高速碰撞问题的有限元法模拟

高速碰撞问题，由于其作用时间短、变形大、由于侵彻使得接触界面复杂以及材料的应变率和破坏效应的影响，使数值分析问题十分困难。本文算例计算结果说明运用ABAQUS／EXPLICIT程序对高速碰撞问题可以进行有效的数值模拟。     

基于离散单元法球形颗粒碰撞破碎行为的数值模拟

采用离散单元法,基于Hertz-Mindlin粘结接触模型,对2个球形颗粒在水平方向上的对心碰撞破碎过程进行数值模拟研究,分析相对速度及粒径比k为1.2、1.4、1.6对颗粒破碎行为的影响。结果表明:撞击速度较小时,颗粒碰撞后未破碎,但是内部出现局部粘结键的断裂,宏观表现为裂纹;随着撞击速度的增大,颗粒出现破裂或完全破碎;不同粒径比的2个颗粒碰撞时,小颗粒比大颗粒破碎严重,粒径比为1.6时,粒径较小的颗粒碰撞后获得的动量最大,粒径比为1.4时次之,粒径比为1.2时最小。     

结构碰撞数值模拟的一类接触算法

本文提出了用于结构碰撞数值模拟的接触算法,包括接触搜索算法和接触力算法。在全局搜索过程中,引入了立方格和链表技术,使搜索的运算量由现有的O(Nlog₂N)降低为O(N)。在局部搜索过程中使用了自由曲面造型技术,提高了搜索精度,消除了“死区”现象。为便于与现有有限元软件连接,将全局搜索与局部搜索合并进行。本文给出的接触力算法既与显式时间积分格式相容,又能充分满足接触约束条件。文中给出了数值算例。     

保险杆低速碰撞性能仿真研究

在低速碰撞中,保险杠对车身的安全防护作用是不容忽视的,这就需要对保险杆的耐撞性要有一个准确的评估,按照欧洲ECE R42法规要求,建立保险杠有限元普适性模型,并对其进行非线性模拟分析,得出增强保险杆耐撞性的规律.     

考虑流体效应的船-桥碰撞数值模拟法研究

有别于传统的不考虑流体对被撞桥墩影响的船-桥碰撞问题,该文在动水压力计算的基础上,建立了考虑流体效应的船-桥碰撞的附加质量计算模型,并与流构耦合计算模型以及不考虑流体影响的计算模型在能量转换、碰撞力、船艏撞深、桥墩位移、应力、截面内力以及计算效率等方面的结果进行了比较分析。结果表明：流体对船艏碰撞力影响较小,但能降低船舶的损毁程度;流构耦合计算模型中的墩顶水平位移响应要略小于附加质量模型和不考虑流体影响时的计算结果;不同计算模型所得桥墩有效应力基本相同且具有相同的分布规律;船-桥碰撞附加质量模型在计及流体与结构相互作用的同时,具有较高的精度和计算效率。     

多用途汽车正面碰撞特性的数值模拟

为保证驾驶员和乘员的安全性,综合运用多种有限元分析软件,建立多用途汽车的有限元正面碰撞模型。通过对正面碰撞模型进行数值模拟、分析碰撞仿真结果,得出整车动能、内能和沙漏能在碰撞瞬间的转换关系,获得碰撞过程中车身前围关键零件的能量吸收程度和变形形式,由此提出提高整车正面抗撞性的方法和措施。仿真结果表明：该方法可用于乘用车的正面碰撞等仿真分析,能达到降低研发周期、提高分析精度的目的。     

基于非线性数值模拟的船桥碰撞力快速估算

船舶对桥墩的最大撞击载荷是桥梁设计的重要依据之一。通过有限元仿真技术模拟了5000、10000、50000、60000吨4种不同载重吨位的船舶正撞刚性桥墩时的碰撞载荷,归纳出船桥碰撞力-撞深、能量-撞深等曲线和最大碰撞力数据。并在此基础上,得到最大碰撞力-船舶吨位曲线,可用于近似估算各种吨位船舶在不同航速时的最大撞击桥梁力。     

基于幂律分布的浮冰生成方法及船-冰碰撞分析

随着北极冰川的不断融化扩散,极地航行船舶与浮冰的碰撞不可避免,而浮冰分布变化是影响船-冰碰撞的重要因素之一.目前对于浮冰分布的研究多是基于图像数据识别,在模拟计算中多简化为规则方形冰块,这与实际浮冰分布与形状有着明显区别.为此,基于幂律分布理论与浮冰形状特征在ANSYS/LS-DYNA软件中编写子程序生成浮冰场,以此为...     

