复合壳体聚能装药的构想及其试验验证

为探讨提高带壳聚能装药安全性的途径，应用应力波的反射透射作用及“软”介质衰减应力波的原理提出复合壳体聚能装药的构想，制作了较简单的实验装药以验证其科学性和可行性，并定性分析试验结果，得出了有价值的结论，为今后深入研究提供了实验依据。     

柔性材料对爆炸载荷的缓冲效应研究

建立了柔性材料桙钢复合壳体在爆炸载荷作用下应力波传播问题的完备方程组;使用有限元方法完成 了对复合壳体在爆炸载荷作用下应力波传播规律的系列数值模拟,并着重讨论了不同炸药层和柔性材料层厚度 对柔性材料与钢交界面载荷的影响。     

泡沫铝衰减一维应力波特性研究

为了解泡沫铝衰减一维应力波特性,完善泡沫铝动力性能的理论体系。首先运用一维应力波理论及泡沫铝的力学特性,对应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波性能等问题进行了理论分析。然后基于SHPB(霍普金森压杆)技术,运用LS-DYNA对一维应力波在泡沫铝中的传播规律及泡沫铝衰减应力波特性进行了数值模拟研究。理论与数值模拟结果均表明:在应力波的传播路径上增加泡沫铝,应力波通过泡沫铝后,其应力幅值、波长、及应力幅值作用时间均发生明显的变化;在该条件下,增加5 mm厚的泡沫铝,一维应力波经过泡沫铝后,可以衰减掉未增加泡沫铝时应力幅值的39.9%,应力波由原来的矩形波变成三角形波,波长与持续时间也显著减小。同时,厚度对泡沫铝衰减应力波幅值具有较为明显的影响,相同能量的应力波通过泡沫铝材料厚度越厚,则应力波幅值衰减越明显;由此可知,泡沫铝用于防护冲击与爆炸荷载的缓冲吸能材料方面具有非常好的应用潜力。     

爆炸应力波在含层理介质中传播规律的实验研究

采用超高速数字图像相关实验系统,进行了爆炸应力波在含层理结构的PMMA试件中的传播试验,分析了全场应变的演化过程和相关测点的应变时程变化。实验结果表明:爆炸应力波在含有层理的介质中传播时,层理远区的应力波衰减幅度比层理近区的应力波衰减幅度大。通过应变云图的演化过程发现,应力波遇到层理后会发生反射,入射拉伸波与反射拉伸波叠加形成了较强的拉伸集中区,并沿着层理向两端扩展逐步减弱。此外,通过数据拟合得到了层理内、外侧的应变峰值衰减规律,应变峰值的衰减随距离基本是线性的,且层理内侧的应变衰减速度大于层理外侧的。     

泡沫陶瓷球壳与高黏弹沥青热压复合板材研制及其抗爆性能试验研究

针对成层式防护结构中砂土分散层抗爆性能低、易吸水板结的局限性,自主研制了一种可用于分散层的泡沫陶瓷球壳与高黏弹沥青热压复合板材,通过集团装药化爆试验对复合板材进行了抗爆性能研究。研究结果表明,所研制的复合板材具有优异的抗爆性能,其地冲击衰减系数为4.15~4.2,远高于砂土的1.5~3.5。复合板材具有多重应力波衰减机制,包括黏弹性本征衰减、材料破坏引起的衰减、空穴绕射效应引起的衰减和界面相阻尼衰减。同时,复合板材在防水防潮和地下工程环境适应性方面也具有明显的优势。     

复合多自由度波导抑振器的抑振特性研究

复合多自由度波导抑振器通常敷设在动力设备的壳体上,以抑制壳体的弯曲波振动和声辐射。所提出的"缩减特征值法"能有效预报波导抑振器本身受激振动后对壳体的抑振特性。该动力分析方法针对无波导抑振器的壳体结构进行模态分析,只需要通过一次计算就可获得复合结构的动力响应。该方法的优点是:第一,在得到复合结构的共振响应后,直接叠加起来得到宽频带上的动力响应;第二,考虑了波导抑振器扭转和摆动的转动惯量的影响。对应的数值模拟计算表明,"缩减特征值法"正确地预报了波导抑振器的共振频率,而且在宽频带上也基本反映了多自由度波导抑振器对弯曲波的抑振特性。     

一种量测松散介质对应力波衰减效应的实验方法及其在珊瑚砂中的应用

砂土等松散介质对在其中传播的应力波有非常明显的衰减作用,因此,松散介质常常作为爆炸波消波材料被广泛应用于防护工程中。为了准确地量测松散介质对应力波的衰减效应,基于并改进了传统SHPB装置,提出了一种定量研究应力波在砂土介质中衰减规律的新方法。该文方法适用于所有在冲击荷载的应变率范围内（约1~102 s-1）应变率效应不明显的松散介质。方法基于拟合的透射系数T₂,通过杆中的三波（入射波、反射波和透射波）计算得到试件两端真实的峰值应力,还可以计算试件的弹性波速、峰值应力速度、试件端部应力波的前沿升时等关键参数,简单实用,可操作性强。采用提出的方法,对干燥珊瑚砂进行了应力波衰减实验,得出了应力波荷载峰值随传播距离的衰减规律。经对比实验与参数讨论发现,拟合透射系数引起的结果误差不超过2.83%,具有很好的可靠性与实用性。     

