帘线/橡胶复合材料单层板拉伸模量预测方法研究

提出帘线/橡胶复合材料单层板的精确模量预测方法。首先,给出橡胶材料Mooney-Rivilin模型相关参数计算方法,推导帘线拉伸模量修正公式;其次,基于细观力学,建立帘线/橡胶复合材料数值模型,求解等效模量并进行试验验证;最后,提出帘线/橡胶复合材料单层板拉伸模量的预测公式,将预测公式所得到的等效模量与数值模型计算得到的等效模量进行对比。结果表明:帘线/橡胶复合材料数值模型建立方法是正确的;帘线/橡胶复合材料单层板拉伸模量预测公式能够较好的预测拉伸模量;研究方法能够为帘线/橡胶复合材料单层板的设计提供技术支撑。     

基于H-K 固体模型的玻璃钢蠕变分析

在对复合材料粘弹性力学理论进行研究的基础上,建立H-K 线性固体蠕变本构模型。运用有限元理论, 借助ABAQUS 提供的用户材料子程序UMAT 对H-K 线性固体蠕变模型进行二次开发,对玻璃钢单向板单轴拉伸的 蠕变性能进行仿真分析。通过拉伸蠕变加速实验拟合得出相关材料参数,将实验数据与理论模型、仿真模型的蠕变 曲线进行对比验证。验证结果表明：理论与仿真模型的蠕变规律能较好地与实验数据吻合,材料本构模型可对玻璃 钢长期性能进行仿真预测。     

考虑初始缺陷的HTPB推进剂粘超弹本构模型

为研究端羟基聚丁二烯(HTPB)推进剂存在初始缺陷对其宏观力学性能的影响,对定制的不同界面缺陷含量的HTPB推进剂开展了多步松弛和单轴拉伸试验。获得了HTPB推进剂的平衡响应曲线和拉伸曲线。采用Ogden模型拟合了不含缺陷的HTPB推进剂的平衡响应曲线,引入应变率参数M来描述HTPB推进剂单轴拉伸曲线的率相关特性。通过该曲线拟合,得到了不含缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型参数。考虑了缺陷的影响,通过引入初始缺陷损伤因子f,构建了含初始界面缺陷的HTPB推进剂的粘超弹本构模型,分步拟合得到了所有模型参数。最后,用本研究所建模型预测了单轴拉伸载荷下的HTPB推进剂的宏观力学性能,结果表明,预测结果与试验结果一致,二者最大偏差仅为4.4%,验证了模型的可靠性。     

高速履带车辆制动能量与制动力分布规律预测方法研究

为预测高速履带车辆制动系统能量与制动力的分布规律,以某型履带车辆为例建立其整车动力学模型、推进系统模型以及制动系统模型,提出一种由路线长度、坡度、半径、侧倾角、路面功率谱密度、行驶阻力系统. 土壤最大附着系数、最大转向阻力系数8个参数定义试验场地的建模方法。分析了道路参数对车速的影响;采用最优控制理论设计车辆最短时间仿真行驶策略,基于试验数据建立二元线性回归方程修正仿真制动转矩。通过试验与仿真验证了模型的准确性以及控制策略的有效性。基于1 000 km试验数据建立典型试验场地模型,并预测了6 000 km车辆全寿命里程制动能量与制动力分布情况。仿真与预测结果验证了该方法的可行性。     

考虑细观损伤的推进剂粘弹性多尺度本构模型研究

为了深入研究固体推进剂细观损伤行为及对其宏观力学性能的影响,在223~333 K温度下对硝酸酯增塑聚醚推进剂（NEPE）推进剂开展了单轴拉伸和应力松弛试验,获得了相应的应力应变曲线及松弛模量主曲线。在有限变形下开发了考虑细观损伤的非线性粘弹性本构模型,该模型通过将微空洞演化与温度、应变率、围压及循环加载损伤等因素关联实现对推进剂力学性能的多尺度分析。通过有限元软件ABAQUS对模型进行了二次开发,并基于试验数据确定了模型参数,之后将模型应用于预测推进剂在不同加载下的力学响应。结果表明,该模型能够准确预测推进剂在宽温（223~333 K）和加载速率（1~200 mm·min^-1）下的单轴拉伸响应,并且适用于循环加载、围压试验和双轴加载试验,验证了该模型在复杂应力状态下的有效性。该模型所需参数较少且易于嵌入商用软件,可为发动机推装药结构完整性的多尺度分析提供一定的理论指导。     

帘线/橡胶复合材料缓冲器力学性能优化

柔性帘线/橡胶复合材料缓冲器(简称缓冲器)依靠自身大变形、膨胀触地将数百吨后坐大载荷传递到地面,在起到缓冲效果的同时,降低对系统的力学环境影响。通过对帘线/橡胶复合材料的本构关系进行研究,针对缓冲器相关参数对力学性能的影响规律进行分析,提出缓冲器力学性能优化方法。利用此方法进行优化的缓冲器试验结果与仿真分析结果吻合较好,为系统力学环境及结构设计优化提供支撑。     

