三维四向编织复合材料细观组织及分析模型

以四向编织复合材料为对象, 对所建立的单胞组织模型进行了细观组织的实验验证, 所 得结果与理论分析结果吻合较好。证实了所建模型的正确性, 成为三维多向编织复合材料性能分 析与材料优化设计的基础。      

高温后活性粉末混凝土SHPB试验研究

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)系统,采用铅片作为整形器,分别对常温下及400,600,800℃高温过火后的活性粉末混凝土(RPC)试样进行单轴冲击压缩试验,研究应变率及温度对RPC材料动态力学性能及变形破坏特性的影响规律.结果表明:常温下及高温过火后,RPC材料的动态抗压强度、破碎程度及吸收能量均具有明显的应变率效应,而峰值应变、初始弹性模量及能量吸收率的应变率相关性较弱,且温度对应变率效应没有明显影响;高温过火后,不同应变率下RPC材料的动态抗压强度、初始弹性模量及能量吸收率均有所降低,而峰值应变增大.     

含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数的细观力学分析

将三维编织复合材料的纤维束和微裂纹分别看作圆柱型和圆币型夹杂,考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维束的空间取向,采用等效夹杂法对含微裂纹的三维多向编织复合材料的热膨胀系数进行了细观力学分析,提出了预报含微裂纹三维多向编织复合材料热膨胀系数的方法,由于直接考虑了微裂纹的任意取向和增强纤维的空间取向,这种方法既可应用于一般含微裂纹的三维编织复合材料,也可应用于单向纤维增强复合材料.结合实例分别预报了单向纤维增强复合材料和四向编织复合材料的热膨胀系数,与实验结果吻合较好.     

弹丸超高速撞击半无限厚铝板数值模拟

微流星体及空间碎片的超高速撞击威胁着长寿命、大尺寸航天器的安全运行,导致其严重的损伤和灾难性的失效.撞击损伤特性研究是航天器防护设计的一个重要问题.本文采用AUTODYN软件的Lagrange法对半无限铝板的超高速斜撞击和与其具有相同法向速度的正撞击进行了模拟,给出了不同撞击角和不同法向速度下半无限厚铝板弹坑深度、宽度、长度的变化规律及多弹坑的形成过程,并与经验方程进行了比较分析.结果发现:随撞击角的增加,弹坑的深度和宽度减小,而弹坑的长度增加;随撞击速度的增加弹坑的直径和深度增加;在撞击角大于70度时出现多弹坑.     

高速撞击声发射信号在铝板中的衰减规律

高速撞击声发射信号传播至传感器并被转换成电信号的过程中会发生信号幅值的衰减,导致信号在损伤评估和源定位的误差增大。分析了衰减产生的原因,得到了衰减的一般规律。为了分析高速撞击声发射信号中不同频率板波模态的衰减规律,将高速撞击数值模拟声发射信号进行了小波信号高频和低频的重构并分别进行衰减规律的研究,得到了此两种频率在铝板中的衰减规律,研究了衰减系数和"等效幅值"随撞击速度的变化规律,研究结果可以用于撞击源定位传感器布局优化及损伤程度评估等领域。     

钢纤维活性粉末混凝土高温后动力学特性研究

利用霍普金森压杆系统(split Hopkinson pressure bar,SHPB),采用铅片作为整形器,分别对未经高温处理及经600,800℃高温作用后的素活性粉末混凝土(normal reactive powderconcrete,NRPC)和钢纤维增强活性粉末混凝土(steel fiber reinforced reactive powder concrete,SFRPC)进行冲击压缩试验,以研究高温后NRPC和SFRPC的动态力学性能及钢纤维掺量对SFRPC抗冲击性能的影响.结果表明,经高温作用后,NRPC和SFRPC在应变率(75~85 s-1)下的动态抗压强度均明显降低,600,800℃作用后动态抗压强度损失率分别约为25%,65%,但峰值应变均提高.高温作用后,SFRPC的抗冲击能力明显优于NRPC,600℃及800℃时SFRPC(1.0%)动态抗压强度同NRPC相比分别提高了28.1%和35.1%,峰值韧度则分别提高了83.4%和74.9%.破坏程度上SFRPC也明显轻于NRPC,试样呈现裂而不散的形态.最后,分析了高温后钢纤维对活性粉末混凝土的增强增韧作用机理.     

活性粉末混凝土高温后的扫描电镜试验研究

利用扫描电子显微镜(SEM)对活性粉末混凝土(RPC)的显微结构进行观察,分析了高温作用后RPC内部微观结构的变化情况。重点研究水化产物C-S-H凝胶形貌和骨料界面区。结果表明:随着加热温度的升高,C-S-H凝胶变化明显,由致密石状体形态变为大块分散相,且出现分层;而骨料界面区由于浆体收缩和骨料膨胀形成裂缝,这些微观结构的变化是RPC宏观力学性能恶化的根本原因。     

铝双层板结构撞击损伤的板间距效应实验研究

为了研究空间碎片对航天器防护结构的超高速撞击损伤特性,采用二级轻气炮发射球形弹丸,对铝双层板结构进行了超高速撞击实验研究.弹丸直径为3.97 mm,撞击速度分别为(2.58±0.08)km/s、(3.54±0.25)km/s和(4.35±0.11)km/s,板间距为10~100 mm.实验得到了铝双层板结构在不同撞击速度区间的后板损伤模式.结果表明,弹丸撞击速度一定时,后板弹坑分布随前后板间距的不同而不同.前板背面返溅影响区和后板弹坑分布区随板间距的增大而增大,各弹坑分布区扩散角随板间距的增大而减小.     

光滑粒子流体动力学法拉伸不稳定性改进研究

针对光滑粒子流体动力学(SPH)法在涉及材料强度的问题中存在着拉伸不稳定性,提出了一种改进拉伸不稳定性的连续型人工力,给出了其应用条件,并建立了该人工力的张量形式.通过在消除压缩不稳定性的人工粘性力的基础上叠加抗拉伸不稳定的人工力,建立了统一形式的人工力.通过两个算例的计算及比较,表明该人工力的计算结果振荡小并且接近有限元法的计算结果,优于其它形式的人工力.该人工力使SPH法的拉伸不稳定性得到了更好的改善.     

影响Hopkinson压杆实验结果因素的数值模拟分析

根据Hopkinson压杆试验装置产生压缩加载脉冲的力学模型,利用ANSYS/LSDYNA有限元显示动力学程序计算得到了试件在加载过程中的应力-应变曲线,并且和输入材料曲线做了比较,讨论了试件的长径比及试件与压杆之间的界面摩擦力对试件内部应力均匀性和对试件材料动态屈服应力的影响.分析结果表明,试件的长径比在0.5~0.6之间、试件与压杆之间的界面摩擦系数为0.15时,对动态屈服应力的结果影响比较小,这一结论对实际的实验操作有一定的指导意义.