锰铜基阻尼合金广义分数阶Maxwell本构模型

针对锰铜基阻尼合金简化为线弹性材料、与实际非线性本构关系不符的问题,以M2052锰铜基阻尼合金为研究对象,结合锰铜基阻尼合金高阻尼特性机理,提出一种基于广义分数阶Maxwell模型的三参数本构方程。通过常应变率单轴循环拉伸试验分析验证本构模型的准确性,采用均值系数法拓宽本构模型的实用性,并研究广义分数阶Maxwell模型的拟合性能。结果表明：锰铜基阻尼合金的本构关系具有很强的非线性,应力-应变曲线呈梭型,滞回面积随着最大应变幅值增大而增大;广义分数阶Maxwell模型可以较好地描述M2052阻尼合金应力-应变曲线的非线性和滞回特性,试验拟合均方差在0.468 4~2.651 0之间,确定系数均大于0.992 9;广义分数阶Maxwell模型具有较强的适用性,模型各参数可通过应变幅值拟合确定,不用进行特定试验,较其他黏弹性模型可更好地模拟阻尼合金的非线性特性。     

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。     

磁阻型线圈发射器弹丸速度与截面积关系

基于电磁感应原理,弹丸受到的电磁力与磁场强度平方和弹丸截面积成正比,而弹丸所获加速度与弹丸截面积无关,只与弹丸材料密度和长度有关.以此建立由线圈,弹丸和套筒所组成的磁阻型线圈发射器实验系统,并利用Maxwell有限元软件分析发射器弹丸受力,得出相关仿真曲线.结果和实验数据表明该理论分析可行.     

添加橡胶块对橡胶衬套动刚度的影响研究

橡胶粘弹性参数的识别和合理的仿真简化模型是保障仿真结果可靠性的两个关键因素.文中提供了如何获取ABAQUS中橡胶粘弹性模型的材料参数方法，并建立了完善的橡胶衬套动刚度有限元分析模型.结果表明橡胶衬套动刚度曲线的仿真结果与实验结果有很好的相关性，表明建立的材料参数和仿真模型可以有效的模拟橡胶衬套的动态性能.在此基础上，采用有限元方法研究了橡胶块(也称为Flap)对橡胶衬套动刚度的影响.研究结果表明，Flap的添加可以有效的抑制衬套主体结构的振动峰值，改善橡胶衬套的动态性能.同时还发现，Flap的结构、位置均对衬套动刚度有一定的影响.     

分数Maxwell黏弹性胶体阻尼缓冲器振荡流模型研究

针对黏弹性胶体在阻尼缓冲器中流动时黏弹性较强,用于模拟和研究阻尼缓冲器间隙流和孔隙流的振荡流模型较少的问题,提出了一种含准态特性参数用于研究黏弹性胶体阻尼缓冲器振荡流的分数Maxwell模型。根据黏弹性胶体阻尼缓冲器受力时周期往复运动的实际工况,简化黏弹性胶体在阻尼缓冲器阻尼孔和节流间隙中的振荡流动过程,设定振荡流初始和边界条件,采用有限差分法求得了分数Maxwell模型的数值解。通过与牛顿流体模型进行比较,数值模拟了分数Maxwell模型在不同振荡频率下的流速分布及各参数对应力-应变率曲线的影响。数值模拟与实验结果表明：分数Maxwell模型非线性和频率依赖性较牛顿流体模型强;不同参数下,分数Maxwell模型应力-应变率曲线均呈椭圆形,而牛顿流体模型应力-应变率曲线呈直线;随着分数阶指数α、β和准态特性无量纲系数η的增加,分数Maxwell模型的应力-应变率曲线椭圆长轴沿逆时针旋转;所提出的分数Maxwell模型可有效预测黏弹性胶体阻尼缓冲器滞回曲线的形状及变化趋势,且相对于实验结果能量吸收率平均误差为3.60%.     