丁羟包覆层力学特性及本构模型研究

包履层是固体火箭发动机装药的重要组成部分,其力学行为影响着装药结构的完整性。为研究丁羟橡胶包覆层的拉伸力学性能,采用单轴拉伸实验方法拟合获取了Neo-Hookean、Yeoh、Mooney-Rivlin及Ogden超弹性本构模型的本构参数,对比分析了各模型对丁羟橡胶包覆层的适用性和精度。结果表明:丁羟橡胶包覆层具有显著的超弹特性,Neo-Hookean模型难以预示有限变形下丁羟包覆层的非线性特性,Yeoh模型可反映较大应变时的力学行为,而Mooney-Rivlin和Ogden模型可准确描述丁羟包覆层的力学特性,可应用于药柱/包覆层结构完整性的分析。     

高温管路包覆金属橡胶耗能特性及参数识别

针对高温环境下管路系统减振难题,研究金属橡胶非线性本构关系和其减振特性影响参数,设计金属橡胶包覆管路结构,并进行动态和高温激励试验。通过动态试验数据绘制迟滞回线,基于迟滞回线精确分解法建立金属橡胶非线性泛函本构关系,借助最小二乘拟合法做参数识别。结果表明:所建模型能很好描述金属橡胶恢复力和位移随振幅与频率变化规律,验证了模型的准确性;金属橡胶减振性能随温度的升高呈增强趋势,随预紧量的增加反而减弱,随激振量级的增加而增强。     

基于Johnson-Cook本构模型的高强度装甲钢动态力学性能参数标定及验证

具有高屈服强度的某装甲钢广泛应用于我国装甲车辆。为准确模拟该装甲钢的动态力学行为,开展基于Johnson-Cook（J-C）本构模型的动态本构参数标定及验证。采用万能材料试验机对该装甲钢进行不同温度下的准静态拉伸试验,同时采用分离式霍普金森压杆开展不同应变率下的压缩性能测试。基于实验数据和J-C本构模型,拟合得到该装甲钢的本构参数。基于轻气炮开展泡沫铝弹丸冲击均质梁的实验研究,分别采用J-C本构模型和理想弹塑性模型进行有限元仿真计算,并将冲击实验与数值结果进行对比分析。结果表明：该装甲钢具有应变率强化效应,且温度软化效应显著;采用J-C本构模型仿真的均质梁峰值挠度与试验结果的相对误差为1.7%~6.1%,残余挠度相对误差为0.6%~7.6%。     

基于RecurDyn的履带车辆启动加速过程滑转率仿真与试验研究

采用多体动力学仿真软件RecurDyn的履带车辆子系统Track( HM)，建立某型履带车辆多体动力学模型，并在Matlab/Simulink下建立了整车动态系统仿真模型。对履带车辆在硬、软多种地面的加速过程进行动力学仿真和对比分析，着重讨论在不同滑转率的条件下履带车辆的加速性能以及滑转率对加速性能的影响，并通过实车试验对分析结果进行了验证。仿真和试验的结果为履带车辆加速性能的研究与滑转的控制提供参考。     

三元乙丙材料粘超弹本构模型研究

利用等速拉伸和拉伸-回复实验研究三元乙丙（EPDM）包覆层材料的力学特性,提出采用有限变形条件下的超弹本构模型及线粘弹性本构理论相结合的方法建立一种粘超弹本构模型,在此基础上进一步研究模型参数的获取方法。研究结果表明：该材料具有典型的超弹性力学行为特征,并呈现出明显的率相关效应;所建立的粘超弹本构模型能够较好地描述该材料的单轴力学行为,在一定程度上可对使用该包覆层材料的固体火箭发动机的结构完整性分析提供理论参考。     

集中载荷作用下的履带车辆稳态转向分析与试验

为了研究集中载荷条件下履带车辆稳态转向性能,提高转向模型精度,分析了履带张力对接地压力分布的影响,推导履带车辆接地压力分布计算模型。运用履带与土壤之间的剪切应力-剪切位移关系推导新的转向动力学模型,建立相应的动力学方程组并求解。分析了履带宽度和履带张力引起的接地压力变化对稳态转向运动学和动力学参数的影响,并通过实车试验测试对分析结果进行验证。结果表明,理论计算结果与试验数据有很好的一致性,验证了该模型的正确性。     

海绵橡胶非线性静动态力学特性和本构关系

针对海绵橡胶的物理特性展开了准静态单轴压缩实验和分离式Hopkinson压杆动态压缩实验,得到海绵橡胶材料的应力-应变曲线,并对材料的应变率效应及材料的变形和破坏特性进行深入分析,在此基础上给出材料的动静态本构关系。结果表明：海绵橡胶材料在准静态加载下,应变大于0.3时,应力-应变曲线才开始偏离坐标轴,表现出非线性特征;在冲击载荷下,海绵橡胶的应变率效应并不明显。     