应力卸载过程砂岩应力波传播及衰减特性试验研究

由于岩体开挖卸载和原岩应力重新分布的复杂性,围岩体通常处于复杂的应力卸载环境中。为研究应力卸载过程砂岩应力波的传播及衰减特性,设计了长径比L/D≈65的条形试件,利用动静组合加载装置进行了不同轴向卸载应力下的小扰动撞击试验,测得了不同测点处的砂岩应力波信号,研究了不同卸载应力对应力波波形、纵波波速值、波峰的时空衰减规律、波峰及波峰衰减速率等的影响,并建立了经验规律模型。研究表明:砂岩是否具有卸载应力对应力波波形具有显著影响;随应力卸载,纵波波速呈“近似线性+非线性”衰减,波峰及其衰减率均呈指数变化;随距离和时间增加,波峰均呈指数衰减,且不同应力卸载阶段波峰的时空衰减具有不同敏感性;研究结果对爆破开挖条件下深部工程岩体稳定性分析提供了重要的理论参考。     

不耦合装药混凝土中应力波传播的数值分析

运用有限元软件对不耦合装药条件下混凝土中应力波传播进行数值分析,分析了应力波随时间的衰减曲线和速度时间曲线,得出应力波通过水介质传到混凝土中压力均匀、强度衰减较缓慢、传播距离较远,以及炮眼周围混凝土的破坏形态.解释了混凝土自由面在拉应力波作用下的层裂现象.模拟结果对爆破理论和物探方面具有一定的参考价值.     

含初应力周期性局域共振Mindlin板的衰减域特性研究

基于弱形式求积元法,提出了含初应力周期性局域共振Mindlin板衰减域的新型计算方法。与存在精确解的特例进行对比,验证了该方法的正确性;对初应力和几何参数对衰减域特性的影响进行了系统分析;结果表明压初应力作用下衰减域的频率降低,衰减域内波的衰减程度降低;而拉初应力作用下衰减域的频率升高,衰减域内波的衰减程度增强;研究了有限周期性局域共振Mindlin板的频域和时域动力响应,进一步了验证衰减域的理论计算结果。该研究成果为周期性局域共振板在隔振中的应用提供了有益的理论指导。     

复合壳体结构水下爆炸损伤特性研究

为研究复合壳体结构水下爆炸的损伤特性,分析了水中接触爆炸与非接触爆炸对目标的毁伤机理,同时进行了量纲分析;以钢板分别与铝板、铜板、橡胶板等的复合结构为研究目标,利用大型有限元软件LS-DYNA对该复合结构水中接触爆炸进行数值模拟,得出了其应力场分布与位移变形值;最后对该复合壳体结构水中接触爆炸进行了试验研究.研究结果表...     

基于声固耦合法的双体船水下近场噪声特性研究

基于声固耦合法,建立双球壳结构及双体船结构水下噪声数值预报模型,对双球壳结构及双体船结构在单侧及双侧潜体受激下的水下近场噪声特性进行分析。研究表明,潜体结构会对双体船水下近场噪声特性产生较大影响,在特定的潜体间距、声波频率之下,潜体之间区域会出现噪声亮点,从而使双体船水下近场噪声特性异于单体船舶。     

内爆炸荷载作用下某管状结构安全性分析

为研究内爆炸载荷作用下某厚壁管状结构的安全性,对圆管管壁的动态响应过程和楔子对圆管末端的冲击作用进行分析.根据应力波理论和层裂破坏准则,探讨圆管的破坏机理和可能的破坏形式.采用流固耦合方法,对管状结构的动态响应过程进行数值分析.在试验和数值模拟的基础上,总结圆管末端的破坏模式,剖析影响结构安全性的关键因素,为某管状结构在防护工程中的应用提供技术参考.     

蛋形仿生耐压壳水下声辐射特性研究

以直径2 m、工作水深4 km的钛合金球壳为对象,通过Narushin (N-R)方程描述鹅蛋、鸡蛋、鸵鸟蛋的形状函数,采用等容积、等最大应力水平的方法设计了仿生耐压壳体,通过有限元方法分析各壳体在空气中和水中的模态特性,最后利用三维水弹性方法计算蛋形仿生耐压壳体的远场声辐射。计算结果表明,在500 Hz以下频段,蛋形壳在尖端和钝端激励时引起的声辐射要优于球壳,其中鹅蛋型曲线的耐压壳体具有较优的辐射噪声特性。在500 Hz以上频段,球壳的辐射噪声远低于蛋形壳。激励位置对蛋形耐压壳体声辐射影响明显,分析结果可为低噪声水下仿生耐压壳结构设计应用提供有效参考。     