双基固体推进剂裂纹开裂方向的研究

用粘弹性断裂力学的方法分析了三维板状试样固体推进刺材料的裂纹扩展特性,建立了三维固体推进剂材料的有限元模型,用最大能量释放率准则模拟了试样承受单向拉伸载荷时的裂纹扩展方向.在数值模拟中考虑了材料非线性及裂尖单元奇异性.通过有限元分析,得出了固体推进剂单向拉伸时裂纹扩展方向.结果表明,裂纹在与初始预制裂纹面成约20°～30°的角度方向传播,计算结果与试验结果吻合较好.     

塑料粘结炸药装药的蠕变损伤一维模型

本文提出了关于塑料粘结炸药装药的粘弹性蠕变损伤一维模型 ,按此模型拟合的曲线与Johnson H D的实验结果一致。由此指出 ,决定于粘结剂的热软化和决定于炸药颗粒特征的初始损伤度是影响塑料粘结炸药蠕变损伤特性的重要因素 ;对蠕变柔量的分析表明 ,适当选择塑料粘结炸药的粘性系数 ,有可能抑制材料发生蠕变损伤破坏     

固体推进剂可靠性的一种有限元分析方法

研究了固体推进剂可靠性分析测试中药柱的应力、应变随其内孔直径及内外径比值的变化规律.药柱材料模型基于不可压缩材料的线粘弹性本构关系,建立了药柱的三维有限元计算模型,分析了药柱取不同内孔直径及内外径比值时的动态应力、应变响应.计算结果表明,药柱的应力、应变最大值出现在内孔边缘处,且随内孔直径及外径与内径比值的增大而增大.     

含钨活性材料动态压缩力学性能

为了研究活性材料的动态压缩力学性能,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对材料进行单轴压缩加载,获得了材料在不同应变率下的应力-应变曲线。将应力时程曲线和高速摄影拍摄结果对比,得到材料的屈服应力和临界反应应力。基于修正后的Johnson-Cook本构模型拟合材料参数,代入有限元计算软件LS-DYNA,计算结果和实验结果吻合较好,表明获得的模型参数可以较好地反映该材料的力学性能。     

灌封材料对侵彻过载下弹载器件的防护分析

为研究在灌封材料缓冲保护下弹载器件对冲击载荷的动态响应,利用LS-DYNA用户材料自定义程序UMAT二次开发平台,编写朱-王-唐(ZWT)非线性黏弹性本构模型的材料子程序,并将ZWT模型应用于弹体内部灌封材料的动态仿真。通过调整ZWT模型的非线性弹性模量、低应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的松弛时间和材料密度,得出不同参数对应下,弹体内部电子器件不同的动力学响应,并分析灌封材料各参数变化对于弹体内部电子器件响应造成的影响。研究结果表明:当非线性弹性模量、低应变率Maxwell单元的弹性常数、高应变率Maxwell单元的松弛时间和材料密度的数值降低时,灌封材料的减振和防护效果更佳。根据仿真结果提出了针对不同工程需求的材料优化方案。     

分数Maxwell黏弹性胶体阻尼缓冲器启动流模型

针对黏弹性胶体在阻尼缓冲器中流动时黏弹性较强,用于模拟和研究阻尼缓冲器间隙流和孔隙流启动流模型较少的问题,提出一种含准态特性参数、用于研究黏弹性胶体阻尼缓冲器启动流的分数Maxwell模型。阻尼缓冲器阻尼孔和节流间隙中启动流的流动情况简化为圆管内加速流动和两平行板间一板不动、一板加速运动两种单向加速启动流形式,按照实际工况设立控制方程、初始值和边界条件,采用有限差分法求得分数Maxwell模型的数值解,并通过试验证明了模型的准确性。数值模拟和试验测试结果表明：分数Maxwell模型模拟的流体具有良好的黏弹性,其应力呈线性增长趋势;随着模型参数α、β和ζ的增加,分数Maxwell模型流速分布曲线曲率呈下降趋势;启动流试验测试系统捕捉到的黏弹性胶体在阻尼孔中启动流形状从扁平状发展为抛物线状,该结果与分数Maxwell模型模拟结果变化趋势相同;分数Maxwell模型模拟的流体最大液面高度和最大曲率距离与试验结果相吻合,最大误差分别为4.79%和4.67%,证明了所提出的分数Maxwell模型可准确地模拟黏弹性胶体在阻尼缓冲器的阻尼孔和节流间隙中的启动流特性。     

