒不发生塑性变形的前提下,可使泡沫铝的吸能效率显著提高。定量分析防爆罐内部各物质、各结构间的能量转化与吸收,表明泡沫铝夹层可通过卸载动能和透射应力波的形式较好吸收、转移内层钢板所获得的冲击能量。     

主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究

为了研究爆炸冲击下深部岩石的破碎过程,建立主动围压约束及中心孔爆炸加载实验装置,利用动态测试技术、高速摄像和数字图像相关方法,得到动静组合加载下岩石内部的应变场和表面裂纹扩展过程。基于Johnson-Holmquist本构模型,对不同围压下岩石爆炸动态响应进行了模拟研究。对比结果发现：围压在圆柱试件环向形成压缩预应力,减弱了爆炸柱面波产生的环向拉伸破坏,破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随着围压的增大显著减小;距离炮孔越远,爆炸应力波强度降低、围压对裂纹的止裂作用逐渐增强。结合弹性力学和柱面弹性波理论对动静加载下应力场的变化进行分析发现,围压产生的环向压缩应力减小了爆炸形成的拉伸破坏,这一结论与实验结果相同。数值模拟结果表明：von Mises应力场随围压的升高而增强,而环向拉伸破坏随围压的升高而减弱,不同围压下的破碎半径和裂纹形态与实验结果基本一致。     

Ti6321钛合金在Taylor杆冲击下的动态断裂微观组织观测

通过固溶处理获得近α型Ti6321钛合金的双态和魏氏组织,研究不同组织对材料在Taylor杆冲击条件下动态损伤和断裂行为的影响。利用Taylor杆对材料进行动态加载,弹体的撞击速度范围为146~228 m/s,结合光学显微镜、扫描电子显微镜和定量金相表征方法对其微观组织演化进行观察分析。结果表明：双态组织的Ti6321合金具有更好的抗冲击性能;双态组织和魏氏组织试样在加载后的显微组织均发生了明显变化,随着冲击加载速度的增加,双态组织的初生α晶粒尺寸由25.3 μm减小至16.7 μm,次生α相和β相在载荷作用下变形、碎化;对于魏氏组织钛合金,次生α相沿受力方向显著拉长;观察断口可以发现,两种组织试样的断口均可以分为光滑熔融区和韧窝区,两个区域之间的界限并不明显;两种组织试样均发生了绝热剪切破坏,相比于魏氏组织,双态组织Ti6321合金具有较低的绝热剪切敏感性。     

冲击载荷作用下三维空间梁有限变形的运动方程

根据Lee的有限变形弹塑性连续体的最小加速度原理,建立了三维空间直梁在任意横向动力载荷作用下的运动方程,通过与本构方程和由Green应变定义的几何方程相匹配,从而可以描述梁的扭转变形和在两个互相正交平面的弯曲变形问题,因而可对横向冲击载荷作用下的梁进行三维动力分析,也可做为侧向弯扭屈曲分析和计算的基础。     

裂纹梁的弹塑性动态断裂

本文利用弹塑性线弹簧模型建立了一种裂纹梁的弹塑性动态断裂分析的新方法 ,它可以对线弹性变形阶段、弹塑性变形阶段、裂纹稳定扩展阶段和裂纹不稳定扩展阶段的裂纹梁动态断裂问题建立易于求解的常微分方程组 ,并对受均布动载作用的裂纹简支梁给出了数值结果     

含内部子结构有限长圆柱壳体水中声振特性分析

研究了多振动源激励下水中含内部子结构的有限长圆柱壳体声辐射和振动特性,基于板壳理论得到了圆柱壳体和平板的应变能和动能,由结构声振耦合得到了多振动源激励力和流体载荷的势能,用Lagrange乘子表示板与壳体的连接条件,建立了多源激励下水中含平板有限长圆柱壳体的声振耦合方程,研究了平板位置、激励源作用距离等对壳体声振特性的影响;研究结果可为水下航行体的振动与噪声控制提供理论依据。