破片对屏蔽炸药的撞击起爆研究

研究高速柱形破片撞击带壳Ｂ炸药的冲击起爆。方法用一维应力冲击波理论探讨靶板内冲击波压力的传播以及带壳Ｂ炸药的冲击起爆。结果给出了屏蔽Ｂ炸药的临界起爆能量和临界起爆压力。结验结果与理论分析二者吻合较好。     

破片对屏蔽炸药的撞击起爆研究

目的　研究高速柱形破片撞击带壳Ｂ炸药的冲击起爆． 方法　用一维应力冲击波理论探讨靶板内冲击波压力的传播以及带壳Ｂ炸药的冲击起爆, 采用 Φ１４．５ ｍ ｍ 口径的滑膛式火药枪作为发射器, 并用靶网测速法对破片撞击屏蔽炸药（Ｂ炸药ＴＮＴ／ＲＤＸ＝ ４０／６０） 的撞击引爆问题进行了理论和试验研究． 结果　给出了屏蔽Ｂ炸药的临界起爆能量和临界起爆压力． 结论　实验结果与理论分析二者吻合较好     

LLM-105基传爆药柱起爆能力实验与数值模拟

为了研究不敏感传爆药在爆炸序列中对主装药的起爆能力,选用TATB炸药为被发药柱, 2A12铝合金为隔板材料,进行了LLM-105基传爆药柱的起爆能力实验,并采用点火增长反应速率方程对LLM-105传爆药柱起爆能力实验进行数值模拟研究.保持模型其他参数不变,通过调整铝隔板厚度,模拟预估了在该装药条件下被发药柱TATB发生冲击起爆的临界铝隔板厚度.为确定材料参数以及模拟计算结果的准确性,进行临界铝隔板厚度验证实验.结果表明:LLM-105基传爆药柱有完全起爆TATB钝感炸药的能力;该装药条件下LLM-105基传爆药柱起爆TATB的临界铝隔板厚度为1.3～1.5 mm,模拟预测结果与验证实验结果基本相符.     

六棱柱冲击作用下B炸药起爆影响因素研究

在实验的基础上,采用Audotyn-3D数值模拟软件,应用点火增长模型,对六棱柱破片冲击起爆带壳B炸药进行了模拟仿真,得出B炸药压力分布图及内部观测点压力-时间曲线,仿真数据与实验结果吻合.在此基础上研究了双六棱柱破片不同时撞击炸药盒的破片,当前后间距较小时,冲击波正碰撞进行叠加,当距离较大时,冲击波斜碰撞进行叠加.同质量条件下六棱柱破片的长径比越大,阈值速度越大;撞击面积越小,阈值速度越大;长方体较圆球破片和六棱柱破片更容易起爆B炸药.     

连杆背压裂解加工方法

通过数值模拟与实验相结合的方法对准静态加载条件下的连杆裂解过程进行分析,确定了C70S6连杆裂解的临界J积分值,并对背压裂解过程进行数值模拟分析,对背压力对于连杆裂解J积分、韧带区场变量及裂解力的影响进行探索。模拟结果表明:背压力使沿连杆裂纹槽长度方向的裂尖J积分梯度增大,使应力更快、更有效地集中在裂纹槽中部,有利于裂纹槽起裂和裂纹快速扩展,可减少因裂纹分叉、交汇异常等引起的裂解加工缺陷,但是背压力增加的同时也增大了胀断主动力和裂解力,建议背压力设定为胀断主动力的1/4。     