颗粒弹塑性碰撞理论模型

以Hertz弹性接触力学为基础,假设材料为弹塑性强化材料,并考虑接触压力作用下颗粒球体接触面上材料进入塑性阶段后的应力调整与释放,提出了一种新的颗粒弹塑性接触理论。以此为基础,在准静态假设的基础上,研究了颗粒间的弹塑性碰撞问题,推导了相应的计算公式,并与其它弹塑性接触模型进行了比较。结果表明:按照该文模型预测的荷载变位曲线介于Hertz弹性解和Thornton解之间;强化系数越高,荷载变位曲线越接近Hertz弹性解,强化系数越低,越接近Thornton解,Thornton模型为该文模型的一个特例。在颗粒弹塑性碰撞过程中,本文理论预测的冲击力远远小于Hertz弹性解的预测结果,更与实际情况相符。     

爆轰波碰撞聚能技术在红沿河核电厂的应用

为解决盾构过程中遇到的坚硬岩石和局部孤石问题,辽宁红沿河核电厂在取水隧洞施工中引入爆轰波碰撞聚能技术对硬岩和孤石进行预处理。通过数值模拟,直观地揭示出了聚能起爆方式与中心起爆方式在岩石中裂纹扩展的过程。工程实践的结果显示：采用中心起爆时,岩芯最大尺寸为27 cm,且大部分岩芯尺寸在12 cm以上;采用碰撞聚能起爆时,岩芯最大尺寸在18 cm左右,大部分岩芯尺寸在11 cm以内。因此,爆轰波碰撞聚能爆破技术充分利用了炸药爆炸的能量,达到了岩石破碎的目的,成功降低了盾构机刀盘受卡、变形甚至损坏的风险,保证了掘进的安全和效率,在坚硬岩石或有孤石的不均匀地层中有着良好的应用前景。     

室内航空发动机进气流场流量测量数值模拟研究

通过对某航空发动机试车间的进气流场特性进行数值模拟研究,得出发动机试车间的进气流场流动特性,分析了流量测量误差随测量截面及探针深入位置的变化规律,并针对特定截面和深入位置,研究了边界层厚度随不同马赫数和不同雷诺数的变化规律,最后对工程中的流量系数测量方法做了系统性分析。结果表明,随测量截面向发动机进气口的推移,附面层越来越薄,压力测点越向中心区分布,测量速度越来越接近截面的平均速度;马赫数对流量系数的影响很小,流量系数随着雷诺数的增大而增大。     

基于爆轰波碰撞形成LEFP的研究

采用圆缺型药型罩线性装药结构,设定线性装药两端面中心同时起爆,该文对两端同时起爆条件下基于爆轰波碰撞形成的LEFP(Linear Explosively Formed Penetrators)进行了研究。首先开展爆轰波碰撞的理论压力计算,探究了形成LEFP的压力条件,然后利用LS-DYNA软件对LEFP进行数值模拟,同时结合脉冲X光捕捉LEFP的成型实验和在不同炸高下LEFP的侵彻实验,详细阐明了LEFP的成型机理。理论分析、数值模拟和实验结果三者表明：基于爆轰波碰撞条件下圆缺型药型罩线性装药结构可形成具有较大长径比的LEFP。     

石灰石颗粒碰撞磨损特性实验研究

石灰石颗粒的碰撞磨损对其循环捕集CO2的吸收性能及流化状态有着重要影响。选取了重庆渝北区的天然石灰石颗粒作为样品,研究了碰撞速度、碰撞角度和碰撞次数对其磨损特性的影响规律,建立了粒径衰减率随参数变化的数学表达式。研究表明,随着碰撞速度增大,衰减率降低,其变化规律符合线性关系;碰撞角度变化时,衰减率呈现30°和45°两个分界点的3段不同变化趋势:0~30°衰减率呈线性变化;30~45°衰减率基本保持不变;45~65°衰减率呈二次函数变化。随碰撞次数的增加,细粉累积质量分数和衰减率都增大,且呈线性增长关系。细粉质量和衰减率的增量相近,表明多次碰撞产生近似的磨损效果。     

航空发动机气动附加阻力修正测点布置与试验

通过对某型发动机的室内试车间的整场流场特性进行数值模拟研究,得到发动机试车间内的流场状况,分析了试车间内的速度、静压等物理量,绘制整场流线,针对试车间的气动附加阻力截面法修正方法,研究了在不同截面下的速度、静压变化规律,为气动附加阻力修正截面法在实际试车中的测量布点提供了依据,并且做了某型发动机室内试车台的实测试验,得到了测量及计算结果。结果表明,数值模拟可以清晰的模拟出试车时的整场状态,能得到实测不便测量部分的数据,可以对试车间不便搭建测量的位置进行补充,基于仿真得到的测点布局满足测量和计算的需求。     

