预应力作用下复合材料层合板弹道极限响应数值研究

基于正交各向异性复合材料模型,通过施加合理的速度/固定边界条件建立带预应力的凯夫拉纤维增强复合材料层合板弹道冲击数值计算模型。通过试验结果与理论计算对比,验证和评估复合靶板数值模型的有效性及其弹道预测能力。在此基础上,研究不同预应力条件下复合靶板的弹道极限响应。结果表明:复合靶板弹道极限随预应力水平的增加呈"下降→增加→下降"的趋势。在低预应力水平下,复合靶板主要以面外分层损伤为主;在中等预应力水平下,复合靶板以面内拉伸损伤为主;在高预应力水平下,复合靶板出现体积损伤。     

轻型陶瓷复合装甲结构抗弹性能研究进展

从靶板的材料和结构配置,弹体形状、冲击速度和角度等物理和材料参数,以及约束条件和预应力等方面对轻型陶瓷复合装甲抗弹性能实验研究,抗弹过程分析的近似解析模型进行了较为系统的回顾,分析了其研究现状,提出了一些有待进一步深入展开研究的问题。     

不同金属镀层单晶硅靶板的冲击受力特性

为了探究金属镀层对单晶硅靶板抗冲击性能的影响,建立了金属/单晶硅复合靶板理论分析模型,分析讨论了单晶硅靶板表面的最大应力与镀层材料动态屈服应力的关系,应用有限元法在LS-DYNA软件中对金属/单晶硅复合靶板进行瞬态动力学计算,得到了不同金属镀层单晶硅靶板冲击受力后的力学响应。根据实验结果总结得到金属镀层对单晶硅靶板冲击受力具有一定的抗冲击效果,能够延迟和减弱出现在靶板正、背面的应力峰值,减小在靶板上产生的应力。     

炮口强冲击条件下的身管稳定性校核研究

通过炮口强冲击模拟火炮的射击过程是一种技术可行的火炮动力后坐模拟方法.针对炮口强冲击条件下身管可能失稳的问题,将试验装置中的某型火炮身管近似为一端固定、一端铰支的多阶梯变截面构件,分别采用了挠曲线方程法和ABAQUS屈曲分析对其稳定性进行了校核.结果表明,在强装药条件下的炮口最大冲击载荷小于身管失稳临界载荷,身管能够保持稳定.研究结论为炮口冲击式火炮试验装置的可行性论证提供了可靠依据.     

冲击载荷作用下岩石动态力学性能的数值分析

为研究不同冲击载荷和不同性质岩石的动态力学性能,通过与实验结果的对比分析,验证了数值仿真冲击载荷下应力波在岩石介质中传播特性的可行性,利用显式非线性动力分析有限元程序LS-DYNA,数值模拟了SHPB冲击岩石试件的过程,得到了不同冲击速度下人造岩石的应力-应变曲线,获得了相同冲击速度下几种不同性质岩石的应力-应变关系,结果表明,人造岩石的动态力学特性与应变率有很大关系,岩石的动态力学特性与岩性密切相关.     

弹丸垂直侵彻陶瓷/金属复合靶板的简化模型

根据薄板在冲击载荷作用下的动力响应理论,利用能量法建立了陶瓷／金属复舍靶板抵抗小型穿甲弹侵彻的理论分析模型．在给定的靶板条件下,该模型可以模拟在冲击载荷作用下的复合靶板的弹道极限速度,并分别对铝板和钢板做背板的复合靶板进行了试验验证;同时,在相同的面密度下,比较了不同背板的抗弹效果,实验结果和数值结果吻合较好．     

预置裂纹靶板在水下冲击波作用下的动态响应研究

舰船结构在生产和使用过程中不可避免地会出现划痕、凹槽等损伤,使结构的水下抗毁伤性能出现不同程度的降低。利用非药式等效水下冲击加载装置,对预置裂纹靶板进行了水下冲击加载实验,通过高速相机对靶板变形进行记录;结合ABAQUS仿真软件对加载实验进行计算,对预置裂纹靶板在水下冲击载荷作用下的动态响应机制进行研究,得出了“3阶段”动态响应现象结论;对不同预置裂纹形状靶板进行研究,发现不同预置裂纹形状靶板的动态响应差别在于最终破坏阶段,靶板破坏倾向于出现最少裂缝情况下,将能量全部释放。对裂纹参数进行研究,结果表明：预置裂纹靶板离面位移与载荷冲量近似呈线性关系,随着裂纹深度和长度的增长,结构剩余冲击强度不断下降。     