PBX炸药损伤本构模型及其工程运用

为了对高聚物黏结炸药(PBX)在动态冲击载荷下可能产生的损伤进行研究,采用分离式霍普金森杆(SHPB)试验装置获得了PBX炸药材料在不同应变率条件下出现力学损伤的本构曲线,并基于含损伤变量的Z?W?T本构模型对本构曲线进行了分段拟合。然后基于拟合结果、有限元理论、弹塑性力学与ABAQUS/VUMAT语法编写了PBX炸药含损伤材料子程序,并对该子程序进行了有限元验证及有限元工程算例计算。结果表明:有限元验证得到的结果与试验结果吻合良好,相关度在0.95以上;破片侵彻算例计算得到的应力云图与损伤变量云图反映PBX炸药材料在冲击载荷下发生的变化及可能产生损伤的部位;并且损伤云图的演化过程反映了PBX炸药材料损伤演化与应变率效应的相关性。     

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。     

金属橡胶弹性元件实验建模研究

基于电液伺服材料试验机精确的位移加载控制,对圆环形金属橡胶弹性元件进行了静态与动态力学试验,结果表明金属橡胶材料具有明显的高次弹性非线性以及迟滞非线性性质,根据动态试验结果建立迟滞回线拟合分解的高次弹性复合阻尼模型,该模型用非线性刚度和非线性复合阻尼机理构造,模型中的参数由试验数据辨识。用所建模型重构恢复力一位移迟滞回线,结果表明,该模型能很好描述这类非线性振动系统的特性,为进一步实验建模提供了理论依据。     

基于概率密度演化方法的火炮输弹过程不确定性分析

为分析火炮输弹过程不确定性参数对输弹一致性的影响，提出基于概率密度演化理论的输弹过程不确定性分析方法。建立某火炮输弹机的ADAMS动力学模型，根据概率密度守恒原理推导输弹过程的广义概率密度演化方程，以弹丸状态变量和输弹过程随机参数的联合概率密度函数建立状态空间与概率空间之间的联系。根据物理状态的演变引出概率密度的演化，并基于Lax-Wendroff格式的有限差分法求解输弹响应的概率密度函数。与文献［20］试验结果对比，输弹ADAMS 动力学模型的仿真位移曲线与试验数据基本吻合，验证了模型的准确性；分析了不同工况下参数不确定性对弹丸响应的影响，得到了响应均方差。结果表明：与蒙特卡洛（MC）方法的结果对比，该方法计算的响应概率密度函数在形式与精度上都比较准确，验证了该方法的适用性；随着输弹角的增大，响应的波动范围扩大。     

HTPB/IPDI复合固体推进剂细观界面率相关参数的反演识别研究

为研究HTPB/IPDI(hydroxyl-terminated polybutadiene/isophorone diisocyanate)复合固体推进剂细观界面性能随加载速率的变化规律,基于分子动力学算法生成了HTPB/IPDI复合固体推进剂的细观颗粒填充模型。颗粒与基体间粘接作用通过结合粘弹性标准机械单元及指数型率无关内聚本构所构建出的率相关内聚力模型模拟。通过HTPB/IPDI基体胶片的应力松弛试验得到细观模型中基体材料的松弛参数。基于模型对HTPB/IPDI推进剂在不同加载速率下(0.1,5,20 mm·min~(-1))的宏观力学响应进行仿真计算。利用数值仿真结果与HTPB/IPDI推进剂单轴拉伸试验结果曲线,通过Hooke-Jeeves优化算法对率相关内聚力模型参数进行反演分析,得到了优化后的界面参数数值。利用所建立的模型对50,100 mm·min~(-1)加载速率下的HTPB/IPDI复合固体推进剂材料的宏观力学行为进行预测。结果显示,预测结果与实际试验结果较为一致。