复合材料结构开孔分析第二部分：壳类开孔问题

本文对复合材料壳的一般方程组，考虑对称铺层情况，通过微分算子运算、仿真变换，化为4个独立的偏微分方程，从而得到标准的变态Bessel方程，求出其解析解。采用类似本文第一部分的保角映射方法，对开有方形孔和任意孔角半径壳，导得对孔边自由和刚性补强的两类问题的求解方程组。本文的理论分析结果与实验结果吻合良好。     

聚能装药对砖墙结构靶体开孔效能试验研究

通过3种罩型聚能装药结构的爆炸成形弹丸(EFP)对砖墙靶体的开孔效能试验研究,获得聚能装药结构对砖墙目标的开孔直径、开孔深度和开孔形貌。采用理论计算的方法获得爆炸成型弹丸的速度和系数C,从开孔效果和能量利用的角度分析,认为曲线+直线段组合罩结构对砖墙目标侵彻效果最为理想。     

壳体开孔力学特性分析

鱼雷开孔壳体存在着强度的削弱，开孔壳体的补强问题不仅影响了壳体深水航行是否安全，而且也是结构静动力学优化设计的关键环节之一。本文利用有限元建立了2D SHELL单元和3D SOLID单元的混合元计算模型，通过有限元计算和参数调整分析了开孔壳体的力学特性和影响强度的关键因素，并提出了补强的措施选择。     

分层结构PELE侵彻多层间隔靶横向效应实验研究

为了研究不同弹丸结构和壳体材料对PELE横向效应的影响,通过实验方法,对比研究了常规结构、轴向分层结构和径向分层结构PELE(壳体材料均为钨合金)对多层间隔金属靶的毁伤效果。研究结果表明:轴向和径向分层结构PELE产生的破片数量较常规结构PELE分别提高了5.3%和84.2%,且其对第2层靶板的开孔尺寸分别提升了23%和16%,但是它们无法对后续靶板继续形成高效毁伤; 故此,将分层结构PELE的壳体材料换成钨丝/锆基非晶复合材料,做进一步实验研究。实验结果发现:钨丝/锆基非晶复合材料的分层结构PELE对第2层靶板的开孔尺寸下降约10%,但是,对第3层、第4层靶板的破坏尺寸提升分别约90%～140%和25%～30%。结果表明:钨丝/锆基非晶复合材料与分层结构PELE相结合,可提升对多层间隔靶板的高效毁伤。     

弹丸对预开孔混凝土靶体侵彻的实验研究?

针对集群聚能串联战斗部设计思想,将前级对目标的破坏简化为开孔预破坏,开展了弹丸对预开孔混凝土靶体的实验研究,分析了靶体开孔形式对弹丸侵彻性能的影响。结果表明,弹丸对预开孔靶体的侵彻深度随靶体开孔数量和开孔深度的增加而增加,相对说来,增加开孔数量相当于增加了靶体破坏面积,对提高后级侵彻能力更为有效。研究结果可为串联战斗部的前级集群聚能装药设计提供参考。     

点火药盒开孔大小对点火燃气内流场特性影响

为了保证阶梯多根的装药设计形式的火箭发动机点火过程的安全性与稳定性,研究了不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的流场特性。采用FLUENT计算软件对不同开孔大小点火药盒的火箭发动机点火过程的内流场进行了三维数值仿真,分析了点火药盒开孔大小对点火过程流场特性的影响。不同开孔大小点火药盒的输出压强都大约在4 ms时达到最大,开孔面积占点火药盒端面积百分比为2.5%、3%、3.5%的3种工况分别对应的最大输出压强约为54.8 MPa、44.6 MPa、32.9 MPa; 3种工况下燃烧室压强达到6 MPa时为推进剂点燃的压强,开孔面积百分比2.5%的点火药盒为6.6 ms,开孔面积百分比3%的点火药盒为7.1 ms,开孔面积百分比3.5%的点火药盒为8.2 ms。点火药盒开孔面积越小,所对应的输出压强越大,所需要达到推进剂点燃压强的时间越短。研究结果可为类似结构的固体火箭发动机点火试验点火药盒的设计提供参考。     

含应力集中复合材料结构损伤容限分析方法研究与应用

为满足复合材料由次承力结构向主承力结构应用扩展的需求,其力学分析方法也需相应的发展。以带孔平板为例对飞行器含应力集中复合材料结构损伤容限分析方法进行了研究,采用3种不同的分析方法对其剩余强度进行计算,并分别将分析结果与试验结果进行比对,得到不同分析方法的计算精度。同时将研究结论应用于航天器一块主承力复合材料壁板开孔的结构强度分析,应用实践表明分析结果正确有效。     

