钻地弹侵彻地下结构的2D-DDA模拟研究

钻地弹对地下结构的侵彻问题属于大变形、大位移破坏问题，用现有有限元等数值算法对其进行数值模拟存在困难．本文利用二维非连续变形分析（2D—DDA）方法对钻地弹侵彻地下岩石隧道进行了数值模拟，得到了钻地弹几种不同入侵条件下隧道的稳定性和破坏情况，并对模拟结果进行了简要地分析．结果表明，利用DDA方法模拟地下结构的侵彻问题是可行的，这种有益尝试对于研究钻地弹具有一定的理论和实际意义．     

柱状装药激发的应力波场求解初探

本文采用Laplace变换和围道积分的方法,对耦合柱状装药激发的应力波场进行求解,得到近源场单个爆源的峰值位移衰减规律,计算结果与实测结果基本吻合.进而提出柱状装药近源场爆破振动预报方法.     

爆炸波在岩体巷道中传播和能量耗散的数值分析

从工程实际出发,利用ANSYS/LS-DYNA程序数值分析了爆炸发生时岩层与巷道混凝土板中应力波传播与能量耗散过程,给出了上层岩石的损伤演化规律,分析了不同爆源位置对巷道混凝土板的破坏及其总能量的影响.数值计算表明,在爆炸近区,应力波衰减较快;封闭爆炸情况下,岩石破碎区范围为1.1～3.6倍药包半径,损伤区范围为3.6～10.0倍药包半径;随着爆源到混凝土板距离的减小,混凝土板吸收的能量逐渐减小.该计算结果对工程爆破具有一定的参考价值.     

MCA方法在模拟弹丸侵彻混凝土中的应用

从运动学的基本原理出发,推导出适于高速侵彻的移动元胞自动机法的计算模型,在模型中采用了位移、应力、体积应变等三开关破坏准则.应用该模型对弹丸侵彻混凝土进行数值模拟,再现了侵彻过程中弹丸的运动及混凝土的飞散、应力波的传播等物理现象.给出的侵彻深度等计算结果与14.5 mm弹道枪所获得的实验结果基本吻合,说明该计算方法可以有效计算和模拟高速侵彻问题.     

斜锚桩与抗滑桩联合支挡结构的力学行为分析

运用 ANSYS 有限元软件,结合强度折减法原理,对斜锚桩与抗滑桩联合支挡结构加固边坡进行三维数值分析,计算了支护加固前后的边坡稳定系数并进行稳定性评价,分析了联合支护时结构受力和变形的特点。计算结果表明：使用钢筋混凝土斜锚桩代替锚索或锚杆,既能协助抗滑桩提供一定的水平抗力,又能抵抗竖直变形,增强边坡稳定性。     

爆破振动信号的Hilbert-Huang变换分析与应用研究

爆破振动信号分析是研究岩质边坡动力稳定性的基础和前提。希尔伯特-黄变换(HHT)由于其自适应性的特点在分析诸如爆破振动这样的非平稳随机信号中大量应用。以鲁坨路路堑边坡爆破工程为例,提取现场实测的爆破振动信号,采用HHT方法对该信号进行时频和能量分布特征分析,同时对边坡稳定性和临近建(构)筑物的安全做出相应的判定。结果表明:经验模态分解可以无需提前设定基函数,完全按照信号本身的时间尺度分解出信号的固有模态函数(IMF);对IMF分量的判断分析可以提取并过滤原始信号中的干扰成分,通过进一步降噪分解,能更好地体现原始爆破信号的时频和能量分布;Hilbert谱可以清晰地反映原始信号时间-频率-能量关系,从而对边坡稳定和临近建(构)筑物的安全提供可靠的理论指导。基于背景工程爆破信号的HHT分析,原始信号的振动能量主要分布在0~1.5 s时间段和0~50 Hz低频段,需要重点关注建(构)筑物的共振破坏现象。     