高渗透压脆性岩石循环蠕变宏细观力学机理研究

高渗透压、围压及轴向循环静态加卸载共同作用下,脆性岩石循环蠕变力学特性对深部地下工程围岩稳定性评价有着重要意义;且岩石内部细观裂纹反向滑动及已扩展裂纹闭合恢复机理研究极为欠缺。本文基于轴向加载、围压与渗透压共同作用下岩石内部初始裂纹面正向滑动诱发的翼型裂纹扩展模型,引入轴向卸载、围压与渗透压共同作用下的初始裂纹面反向与静止滑动力学特性,解释了已扩展翼型裂纹的恢复机理,建立了一种考虑轴向加卸载、围压与渗透压共同作用下,初始裂纹面正向、反向或静止滑动的应力强度因子表达式。在此基础上,结合亚临界裂纹演化法则、裂纹与应变关系及Hooke-Kelvin模型,提出一种岩石内部高渗透压、外部围压与轴向循环加卸载,共同驱动翼型裂纹扩展、恢复作用下的循环蠕变宏细观力学模型,该模型描述了岩石完整的弹性、黏弹性、塑性变形行为。研究了高渗透压对初始裂纹面正向滑动与翼型裂纹扩展诱发的脆性岩石弹-黏-塑性应力-应变曲线影响,为弹-黏-塑性循环蠕变的应力、弹性模量参数选取提供依据。分析了高渗透压对初始裂纹面正向、反向、静止滑动与翼型裂纹扩展、恢复诱发的循环蠕变中黏弹性应变ε1ve、纯塑性应变ε1p及总应变ε1的影响。讨论了渗透压对弹性回弹应变、与已扩展裂纹恢复相关的塑性回弹应变、循环蠕变失效时间和失效应力的影响,并研究了围压对弹-黏-塑性循环蠕变应变的影响。研究结果为高渗透压地下工程围岩循环蠕变寿命评价与预测提供了一定帮助。     

几何参数对含能子弹侵彻过程的炸药响应影响

为研究几何参数对含能子弹侵彻过程的炸药响应影响,采用LS-DYNA软件对不同内外径比含能子弹侵彻铝合金靶板过程进行数值模拟,分析装药所受压力的变化规律。结果表明:侵彻过程中,装药前端首先达到炸药起爆压力并发生点火;随着装药直径的增加,头部装药压力峰值逐渐减小且达到峰值时间延迟,中后部压力峰值逐渐增大且达到峰值时间与头部趋于一致。对调整含能子弹装药起爆时间具有参考意义。     

高速列车运行下WJ-7型扣件动力分析

采用大型有限元软件分析WJ-7型扣件弹条在列车运行下所引起的铁轨对弹条的冲击,建立详细的扣件系统有限元模型,基于车辆轨道耦合动力学理论下分析WJ-7型扣件弹条在安装过程中的受力,以及列车冲击荷载作用下的受力特性。分析静力与冲击力下的应力大小与位置,在不同冲击力作用下发现弹条的最大应力发生在与铁垫板接触的部位,最大应力为1 853 MPa。10 kN的扣压力下的静力分析,弹条的最大应力同样发生在与铁垫板接触的部位,最大应力为1 765 MPa。弹条与绝缘块接触部位为了实现固定钢轨的作用受到的冲击随着冲击力的增大位移也不断增加,同时两臂向上翘起且变形越来越明显,弹条的弹程随扣压力的增大呈线性增加趋势。随着列车的反复通过,弹条容易在这区域萌生裂纹最终裂纹扩展导致弹条发生疲劳断裂。数值分析结果与现场多处弹条断裂破坏位置吻合,分析结果可为以后弹条的设计、优化、安全提供参考依据。     

高温多轴变幅疲劳损伤累积

为进行高温多轴变幅疲劳寿命预测,以应力幅作为损伤变量,采用经典的Chaboche模型进行多轴疲劳损伤计算.多轴加载下等效应力的确定是根据单轴加载下的本构关系,利用多轴等效应变求出等效应力.修正Chaboche疲劳累积损伤模型中应力指数表达式的形式,根据Chaboche损伤累积模型,求解变幅加载下的疲劳损伤.推导出多级加载的Chaboche疲劳损伤累积公式,将其用于变幅加载块的疲劳损伤估算.寿命预测结果与试验结果接近,误差基本在2倍因子之内,说明了寿命估算方法的可行性.     