高强高模聚乙烯复合材料超高速碰撞实验研究

高强高模聚乙烯(UHIMPE)复合材料具有许多优异性能,在航空航天领域有着广泛的应用前景。利用二级轻气炮,开展了UHIMPE复合材料Whipple防护结构超高速碰撞实验,并与相同面密度的硬铝2A12进行了对比,对前板开孔和后板破坏情况进行了测量和观察。根据实验结果定性分析了UHIMPE复合材料防护结构弹道极限曲线的走向。实验结果表明,UHIMPE复合材料不能更有效地破碎弹丸,有着比硬铝2A12更差的防护性能。     

钻削工艺对复合材料/金属叠层板孔质量的影响

采用整体硬质合金麻花钻对碳纤维复合材料/钛合金叠层板进行钻削试验,研究不同加工工艺下碳纤维复合材料层的孔径误差、孔入口撕裂因子、孔壁表面粗糙度、孔出口烧伤以及碳纤维复合材料孔壁形貌。结果表明,啄式钻削工艺下的钛合金切屑排出更顺畅,避免钛合金切屑对孔的二次伤害。对比3种工艺,变加工参数啄式钻削工艺下的碳纤维复合材料层的孔径误差更小,孔入口处的撕裂因子趋于稳定值且小于1.05,孔壁表面粗糙度更小,孔出口没有明显烧伤。     

不同方向载荷作用下含圆孔正交各向异性平面应力问题的弹性解

在工程实际当中,复合材料构件由于环境影响在制造、运输或使用过程中会有孔洞,也会产生微小的缺陷和裂纹。这些孔洞,缺陷和裂纹在外界载荷作用下通常会引起其周围区域的应力集中,这些因素都会削弱结构的静强度和疲劳强度。针对含圆孔的正交各向异性板,根据非均质各向异性弹性理论对孔边进行应力分析,提出积分方程法求解方案。通过保角映射方法建立精确的边界条件,解决了复杂孔形的边界条件问题,按照所建立的数学模型对含有圆形孔的复合材料板进行应力分析,得到了精确解析解。对不同方向的载荷作用情况,以及他们对孔边应力集中系数的影响进行探讨,同含有圆孔的均质材料板孔边的应力场进行比较。     

复合材料层合板开口的非对称补强研究

对开口复合材料层合板的非对称补强问题进行了有限元研究.结果表明:补强区域能在很大程度上降低层合板开口边缘截面上应力集中的效果,非对称插层补强方式的补强效果优于顺层补强.     

边界条件对复合材料储能飞轮应カ及位移分布的影响

不同的边界条件对复合材料飞轮的应力、位移分布有着不可忽视的影响，和飞轮的储能密度也有相当的关系。针对复合材料和对称结构的特点，建立基于非均质各向异性弹性理论的计算模型，得到飞轮在工作转速情况下应力和位移计算的解析公式，给出了任一点的径向、环向应力及径向位移。并按照所建立的计算模型对飞轮的几何尺寸、转速对其应力、位移场的影响进行仿真计算，并对不同的边界条件对飞轮径向、环向应力和径向位移的影响进行比较。     

金属基复合材料中纤维增强体涂层的研究现状

纤维是性能优异的增强体,普遍运用于增强金属基复合材料。基体与纤维之间的界面结构和性能对金属基复合材料的力学和物理性能起显著的影响。表面涂层技术能改进界面结构,是提高复合材料性能最为有效的途径之一。综述用于增强金属基体的几种重要纤维:C纤维、SiC纤维、W纤维等的表面涂层处理技术以及对金属基复合材料的界面、综合性能的影响,指出纤维涂层技术的研究方向。     

基体特性对钨丝增强复合材料中剪切应力的影响

采用ANSYS程序计算研究脉冲加载下不同屈服强度、弹性模量基体对钨丝增强复合材料两相间剪切应力的变化特征。研究发现,在复合材料设计时应考虑基体力学特性对复合材料性能的影响。选择屈服强度高、弹性模量低的基体,可降低增强相钨丝中的剪切应力,在侵彻过程中有利于保持钨丝的完整性,从而提高侵彻能力。     