弹丸对混凝土板侵彻的MCA方法数值模拟

根据非均匀材料的细观特征，从运动学的基本原理出发，推导出适于高速侵彻的移动元胞自动机法的计算模型．在模型中采用了位移、应力、体积应变等三个破坏准则。应用该模型对弹丸以不同速度侵彻混凝土靶的破坏过程进行数值模拟．给出弹靶的破坏变形过程．得到了侵彻深度与速度的关系曲线。并将弹丸侵彻混凝土的计算结果与Forrestal经验公式计算和试验结果进行对比．吻合较好．说明该计算方法可以有效地计算和模拟高速侵彻问题。     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移,在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量△a的关系中,令△a=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）,从而确定裂纹的动态起裂点,与其它方法相比,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间,所以该方法可在较高或较低的温度下使用;在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中,考虑了材料的动态应力一应变行为,使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

受冲击内压作用的厚壁圆筒的动力分析

本文给出了一种分析受冲击内压作用的厚壁圆筒中位移和应力的解析方法。为了验证所获得的理论,用本文给出的方法,对具有半径比为R_2/R_1=2的钢质圆筒中的位移和应力进行了计算。计算结果表明,所得的理论是正确的。     

爆炸作用下坑道被覆结构局部破坏效应数值分析

文中利用LS-DYNA程序研究了坑道被覆结构在常规装药爆炸作用下的局部破坏效应。通过数值模拟可直观了解爆炸冲击波在被覆结构中的传播及与周围围岩的相互作用和分析被覆结构的受力特点。计算结果表明在爆炸应力波作用下混凝土被覆结构在反射拉伸波的作用下产生局部震塌破坏。     

爆炸平面波下锚杆对洞室加固效果模型试验方法

为探索爆炸平面波下锚杆对洞室的加固效果,通过抗爆模型试验,从围岩应力、洞壁环向应变、加速度和顶底板相对位移4个方面,研究爆炸平面波作用下毛洞和2种锚杆对洞室的加固效果。分析爆炸平面波强度沿着垂直方向和水平方向的衰减规律;比较毛洞、全长粘结式锚杆加固洞室和自由式锚杆加固洞室的洞壁环向应变、加速度、顶底板相对位移之间的差异。结果表明：爆炸平面波强度沿垂直方向的衰减速度比水平方向的慢;每个洞室内拱顶处的加速度和抗变形能力最大,底板的加速度最小;拱脚是洞室中极易产生拉应变的地方,锚杆加固能使拱脚围岩由受拉变形改变为受压变形;全长粘结式锚杆加固的洞室拱顶和底板都产生了相对较大加速度,但在减小洞室拱部变形、顶底板相对位移和侧墙加速度方面的作用大于自由式锚杆。     

基于斜面法原理的7075-T651铝合金板材内部三维残余应力分布

为提高飞机性能与可靠性、减轻质量,越来越多的铝合金整体结构件被采用。毛坯初始残余应力是引起铝合金整体结构件加工变形的主要原因之一,对毛坯内部三向残余应力的分布规律进行高效精确的测量显得尤为重要。针对传统剥层法操作繁琐、效率低的问题,提出一种新的测量毛坯三向残余应力方法——斜面法。实验以7075-T651铝合金预拉伸板为研究样件,分别利用剥层法和斜面法对其内部三向残余应力进行测量。对测量结果进行修正,以减小斜坡加工引起的残余应力测量误差。结果表明：传统剥层法与修正后的斜面法测量结果沿深度方向的分部规律均呈M形;与传统剥层法相比,斜面法测量效率提高10倍;残余应力经修正公式修正后的斜面法测量结果误差90%在6 MPa以内;新方法不仅可以精确高效地测量毛坯全厚度的残余应力,还能够对表层20 μm深度的残余应力进行检测。     