Multiple scattering of shear waves and dynamic stress from a circular cavity buried in a semi-infinite slab of functionally graded materials

Based on the theory of elastodynamics and employing image method, the multiple scattering and dynamic stress in a semi-infinite slab of functionally graded materials with a circular cavity are investigated. The analytical solution of this problem is derived, and the numerical solutions of the dynamic stress concentration factor around the cavity are also presented. The effects of the distance between the cavity and the boundaries of the semi-infinite slab, the incident wave number and the non-homogeneity parameter of materials on the dynamic stress concentration factors are analyzed. Analyses show that the dynamic stress around the cavity increases with increasing non-homogeneity parameter of materials and incident wave number. The boundaries of the semi-infinite slab have great effect on both the maximum dynamic stress and the distribution of dynamic stress around the circular cavity, and the effect increases with increasing incident wave number.     

基于扩展有限元的陶瓷复合材料多重增韧机制

为了提高陶瓷材料的断裂韧性和可靠度,改善材料抵御破坏的能力,将优化的多重增韧机制应用到氧化铝基陶瓷材料的开发中。相变增韧机制可以耗散部分能量,降低裂纹尖端处的应力集中程度,阻止或延缓裂纹扩展速率。当增强相分布较为合理、材料的致密度较高时,裂纹偏转与桥接增韧机制可以有效地削弱裂纹扩展动力,提高材料的断裂韧性。利用扩展有限元（X-FEM）手段讨论了裂纹扩展问题,为分析陶瓷复合材料的多重增韧机制提供了新思路。     

半无限功能梯度材料结构中圆孔对弹性波的多重散射

基于弹性波多体散射理论,采用波函数展开法,研究了半无限指数梯度材料中圆孔对弹性波的多重散射和动应力集中,得到了问题的解析解,给出了圆孔动应力集中系数的数值解,分析了圆孔与边界的距离、入射波波数以及材料的非均匀参数对圆孔周围动应力集中系数的影响。分析表明:梯度材料的非均匀参数小于零时对最大动应力影响较小,但是对动应力在圆周的分布有较大影响;大于零时对最大动应力和动应力在圆周的分布影响都很大,特别是在圆孔与边界的距离较小时影响更大。     

不同冲击幅值下洞室围岩变形-开裂-垮塌过程——基于连续-非连续方法

在防护和采矿等工程中,洞室围岩常会受到不同形式的冲击载荷作用,从而诱发垮塌和冲击地压等严重灾害.继续完善自主开发的拉格朗日元与变形体离散元耦合的连续-非连续方法,同时引入Ⅰ型和Ⅱ型断裂能,在适于模拟拉裂的基础上,也适于模拟剪裂,从而可对有关灾害的机理分析和预防产生积极意义.利用该方法开展了周期半正弦波冲击下洞室围岩的变...     

等效爆炸载荷下FRP船体结构的性能比较

水下爆炸对船体的作用一是直接压力,另一个是使船体产生加速度,而且,不仅仅是船体产生加速度,其附加质量(也称附连水质量)也产生相应的加速度,即:爆炸要同时改变船体和附加质量的动量和动能。水下爆炸作用下结构物的相应研究极其复杂,计算量极大。该文以复合材料船体结构形式选型为目的,根据能量原理、动量原理和达朗贝尔原理,将爆炸载荷等效为静载。研究5种船体构造形式对此等效静载的响应,据此选择船体结构形式。5种船体型线相同,结构形式分别为单板横向加筋、单板纵向加筋、单板双向加筋、硬壳式和夹层式结构,在船体所受外载相同,船体重量相等的条件下,通过有限元法,分析等效水下爆炸载荷下船体的响应与性能。根据船体的应力与变形分析,对其强度、刚度、剖面模数及综合性能进行比较,为结构选型提供数值分析依据。挑选出既符合结构性能,又能满足使用要求的结构形式。     

Study on Dynamic Behavior and Tensile Strength of Concrete Using 1D Wave Propagation Characteristics

Concrete structures are usually fractured under dynamic loadings, so it is important to have a clear knowledge of their dynamic behavior and tensile strength. First, the principle of one-dimensional (1D) stress wave reflection and superposition at free surface is briefed, and the spalling test method based on the Hopkinson bar is presented. Then, the attenuation law of stress wave is explored and the dynamic tensile/compressive moduli of concrete are evaluated according to the wave propagation experiment. Lastly, the influences of strain rate on the spalling tensile strength and failure patterns of concrete are further analyzed. The testing results demonstrate that the attenuation of stress wave accords with an exponential law when propagating in the concrete bar. The difference between the dynamic elastic moduli of concrete in tension and in compression is minor. Spalling tensile strength is sensitive to strain rate, and there is an obvious linear correlation between dynamic increase factor (DIF) and strain rate in a log-log plot for strain rate above 1.0/s; a single fracture occurs at low strain rate, while multiple fractures are detected with increasing strain rate.