空间碎片在轨碰撞数值模拟

采用AUTODYN-2D无网格SPH数值技术，对碰撞速度10km／s下的球形及柱状空间碎片在轨碰撞超高速作用行为进行数值模拟，给出了不同节点处的速度变化规律．数值模拟结果表明。空间两物体碰撞后所形成碎片云主要分布在原碰撞物体运行轨道周围，运动方向与原来碰撞物体的速度方向相同；发生碰撞的空间物体形状强烈影响碰撞后碎片云的分布及速度；球形碎片碰撞柱状碎片形成的碎片云速度最大；柱状碎片相撞后碎片云呈椭球形分布．     

强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究

为了揭示冲击压力对PZT-5H压电陶瓷电输出特性的影响,利用自行建立的聚偏氟乙烯冲击压力测试系统和压电陶瓷电输出性能测试系统,以一级轻气炮作为加载手段,开展了柱状铝合金弹丸分别以195 m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击复合靶板（钢片-压电陶瓷-有机玻璃）的实验。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行弹靶碰撞的有限元分析,分析了不同速度下PZT-5H的冲击压力时程。根据实验系统建立了弹靶接触时应力波传播的简化模型,并通过模型计算出复合结构中PZT-5H压电陶瓷承受的冲击压力峰值。运用实验得到的冲击压力时程、压电陶瓷输出电压时程和储能电容充电电压时程,分析了不同峰值压力脉冲作用下PZT-5H压电陶瓷电输出特性的变化规律。研究结果表明：冲击压力峰值的计算结果与仿真结果、实验测量结果趋势吻合;冲击压力峰值在200~700 MPa范围内时,PZT-5H压电陶瓷输出电压峰值随着冲击应力峰值的增加而增大,且近似呈线性关系;在高速撞击PZT-5H压电陶瓷过程中动能与电能的能量转化效率较低,当储能电容量与PZT-5H压电陶瓷电容量比值为5.9∶1时,压电陶瓷的能量转化率为1.1%.     

间隙对空间可展结构动力学性能的影响

为揭示间隙对航天器可展结构动力学性能的影响。基于间隙铰的接触变形模式。建立了含间隙的可展结构动力学模型。对含间隙的典型可展结构动力学进行了仿真分析。仿真结果表明间隙对可展结构展开过程动力学性能影响较大。在展开起始阶段，间隙铰关节有较大的接触力；由于间隙的影响，产生持续的脉冲式碰撞接触力；随着间隙增大，碰撞力幅值有增大的趋势，碰撞次数减少。摩擦可能激起系统振动，增加系统动力学非线性；同时，摩擦对可展结构动力学扰动也有一定的抑制作用。     

身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞响应分析

为了研究膛内运动过程中身管内膛与弹丸前定心部间的接触碰撞响应特性,以某口径火炮为原型,建立了身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞有限元弹塑性动力学模型,模拟实际接触碰撞过程; 为确保所获有限元模拟结果具有较高精度,分别从模型收敛性和罚因子设置两方面,对所建立的身管内膛与弹丸前定心部接触碰撞模型进行验证; 基于已验证的有限元模型,对比分析不同初始接触碰撞速度及不同内膛磨损程度下相关接触碰撞物理量变化规律。结果表明:①接触碰撞过程能量损失与初始接触碰撞速度密切相关,初始接触碰撞速度越大,接触碰撞过程中的能量损失也越多; ②接触碰撞最大时刻,与弹丸前定心部发生接触碰撞的身管膛线条数接近身管总膛线条数的一半。     

基于GA的碰撞参数优化研究

根据自动武器材料研究其运动仿真时的参数设置,为了提高仿真精度与可信度,将自动武器曲线槽与凸笋的碰撞简化为小球-平板模型,利用ADAMS和ANSYS Workbench软件分别对接触碰撞参数和材料性能参数进行研究,采用单一辨识构造各参数与反跳速度间的映射关系。通过映射关系假设函数关系式并建立目标函数,利用遗传算法对目标函数进行求解,对参数间的函数关系进行优化,最后对优化后取值进行验证。研究结果表明:通过遗传算法优化后得到的反跳速度为784.796 2 mm/s,与理论值的相对误差小于1%.因此通过碰撞材料性能参数推导接触碰撞参数设置值的方法,能够为自动武器碰撞仿真提供一个较为准确、可行的方案。     