结构地震碰撞分析的线性粘弹性碰撞模型

针对结构地震碰撞模拟问题,该文中结合Kelvin模型和Hertz-damp模型构造了新的碰撞阻尼函数,提出了线性粘弹性碰撞模型,并基于现有的碰撞试验数据检验了其正确性和碰撞模拟精度。研究结果表明：线性粘弹性碰撞模型可以消除Kelvin模型中出现的撞击力跳跃和拉力的缺陷;相比其他常用的结构地震碰撞分析模型而言,线性粘弹性碰撞模型和Hertz-damp模型都具有较高的碰撞模拟精确度,且线性粘弹性碰撞模型的表达形式比Hertz-damp模型的更为简单易用。分析对比中还发现,如在碰撞模型中忽略碰撞过程中的耗能,数值模拟结果将会高估碰撞对结构的破坏效应。     

船舶-自升式海洋平台碰撞相似率研究

海洋平台作为海洋能源勘探开发的主要组成部分,是海洋油气探井、钻井、开采的主要作业基地。船舶碰撞致使平台结构损伤破坏一直是威胁海洋平台安全的主要因素之一,开展海洋平台碰撞性能研究,揭示平台结构在碰撞过程中的损伤变形机理,对提升平台安全性具有重要意义。评估平台结构耐撞性能最可靠的方法是实船碰撞试验,然而因其耗资巨大而不易开展。按一定相似关系进行比例模型试验成为现实条件下的首选。本文基于相似第二定理,运用量纲分析法推导船舶-自升式海洋平台碰撞过程中各物理量的相似关系,为平台碰撞模型试验的开展及试验参数的确定提供重要依据。结合有限元仿真技术,以平台典型的T型和K型管节点为研究对象,建立不同缩尺比下的简化碰撞模型,比较验证相似理论的可靠性。研究结果表明,缩尺模型在碰撞冲击载荷下的结构损伤变形、碰撞力和能量吸收等动态响应与实尺度模型结果一致性较好。本文研究成果可以为大型平台结构碰撞模型试验设计提供技术支撑。     

考虑混凝土损伤的隔震连续梁桥碰撞响应分析

针对隔震连续梁桥纵桥向主梁与桥台碰撞问题,以一联三跨混凝土隔震连续梁桥作为算例,采用ABAQUS建立了考虑混凝土材料损伤及三维接触碰撞的有限元模型。在此基础上,应用显式积分算法分析了纵桥向地震作用下隔震连续梁桥的碰撞响应,探究了伸缩缝间隙以及支座屈服位移对碰撞响应的影响。研究结果表明：采用三维有限元模型计算得到的碰撞持时与应力波理论得到的结果吻合较好;随着碰撞的发生,混凝土材料损伤积累,碰撞持时有增加的趋势。增大伸缩缝间隙将减小碰撞次数的发生,但对最大碰撞力的影响趋势不明显;随着支座屈服位移的增加,碰撞次数显著减小,但最大碰撞力变化不大。     

基于颗粒流程序的粉体物料料斗建模与平衡分析

为了研究粉体物料料斗内颗粒流动的内在机理,应用颗粒离散单元法建立仿真模型,利用颗粒流程序三维版模拟物料料斗卸料过程中粉体物料流动堆积过程,观察粉体物料在料斗中的动态流动,记录标记粒子在模拟过程中受力和速度的变化,并分析粒子在静、动状态下对料斗侧壁及堆积底面的压力变化。结果表明:颗粒流动速度在料斗出口处出现明显波动;颗粒间的微观不平衡力和接触应力在出口处显著增大,侧壁处初始时受压较大;在宏观流动过程中,料斗中心处的颗粒率先流出。     

烟气轮机内催化剂颗粒碰撞模型研究进展

针对烟气轮机叶片严重结垢的问题,总结了颗粒与光滑壁面和粗糙壁面的碰撞模型研究进展、颗粒的沉积模型。并根据烟机的结垢过程,将催化剂颗粒与烟机叶片的碰撞分为3种情况,即颗粒与有涂层壁面的碰撞、颗粒与质点壁碰撞、颗粒与结垢壁面碰撞。通过对这些模型的总结发现:当颗粒与粗糙壁面碰撞时,正弦模型将粗糙度看作均匀分布,虚拟壁模型只适用于入射角小于7°的情况,将粗糙度角按照正态分布处理,结果最为理想;对于颗粒与烟机叶片的碰撞中,前2种碰撞可以找到合适的碰撞模型,颗粒与结垢壁面的碰撞仍有待深入研究。