泡沫铝复合结构的应力波防护性能研究

为研究泡沫铝复合结构对应力波的防护能力,利用传统和改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同相对密度及不同厚度组合的泡沫铝-铝板复合结构进行冲击试验。研究结果表明：泡沫铝作为夹层,可使入射波分多次传到背板,延迟应力波到达时间,降低了应力波强度。随着泡沫铝夹层厚度的增加,应力波衰减效果明显。泡沫铝-铝板复合结构作为面板,应力波的加载方式发生变化,上升沿得到改善,脉冲宽度增大,最大应力幅值降低,同时吸收大量冲击能,是一种良好的应力波防护材料。增大复合结构中泡沫铝厚度,应力波的上升沿时间延长、斜率减小,应力幅值降低,但脉冲宽度变化不大;铝板厚度对应力波传播影响较小。随着泡沫铝相对密度的增加,经泡沫铝-铝板复合结构作用后,应力波的上升斜率减小,最大应力幅值降低,但脉冲宽度和上升沿时间不变。     

基于棒状共晶体边界滑移的复相陶瓷开裂应力

根据共晶基复相陶瓷的组织结构特征,建立开裂应力预报模型,为分析复合材料的破坏形式提供了理论依据。共晶基复相陶瓷以含纳/微米纤维的棒状共晶体为基体,并在棒状共晶体周围分布有少量的片晶和球晶。基于棒状共晶体内纤维-基体间强约束界面所传递的拉应力,建立了载荷传递模型;根据两棒状共晶体之间或共晶体与周围其他晶粒之间的弱界面特性,通过边界滑移条件确定棒状共晶体表面切应力;考虑棒状共晶体方位的随机性,当复相陶瓷承受拉伸载荷时,借助棒状共晶体的外加应变与复相陶瓷外加载荷间的关系,得到复相陶瓷开裂应力的理论表达式,结果表明开裂应力与棒状共晶体内纳/微米纤维的直径和体积分数密切相关,复相陶瓷开裂应力随着纤维直径的增大而增大,随纤维体积分数的增大而减小。     

基于强化学习的集群多目标分配与智能决策方法

为提升高动态协同攻击条件下的攻防效能,研究基于强化学习的集群多目标智能分配与决策方法。建立综合攻击性能评估准则,包括基于相对运动信息的攻击优势度评估以及基于目标固有信息的威胁度评估。综合攻击性能、突防概率以及攻击消耗,设计攻防效费比性能指标。构建基于强化学习的多目标决策架构,设计以分配向量为基本元素的动作空间,以及基于量化性能指标的状态空间,利用Q-Learning方法对协同攻击方案,包括导弹选取以及分配形式进行智能决策。仿真结果表明,强化学习能够实现攻防效能最优的多目标在线决策,其计算效率相对于粒子群优化算法具有更明显的优势。     

评定陶瓷复合装甲抗弹性能的动态实验方法研究

利用一维Hopkinson压杆实验装置做应力波发生源在陶瓷复合结构中产生应力波,用应变片测量不同夹层材料反射应力波的能力,同时对相同陶瓷结构进行抗弹性能实验.结果发现,具有反射应力波性能好的材料,可以提高陶瓷复合结构的抗弹性能,反射应力波的能力可以作为表征陶瓷复合结构抗弹性能的参量.     

等离子熔铸法制备原位TiCp/Ti复合材料的金相组织

在等离子熔铸装置上,采用熔炼过程中添加 C 粉的方法原位反应生成 TiC 增强相,制备 TiCp/Ti 复合材料。利用金相显微镜对复合材料的基体组织和增强相进行观察,测量基体晶粒和增强相的尺寸,分析增强体形状和分布规律。结果表明,等离子熔铸技术制备的 TiCp/Ti 复合材料中增强相颗粒尺寸小、分布均匀。复合材料的基体在大晶粒内部形成了针状仅的显微结构,组织细化。C 粉在加入过程中被等离子弧破碎细化。     

间隙啮合技术在大威力穿甲弹上的应用

为有效地降低复合材料弹托发射过程中齿根面应力水平的差异,将啮合间隙技术应用于大威力穿甲弹的复合材料弹托上,给出了间隙啮合技术应用的一般步骤和方法.通过2次间隙调整后,弹托危险齿根面的等效应力值相比传统啮合方式的应力值减少了29%以上,各齿根面的应力趋于接近,使复合材料的强度得以充分发挥.结果表明在大威力穿甲弹复合材料弹托上应用间隙啮合技术是可行的.