固体物料造粒碰撞过程有限元仿真研究

为研究工艺参数对物料抛圆整形的影响,基于Abaqus仿真软件和内聚元法,对物料碰撞壁面过程进行数值模拟,研究颗粒在不同速度及结合能碰撞后的效果。结果表明:随速度增大,颗粒碰撞过程中剥落区增大,且在较高速度下(≥3 m/s),颗粒形貌变化较大。相同碰撞速度下,随颗粒结合能增大,颗粒剥落区减小。在碰撞速度为3 m/s,结合能为0.04J时,碰撞后颗粒的形貌更好,物料造粒效果较好。     

机动武器系统的含间隙动力学研究－上篇：含摩擦碰撞模型

在对若干模型比较的基础上，提出一种新的含摩擦碰撞模型。该方法将一些基本关系设定为由试验或理论估算得到的一般函数的形式，在近似“磁滞”碰撞力模型中引入了速度因子，得到碰撞力模型，将摩擦作用划分为滑动，滚动和转动三种类型，分别考虑其影响，综合考虑接触力和摩擦力，最终得到了三维空间内矢量形式的机动武器系统含摩擦碰撞模型。     

高速运动零件的碰撞特性实验研究

常规的自动武器结构动力学计算所引用的恢复系数为定值且取值范围较大,从而导致理论计算和样机测试结果常有差距。为了研究自动武器零件在射击过程中的碰撞行为,组建了一套实验装置,模拟了自动武器常用的高强度材料在单自由度、面接触仿真条件下的碰撞,通过激光测振仪测试模拟零件的速度变化,从而获取恢复系数和接触时间等参数,分析了该条件下的动力学相应规律。研究结果表明,碰撞的恢复系数和接触时间受多参数影响。     

机动武器系统的含间隙动力学研究——上篇:含摩擦碰撞模型

在对若干模型比较的基础上 ,提出一种新的含摩擦碰撞模型。该方法将一些基本关系设定为由试验或理论估算得到的一般函数的形式 ,在近似“磁滞”碰撞力模型中引入了速度因子 ,得到碰撞力模型 ;将摩擦作用划分为滑动、滚动和转动三种类型 ,分别考虑其影响 ;综合考虑接触力和摩擦力 ,最终得到了三维空间内矢量形式的机动武器系统含摩擦碰撞模型     

SUV-载人摩托车事故中摩托车驾乘人员的损伤研究

为研究载人摩托车与运动型多功能车(SUV)迎面碰撞时,不同碰撞条件对摩托车驾驶人与乘客的头部损伤的影响,基于国家车辆事故深度调查体系(NAIS)中的一起案例,利用Pc-Crash软件建立摩托车、驾驶人、乘客与SUV的碰撞模型,并利用案例中的相关数据验证模型的有效性.在此基础上以摩托车车速、SUV车速、碰撞位置角为试验变量,进行摩托车事故仿真试验.结果表明:摩托车驾乘人员头部HIC值随碰撞速度增大而增加,驾驶人的头部损伤受碰撞速度、碰撞位置角影响远大于乘客,在相同的碰撞条件下驾驶人头部损伤大于乘客.     