典型小口径步枪枪管系统冷热枪状态差异三维有限元分析

针对自动步枪在冷热枪状态下的差异,为揭示冷热偏机理和提高射击精度,以某典型小口径自动步枪为研究对象,基于热固耦合的研究方法,计算了镀Cr层但忽略膛线的某典型小口径自动步枪枪管系统在连续热冲击及膛压下的瞬态温度及变形,分析了其温度场和沿径向的位移场变化规律,仿真计算结果获得了试验数据的验证。研究表明:连发发射时内膛薄层各点的温度梯度将引起高频急剧变化的热应力; 热载荷是影响残余位移的主要因素; 枪管系统前几发弹峰值位移主要受脉冲位移影响,随着射弹量增加峰值位移主要受残余位移影响; 随着射弹量增加,热枪状态下枪管系统变形明显大于冷枪状态下变形; 热载荷是影响枪管系统变形的主要原因,膛压对枪管系统产生了位移脉冲,不影响残余位移。残余位移的增加量随射弹量呈减小趋势。     

固体推进剂药柱在振动载荷作用下的结构完整性分析

采用有限元法对固体推进剂药柱在不同振动载荷作用下的应力、应变和位移场进行三维线性粘弹性分析,得出了药柱在横向、轴向、横向和轴向耦合3种载荷作用情况下的变形结果,并将结果进行了对比,对比结果显示：载荷耦合作用效果是横向和轴向载荷单独作用效果的叠加.通过数值模拟,为固体火箭发动机的结构可靠性设计提供参考.     

某型军用桥梁装备通载状态监测系统

针对军用桥梁装备通载状态下易发事故的问题,以某型轮式冲击桥为研究对象,分析桥跨结构与规定荷 载。利用有限元分析方法,计算通载状态下桥跨的位移、应力及变形。根据计算结果,确定以挠度、位移和应力作 为监测参数选择传感器, 采用基于模态保证准则(modal assurance criteria , MAC) 的有效独立法(effective independence,EI)优化传感器布设方案,采用无线数据传输构建监测硬件系统,设计硬件模组箱。基于LabVIEW 平 台开发上位机软件,实现数据采集、数据解析、状态显示与安全预警功能。试验结果表明：该监测系统能够有效反 映通载状态下桥跨的姿态信息,实现事故提前预警。     

退火态TC4钛合金热变形本构关系的研究

利用Gleeble-3800热模拟机对TC4钛合金在550~800 ℃温区进行热变形试验研究。通过真应力、真应变分析得到TC4钛合金峰值应力随温度升高而降低、应变速率增大而升高,确定了550~800 ℃温区热变形激活能、建立了流变应力本构关系以及峰值应力与温度和变形速率之间的函数关系。通过热变形模拟为TC4钛合金热加工参数的合理制定与控制提供依据。     

海上柔性并联平台空间动力学建模与分析

针对某海上螺旋副-虎克铰-球铰(HUS)柔性并联平台由快速稳定和大负载引起的支撑连杆弹性变形和负载瞄准位置偏差问题,进行了空间弹性动力学建模。采用模态函数和空间等截面梁单元模型对弹性连杆进行空间建模,基于虎克铰和球铰连接的连杆为两自由度空间运动,推导了空间单元坐标与系统坐标的两自由度转换矩阵,利用平台的运动学和动力学约束条件建立了HUS柔性并联平台的空间弹性动力学方程;运用Newmark方法对弹性动力学方程进行离散求解,分析了平台的弹性动力学响应和支撑连杆的最大动应力,并进行了动力学测试实验;进一步分析了弹性变形对负载瞄准精度的影响。研究结果表明：由弹性变形引起的支撑点最大位移为2.45 mm,且x轴明显大于y轴和z轴;由弹性角位移引起最大位置偏差为1.35 m. 实验结果与仿真结果一致,验证了数值建模的有效性。     

多轴承支撑轴系的精确变形计算研究

针对传动系统中典型的多轴承支撑轴系结构,提出了轴和轴承刚度耦合建模方法以及轴系结构精确变形迭代求解方法。基于轴承几何学、接触力学理论,采用Newton-Raphson算法实现轴承接触应力和变形计算、轴承内部载荷分配计算、轴承滚动体力学平衡方程组的求解,建立轴承刚度矩阵。实现轴承与Timoshenko梁的刚度耦合,形成轴系刚度矩阵,并通过松弛迭代法求解稀疏刚度矩阵。改变轴承刚度矩阵完成迭代过程,获得系统的精确变形。通过算例,验证了该计算方法收敛快、对初值要求低,计算精度较高。