不同载荷形式下石灰岩冲击特性的比较和讨论

利用一级轻气炮对石灰岩和围压作用石灰岩靶板进行冲击压缩试验,测得不同冲击速度下的应力-时间信号曲线。通过Lagrange分析方法对应力-时间曲线进行处理,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,进而得到了材料的应力-应变试验曲线。在试验研究和Lagrange分析的基础上,分析了石灰岩和围压作用石灰岩的动态冲击特性。结果表明:强冲击载荷作用下,围压载荷的加入提高了石灰岩的刚度和延展性,使得材料的抗冲击能力得以提高。     

膨胀管分离装置的分离冲击特性

为了分析膨胀管分离装置在解锁过程中引起结构振动的冲击来源,文中运用LS-DYNA对分离装置的工作过程进行了仿真分析.结果表明:冲击主要来自于膨胀管对分离端框的碰撞以及分离板断裂时应力的释放引起分离板振动;冲击值在结构界面衰减了50％,在结构内部由于应力波衰减效应与结构谐振效应相耦合,冲击值无明显增减.进一步分析得到两种冲击源对结构的振动贡献分别占55％和45％.     

圆环形贮箱的晃动力学

本文研究了用于最小长度轨道转移飞行器圆环形液氧贮箱1/4缩比模型的流体晃动力学。比较了在1g重力加速度下从实验和分析得出的晃动模态的等效力学模型。介绍了用防晃板减小晃动力的测量,并导出了贮箱内装有防晃板时晃动模态的等效力学模型。用数字频谱分析给出了测量晃动动力的有效方法。叙述了在晃动运动中观察到的非线性效应。     

NFB700高强钢板抗震塌性能

为研究有较高屈服强度、良好韧性的NFB700高强钢板的抗震塌性能,对不同厚度的4种靶标开展了现场爆炸试验.通过对试验模型的毁伤状态观察及数据分析,研究高强钢板对靶标抗震塌能力的影响,并对混凝土-钢板双层结构的极限抗震塌性能进行数值仿真分析.研究结果表明:靶标的微应变大都随混凝土板厚度的增大而减小,而随距爆心远近而变化的...     

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.     

POZD涂层钢筋混凝土板抗震塌性能

为研究POZD涂层钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的抗震塌性能,对3种试验模型开展不同梯恩梯（TNT）当量的接触爆炸试验。通过对试验模型的毁伤状态观察及数据统计,研究分析了POZD涂层的破坏模式和抗震塌机理。结果表明：POZD涂层钢筋混凝土板具备较为优越的抗震塌性能,随着涂层厚度的增加,抗震塌能力逐渐增强,且震塌系数呈线性减小趋势;钢筋混凝土板喷涂8 mm厚POZD涂层后,抗震塌能力远优于内衬3 mm厚Q235b钢板;在集团装药接触爆炸（球面波）作用下,POZD涂层的毁伤模式为圆锥状鼓起,该鼓起为混凝土碎块和冲击波的复合冲击作用下出现较大塑性变形所致;当冲击荷载超过POZD材料的极限抗拉强度时,除在锥尖处出现较小的圆孔状剪切破坏外,涂层仍能保持整体完好并持续有效约束混凝土碎片,不致产生大面积震塌破坏;在高应变率、强动载作用下,POZD涂层仍然能够保持大变形、高塑性特性,通过自身大变形吸收冲击波能量,约束混凝土碎片,起到较好的抗震塌效果。     

混凝土靶中侵彻深度的相似性研究

引入弹头性能参数,采用量纲分析方法,对射弹侵彻混凝土靶的深度进行了分析,得到了无量纲侵彻深度与无量纲侵彻初始速度基本成线性的关系.另一方面,利用轻气炮对素混凝土靶和钢纤维混凝土靶进行了侵彻试验,测量了射弹的击靶速度和侵彻深度.试验结果表明,不同弹头形状射弹侵彻素混凝土靶和钢纤维混凝土靶的无量纲侵彻深度与无量纲速度近似成线性关系.     