电流密度对铜基自润滑材料电摩擦性能的影响

对热压烧结法制得的铜-石墨-二硫化钼-二硫化钨纳米管自润滑复合材料进行电摩擦磨损试验,研究带电摩擦磨损过程中复合材料的摩擦因数、磨损率和接触电压降的变化。用扫描电子显微镜、X射线衍射仪等方法对复合材料的显微组织、磨损表面形貌、物相等进行表征。结果表明:电流密度对材料的摩擦与磨损特性影响很大,随电流密度增大,复合材料的摩擦因数及磨损率显著提高。接触电压降在磨损初始阶段较小,随试验进行其值逐渐增大并趋向稳态。接触电压降与电流密度呈非线性变化关系。     

太空太阳能电池阵超高速碰撞毁伤特性的数值研究

太空太阳能电池阵服役期间易遭受空间碎片的撞击,在3~5 km/s的速度范围内进行了太空太阳能电池阵超高速碰撞毁伤特性的数值研究与实验验证.得到了不同时刻的应力云图及碰撞速度与穿孔尺寸的关系曲线.研究表明:碰撞位置产生椭圆形穿孔,碰撞在中心位置时,穿孔尺寸在长轴和短轴方向均随速度的增加而增大,最后趋于定值;玻璃盖片出现放射性裂纹.数值模拟与实验结果基本吻合.     

基于碰撞的全行程液压起竖油缸振动性能研究

针对液压起竖油缸在全行程位置处的动力学特性,采用“自由运动-接触变形”模型模拟液压缸的碰撞过程,建立了全行程起竖油缸的运动微分方程,研究了全行程起竖油缸在有无碰撞间隙条件下的振动性能。数值仿真结果表明,由于活塞杆与缸体的碰撞,活塞杆在缸内的振动过程较为复杂。液压油缸系统在振动频率较低时表现为分段线性特征,但在振动频率稍高时表现为非线性;活塞杆与缸体之间的间隙增加了活塞杆的行程,显著减小了活塞杆低频范围内的位移和加速度幅值,减小了活塞杆加速度的高频共振峰值,降低了活塞杆与油缸碰撞力的频率和幅值。研究结果为大型起竖系统的结构设计和控制设计提供了理论基础和分析方法。     

转速对湿式离合器局部润滑及摩擦特性影响研究

针对湿式离合器局部润滑及摩擦特性的影响因素,建立了摩擦副微观混合润滑模型。考虑了微凸峰接触和局部温升的影响,分析了转速对湿式离合器摩擦副局部压强分布、油膜和微凸峰承压比、实际接触面积、局部温升的影响。同时,利用摩擦磨损试验机进行小试样柱销-摩擦盘试验,分析了不同转速下离合器摩擦系数变化规律。结果表明：随着速度的增加,润滑油膜动压作用显著增强,摩擦副实际接触面积明显减小,法向载荷最终主要由润滑油膜承担;摩擦系数主要受微凸峰实际接触面积变化的影响,变化规律与微凸峰实际接触面积呈大致对应关系。     

PCB平面三电极空气火花隙开关导通特性试验研究

针对平面三电极空气火花隙开关的稳定性、响应时间等动态性能问题,设计了阴极与阳极间隙为1.6,1.8,2.0,2.2,2.4 mm的5种PCB平面三电极空气火花隙开关,分别对开关的最小击穿电压、导通性能的变化规律和放电寿命进行了试验研究。试验结果表明：PCB平面三电极空气火花隙开关的最小击穿电压随着导通次数、阴极与阳极间隙的增加而增大;在高压电容器充电电压、触发端的脉冲电压一致的条件下,相同参数开关的响应时间随着导通次数的增加而增大;在其他条件不变的情况下,开关阴极与阳极间隙越大,开关的放电寿命越长。     

基于弹塑性接触／碰撞模型的弹炮耦合问题研究

采用等参六面体缩减积分单元,分别建立了火炮有膛线身管和无膛线身管与弹丸的接触/碰撞有限元模型,弹丸的弹带采用双线性弹塑性材料模型,考虑了弹丸弹带、前定心部与膛壁的碰撞及膛线对弹丸的扭转作用,对弹丸在膛内的运动过程进行了仿真计算.对比2种模型的计算结果表明,膛线与弹带的接触/碰撞对弹丸在膛内运动时期及后效期的飞行姿态影响较大,建立膛线和弹带的精确有限元模型是必要的.     

