陶瓷/金属复合靶抗侵彻性能的数值模拟方法研究

采用自主开发的欧拉型二维爆炸与冲击问题仿真软件EXPLOSION-2D对钨杆侵彻陶瓷/金属复合靶板进行了数值模拟研究。为了描述陶瓷材料的损伤特性,在软件中嵌入JH-2本构模型及通过平板撞击实验结果拟合得到的高压状态方程。在质点网格法的基础上,给出了在欧拉算法下脆性材料累积损伤、破坏的数值算法。采用上述模型及算法研究了不同陶瓷片厚度条件下陶瓷/金属复合靶板的抗侵彻性能,分析了陶瓷靶损伤演化规律和侵彻过程。数值模拟结果与DOP(侵彻深度实验)结果吻合得较好,验证了该文模型和算法的有效性。     

Acoustic Emission and Damage Characteristics of Alumina

Advanced multi-channels acoustic emission(AE)system is used to study the fracture process of alumina material subjected by three-point-bending loading.Using AE counts and AE hits,the location of damage and damage characteristics are discussed.AE energy,AE counts,AE amplitude changing with loading time are analyzed for the notched alumina specimen.It is indicated that AE characteristic parameters reflect the damage process and fracture of material.     

混合型加载下钢纤维混凝土损伤过程的声发射参数分析

结合声发射技术,开展Ⅰ-Ⅱ混合型载荷作用下钢纤维混凝土带预制中心裂纹巴西圆盘(BDCN)破坏特性的实验研究,得到试件破坏过程中声发射特征参数的演化过程。运用机器学习算法,对声发射参数进行分析,揭示钢纤维混凝土的损伤机理。结果表明：依据累积声发射强度曲线及时间-载荷曲线的变化,BDCN试件破坏全过程可以划分为3个阶段：前两个阶段损伤的主要来源是混凝土基体中微裂纹的起裂和大量微裂纹汇聚扩展,最后一个阶段声发射源的主要机制则是钢纤维的脱粘及拉拔。运用高斯混合聚类算法,可以将损伤源划分为拉伸型裂纹和剪切型裂纹。其中,拉伸型裂纹主导了每个阶段的损伤,而剪切型裂纹对损伤起到了促进作用。使用支持向量机求得的两类裂纹的分界线方程表明,拉伸型裂纹与剪切型裂纹的分界线并不总是一条过原点的直线。     

钨合金力学性能表征分子动力学模拟

通过实验方法和分子动力学模拟方法研究了91%(质量分数,下同)细化颗粒钨合金材料的塑性力学问题。结果表明:细化钨合金材料具有应变率效应,且随着应变率的增加,屈服强度增强;钨合金材料应力-应变关系具有显著的温度效应、尺度效应和晶向效应;基于对钨合金材料的数值模拟结果与实验结果对比,得到了两种方法具有一致性的结论,证明了该MD模拟的准确性以及拟合出高应变率幂律公式的可信性。     

压缩载荷下陶瓷材料声发射特性的实验研究

对陶瓷材料在两种压缩加载下破坏过程中的声发射特性进行实验研究。三点弯曲和巴西劈裂实验中,采用多通道声发射系统监测了陶瓷试件的破坏过程。对声发射信号进行分析,结果表明,声发射能量数、事件数、振铃数等参数都反映了材料内部损伤演化扩展直至试件宏观断裂的过程。利用声发射参数可以定位陶瓷试件的破坏位置;试件断面的宏细观分析表明,陶瓷的脆性破坏机制主要是颗粒附近的微裂纹开裂。     

基于小波变换的混凝土压缩损伤模式识别

为了实时获取混凝土中微裂纹扩展演化的物理信息,对实验采集的每一个声发射信号作小波变换,识别出3种典型模式的声发射信号;根据声发射信号的事件密度变化规律和脆性材料断裂理论,将混凝土压缩破坏过程分为微孔洞压缩闭合、裂纹萌生、裂纹生长和裂纹汇合4个阶段。根据混凝土材料中声发射信号频率与裂纹源尺寸呈反比例关系以及声发射信号在4个破坏阶段中的分布特征,将3种模式的声发射信号分别对应于裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩闭合、裂纹汇合。实验结果表明,裂纹萌生、裂纹生长和微孔洞压缩闭合、裂纹汇合对应的声发射信号的上升时间依次增长、频率逐渐降低,与应变能释放理论相符合。     

多孔钛材料的动态力学响应研究

通过一级轻气炮加载,对孔洞具有一定规律的多孔钛材料进行了平板撞击实验及数值研究.基于锰铜压阻计测量到的实验波形,获得了冲击波在多孔钛材料中传播的衰减效应以及冲击波波速和波后粒子速度的D-u冲击绝热关系.依照实验情况在非线性动力学有限元软件中建立了数值模型,并根据计算结果得到了冲击波的压力-时间波形以及冲击绝热关系,拟合出了多孔钛材料的多项式形式Griüneisen状态方程.通过对压缩度μ进行泰勒展开,结合冲击波基本关系式及冲击绝热关系,从理论上得到了多项式形式Grüneisen状态方程系数的具体表达式.     

冲击压缩下准脆性材料含微裂纹损伤的本构模型

基于准脆性材料中翼型拉伸裂纹的成核准则,运用细观损伤理论推导了翼型裂纹损伤对材料弹性模量的弱化作用.考虑裂纹扩展对材料动态断裂的滞后效应,建立了动态裂纹扩展准则,并给出损伤演化方程,在此基础上建立了准脆性材料单轴冲击压缩下的动态损伤本构模型.结合氧化铝陶瓷材料独特的力学响应和破坏特性,讨论了模型中微裂纹成核参数、微裂纹尺寸对动态断裂强度的影响,并用该模型计算了单轴压缩下氧化铝陶瓷的应力应变曲线,数值结果与实验结果吻合良好.     

基于小波变换降噪的声发射源定位方法

选取最优小波基对声发射信号进行小波变换降噪处理,采用阈值法确定不同传感器接收声发射信号时间以提高各向异性材料中声发射源定位精度。在钢板和木板上进行断铅模拟声发射源实验,利用Geiger算法分别计算出降噪前后的声发射源定位结果以验证该定位方法的有效性。结果表明该定位方法能有效减小噪声信号的影响,提高各向异性材料中声发射源定位精度。采用该定位方法对氧化铝陶瓷试件压缩破坏过程中的声发射源进行定位,定位结果有效地反映了材料内微裂纹产生和扩展而导致试件破坏的动态过程。     

手枪弹对带软防护的明胶靶标侵彻机理与实验研究

为揭示杀伤元与有防护目标的相互作用机理,基于弹头侵彻防护特点,分析手枪弹侵彻时软防护破坏形式。结合高应变率下超高分子量聚乙烯纤维本构模型,并引入明胶弹性模型,建立手枪弹侵彻带软防护的明胶靶标运动模型。选取9 mm全铜弹（均一硬质结构）和92式5.8 mm手枪弹（钢芯铅柱被甲结构）为杀伤元,对运动模型进行数值计算和实验验证。结果表明,该运动模型能够准确描述手枪弹侵彻带防护的明胶靶标运动过程,可为有防护目标杀伤机理和防护性能研究提供理论参考。