高温后混凝土冲击破碎能耗及分形特征研究

为研究高温后混凝土在冲击破碎过程中的能量耗散特性及碎块块度分布规律,采用100 mm分离式霍普金森压杆装置,对不同温度（常温、200 ℃、400 ℃、600 ℃、800 ℃）作用后的混凝土进行冲击压缩实验,分析了冲击弹速和温度对试件冲击破碎能耗、破坏形态及碎块分形维数的影响。研究结果表明：同一温度下,耗散能随弹速和应变率的升高不断增大,同一弹速下,耗散能随温度的升高总体呈下降趋势;冲击破坏后混凝土破碎块度分布是一个统计意义上的分形,随弹速及温度的升高,试件破碎程度增大,碎块数目增多、尺寸减小,分形维数增大;耗散能与碎块分形维数的变化在相同温度下具有一定的正相关性。由此可见,不同温度、弹速下混凝土的冲击破碎是外部能量驱动下的分形演化过程。     

刚性弹正侵彻钢筋混凝土靶阻力模型

建立刚性弹的侵彻阻力模型,是对钢筋混凝土靶侵彻进行理论建模时首先需要解决的问题。针对现有模型的不足,以文献［3］中钢筋混凝土空腔膨胀理论和文献［4］中开坑深度模型为基础,通过研究弹体与钢筋的相互运动、钢筋的受力和失效,给出了弹体冲击作用下的钢筋动态响应模型;基于单根钢筋对弹体的碰撞作用力,考虑不同典型着靶位置以及弹体同时与两层钢筋相互作用的情况,建立了较为完备的钢筋混凝土靶侵彻阻力模型;结合文献\[13-14,18-20\]中的实验数据对该模型进行了验证与参数影响分析。结果表明：新模型能够较为合理地计算侵彻过程,反映了弹体与钢筋碰撞作用的细节,可为弹体侵彻及钢筋混凝土防护的工程实践提供理论参考。     

爆炸冲击波作用下混凝土板的载荷等效方法

基于动力响应一致的原则,提出了将混凝土板所遭受的爆炸载荷等效为无升压时间的 三角形均布载荷的方法。采用量纲分析将混凝土板的最大动量及其达到时间作为等效参数,得到 了其在爆炸作用下的等效载荷超压峰值和持续时间与炸药当量和爆距之间的无量纲经验关系式。 通过对一定无量纲范围内不同工况计算结果的拟合,确定了经验表达式中的常数。最后,采用数值 方法对等效载荷和实际爆炸作用下混凝土板的动力响应数值分析结果进行比较,验证了该等效方 法的有效性。     

铜筋混凝土梁在低速冲击下的计算方法

总结和分析了钢筋混凝土梁在低速冲击下的局部与整体变形和破坏特征，考虑冲击体头部形状影响的局部效应，研究以弯曲理论为基础，考虑钢筋混凝土梁的裂缝形成（准弹性阶段）和破坏（塑性阶段）的计算方法，通过建立简化计算模型，得出了钢筋混凝土梁在低速冲击下的计算公式。     

动能弹侵彻混凝土靶结构的等效研究

针对目前弹体侵彻试验中混凝土靶体积大且成本高的问题,对混凝土靶结构进行了等效研究。利用三维计算软件程序模拟了动能弹对混凝土靶板的垂直侵彻过程。研究发现,Ma为2左右,靶弹直径比大于等于30的混凝土靶等效为半无限靶。进一步对不同靶弹直径比的靶板施加不同厚度的钢箍进行计算。结果表明,有钢箍的混凝土靶能减小边界效应对弹丸侵彻性能的影响,并得到了各个速度段钢箍厚度与靶弹直径比的定量关系,增加不同厚度的钢箍来等效半无限靶可达到减小靶体径向尺寸的目的,对降低试验成本具有重要的意义。     

钢筋混凝土板在低速冲击下的计算方法

钢筋混凝土板在低速冲击下的局部与整体变形和破坏的特点主要取决于冲击的初速和接触区直径与结构厚度的比值,在计算中必须既考虑冲击的局部作用,也须考虑其整体作用.本文既给出了钢筋混凝土板在低速冲击下局部变形评估方法,又给出了整体变形的弹塑性工程近似分析方法,整体变形分析中忽略板在裂缝形成前的工作阶段,主要考虑了裂缝形成之后到纵向受力钢筋达屈服和钢筋屈服后到结构破坏的两阶段.