当量比对煤油-空气两相旋转爆轰波的影响

为研究当量比对煤油-空气两相旋转爆轰波的影响,基于欧拉-拉格朗日方法,以常温液态煤油为燃料、高总温空气为氧化剂开展二维数值模拟。通过控制进油量计算不同当量比下的两相旋转爆轰流场,分析当量比对流场结构、传播特性和推力性能的影响。分析结果表明：在一定的当量比范围内,爆轰波波头高度随着当量比的增大而减小;当量比大于0.6时,速度亏损随着当量比的增大总体呈现增加的趋势,变化范围为7.1%~17.2%;当量比大于0.8时产生燃料损失,燃料损失随当量比的增大呈近似线性增加,当量比为2.0时最大为51%;随着当量比的增大,比冲减小,比推力先增大后减小并在当量比为1.5时达到最大值,比冲和比推力的变化范围分别为1 154.3~ 3 912.4 s和1 226.8~1 521.8 N·s/kg。     

增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性研究

为研究增强型电磁轨道炮电枢轨道接触特性,通过实际发射试验得到炮口电压、轨道电流、电枢速度和位移等数据以及发射器机械结构的实际参数。在分析电枢在膛内运动过程的基础上,建立了接触电阻与炮口电压、轨道电流、电枢速度、电枢位移等物理量之间的数学模型。进一步分析了在互感系数不同情况下电枢的接触电阻变化规律。将该变化曲线与试验轨道三维建模模型损伤图形和实际发射试验后轨道图像进行比较,发现轨道烧蚀和摩擦损伤情况随着电枢位移和接触电阻变化呈现烧损、滑动和磨损等典型特征,为预测轨道损伤提供了参考依据。     

基于炮尾电压的串联增强型电磁轨道炮滑动电接触特性分析

为研究局部增强型电磁轨道炮的滑动电接触特性,提出一种基于炮尾电压的计算分析方法。通过构建接触电阻、炮尾电压、炮尾感应电压以及轨道电流间的数学模型,定量表征电枢与轨道间的滑动接触电阻。根据接触电阻的波形特征,将电枢与轨道间的接触状态分为启动阶段、接触电阻稳步下降阶段、电阻增长阶段和单轨阶段4个阶段。计算了系统的发射效率与接触电阻焦耳热能耗率。结果表明：在电枢启动阶段枢轨间的接触主要为固体-固体接触,接触电阻偏大;逐渐形成的铝熔膜会使实际接触面积增大,改善接触状态;接触电阻与电枢所受到的磁压力呈负相关;接触电阻是影响发射效率的重要因素之一。由此可见对局部增强型电磁轨道炮滑动电接触特性的分析工作为轨道炮的机理研究与设计起到了积极作用。     

环形向内切割聚能装药射流成型性能研究

为了研究环形向内切割聚能装药射流成型过程的特点和规律,运用ANSYS/LS-DYNA程序进行了聚能装药的三维数值模拟,获得了不同起爆方式下典型时刻(4,10,22,25,26,44μs)射流的成型图片、射流速度梯度分布曲线和射流最大速度时程曲线。结果表明,起爆点数量及其同步性对环形聚能装药的射流成型性能有较大的影响。整圆2点、4点和8点对称同步起爆时,射流形状分别为"内跑道状外椭圆形"、"内外均近似正方形"和"内车轮状外近似八边形",射流的成型性能随着起爆点数量的增加逐渐变好,最终接近于圆环形。整圆2点、4点以及8点对称同步起爆时,起爆点断面处的射流速度随时间变化规律基本一致,且射流最大速度出现的时刻都是10μs。射流头部在环形对称轴处会发生二次碰撞现象,显著改变了新形成的射流方向,使其沿着圆环的轴线方向运动。起爆方式不同,出现二次碰撞的时刻也不同,随着起爆点数量的增加,射流头部再次碰撞的时间逐渐从43μs提前至36μs。