一种自紧厚壁圆筒非线性混合硬化模型及残余应力分析

为准确地计算自紧身管强度及疲劳寿命,建立一种能反映其非线性应力与应变关系和包辛格效应等性能的材料本构模型,用以提高残余应力计算精度。基于非线性随动硬化模型,建立一种适用于表征自紧身管力学性能的非线性混合硬化模型,通过数值计算可获得残余应力分布情况;为提高数值计算的收敛速度,结合所建立的材料本构模型和各参量间的弹塑性关系,推导了与本构模型密切相关的一致切线刚度矩阵;为验证该本构模型的正确性,综合运用拉压试验和优化算法确定材料参数,进行了自紧身管残余应力有限元数值计算及分析。结果表明：数值计算的残余应力分布曲线与试验数据基本吻合;建立的炮钢本构关系模型能真实反映自紧厚壁圆筒的残余应力分布情况。     

HTPB推进剂/衬层粘接试件变形破坏过程试验与数值模拟

为得到粘接界面的力学行为和破坏模式,对HTPB推进剂/衬层粘接试件进行了单向拉伸宏观观察试验,获得不同拉伸阶段的变形图片,记录了界面破坏的全过程;使用界面元模型表征推进剂/衬层界面,数值模拟了粘接界面试件在单向拉伸作用下的脱粘过程。结果表明：界面拉伸变形破坏过程表现为裂纹的起裂、扩展和失效;粘接试件的拉伸应力-应变曲线表现出明显的非线性特征;数值计算结果与试验得到的应力-应变曲线及试件宏观变形失效形态一致。为得到粘接界面的力学行为和破坏模式,对HTPB推进剂/衬层粘接试件进行了单向拉伸宏观观察试验,获得不同拉伸阶段的变形图片,记录了界面破坏的全过程;使用界面元模型表征推进剂/衬层界面,数值模拟了粘接界面试件在单向拉伸作用下的脱粘过程。结果表明：界面拉伸变形破坏过程表现为裂纹的起裂、扩展和失效;粘接试件的拉伸应力-应变曲线表现出明显的非线性特征;数值计算结果与试验得到的应力-应变曲线及试件宏观变形失效形态一致。     

应用分块三次多项式的导引头测角精度标定

为减小和消除零件机械加工、装调及传感器误差等对某激光捷联导引头测角精度的影响,提出应用分块三次多项式的导引头测角误差标定方法。根据各项系统误差特点,同时考虑实验过程中随机误差对标定的影响,采用分块三次多项式分别建立探测器输出俯仰角、偏航角到实际指向矢量俯仰角、偏航角的映射关系,实现了测角误差标定。研究结果表明：标定后俯仰角和偏航角误差均值分别由原来的0.136 0°、0.336 4°降至0.004 7°、0.001 5°,标准差也分别由原来的0.382 0°、 0.375 2°降至0.026 9°、0.022 7°;该标定方法在导引头工作视场内具有较高的精度和良好的一致性,且避免了构造复杂的数学模型进行参数识别,简便易行,可推广至类似系统的误差标定工作中。     

铝粉/橡胶复合材料力学性能与本构模型研究

为研究铝粉/橡胶复合材料的力学性能与本构模型,利用WGD-1型万能材料试验机及分离式Hopkinson压杆进行了准静态和动态压缩试验。获得了试件在准静态下与1 400 s^-1～2 800 s^-1应变率范围内的应力-应变曲线;建立了描述试件材料一维动态、静态压缩力学行为的率相关本构模型;采用扫描电子显微镜观察了铝粉颗粒在橡胶基体中的分布情况。试验结果表明：不同配比的试件在准静态加载下硬化形式不同,铝粉质量含量60%的试件中铝粉颗粒在压缩后期出现破碎现象且最终被压溃;动态加载下,试件应变率效应明显,流动应力比准静态条件下显著增加,铝粉质量含量60%的试件增加尤为明显。     

四旋翼碟形自主水下航行器运动方程建立与流体特性仿真研究

四旋翼碟形自主水下航行器（AUV）是一种新型水下航行器。为研究此航行器的流体动力特性,建立了四旋翼碟形AUV的三维模型,并定义了参考坐标系和广义特征参数;在其体坐标系中根据动量和动量矩定理,建立了广义参数定义的AUV六自由度动力学方程和运动学方程;采用计算流体力学方法,基于Ansys CFX流体分析软件,在的0°~90°攻角范围内,对航行器运动过程中的流体动力特性进行了仿真研究,并绘制了其特性曲线。仿真结果表明：在0°~15°攻角范围内,航行器具有较低的流体阻力,适宜做定深运动;在30°~50°攻角范围内,航行器具有良好的升力特性,适宜完成曲线潜浮运动。     

双基固体推进剂药柱本构关系的实验研究

为研究某双基固体推进剂药柱的本构关系,对固体推进剂试件进行了不同温度、不同应力水平条件下的单轴拉伸实验,分析了其力学行为的非线性特性,得到了与应力水平相关的蠕变本构关系和与应变率相关的单向拉伸本构关系.结果表明,固体推进剂药柱力学性能与时间、温度、应力强烈相关.所得到的双基固体推进荆的蠕变本构关系及单向拉伸本构关系与实验结果比较吻合.