岩石类准脆材料的起裂韧度与加载率关系的物理机理研究

基于岩石类准脆性材料的力学特性和动态裂纹尖端的应力场解析解,利用摩尔强度准则计算出了裂纹尖端断裂过程区的形状及尺寸,确定了岩石类材料动态裂纹尖端的断裂过程区面积和裂纹扩展速度之间的关系.进而利用尺寸效应公式,推导出了岩石的起裂韧度和加载率之间的关系.结果表明,岩石类材料裂纹尖端的断裂过程区的面积随着裂纹的扩展速度的提高而增大,从而推导出岩石的起裂韧度随着加载率的增大而提高.计算的岩石的起裂韧度对于加载率的依赖关系与实验结果基本定性吻合,说明理论模型的合理性.模型计算结果和实验结果有一定差距的原因,认为是模型没有考虑变形破坏的黏性效应所致,将在今后的研究中考虑黏性效应.     

发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子

本文采用交流电位法研究了一种铁基高温合金 GH36在550℃、于不同加载条件下的裂纹扩展速率,并用扫描电镜对其断裂特征进行了分析。发现裂纹扩展规律存在着一个发生疲劳和蠕变交互作用的临界应力强度因子 K_1,当裂纹尖端的应力强度因子大于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)将显著加速疲劳裂纹扩展速率。而小于该值时,降低加载频率(或增加拉保时)对疲劳裂纹的扩展速率却几乎没有影响。对产生这种现象的原因进行了初步探讨,在本试验条件下,主要由于疲劳裂纹和“W”型蠕变裂纹的连接而加速了裂纹的扩展。     

TC4钛合金的疲劳裂纹扩展Walker公式

为了研究不同应力比下TC4钛合金疲劳裂纹扩展特性,用Warker公式来描述不同应力比下的疲劳裂纹扩展速率.按照标准试验方法,试验加载应力比分别为0.06,0.5,0.7.利用递增多项式数据处理的计算程序,绘制了铸造TC4钛合金疲劳裂纹扩展速率曲线,并对疲劳断口进行扫描分析,计算Walker公式下的材料常数.结果表明,当应力比R≥0时,疲劳裂纹扩展速率随应力比的增大而增大,表现为疲劳条带间距增大.计算得材料常数m为4.082 16,n为-0.023 91,C为6.963 04×10-7.     

在压缩载荷作用下Y型分支裂纹的实验与数值研究

裂纹的存在极大地影响了材料的力学性能。通过光弹实验和数值分析方法,计算和分析了Y型分支裂纹在压缩载荷作用下裂纹尖端的应力强度因子。实验和数值计算结果表明:分支裂纹周围的等差线条纹基本上对称;分支裂纹与主裂纹的倾角从0°～90°不断变化对主裂纹尖端的应力强度因子影响很小,但使分支裂纹的应力强度因子KI不断减小,而KⅡ则先逐渐增大然后逐渐减小,在45°～60°之间取得极值;同时分析了侧压力对分支裂纹的影响,计算表明,侧压力的逐渐增大使分支裂纹的应力强度因子KI不断增大,而KⅡ则不断减小直到为零。     

双孔切槽爆破裂纹扩展的动焦散实验

应用爆炸加载动态焦散线测试系统,研究了不同切槽方式下,双孔同时起爆时贯穿裂纹的扩展行为及裂纹尖端应力强度因子的变化情况.实验结果表明：炮孔间两切槽方向优先扩展的主裂纹,裂纹尖端并未直接相遇,而是发生偏转并移向异方已经形成的裂纹.裂纹扩展速度先减小,振荡变化后逐渐升高到峰值,随后减小,振荡变化后直至裂纹止裂.应力强度因子KI由初始时的最大值迅速减小,反复振荡后,又逐渐增大至第2个峰值,之后开始减小.定性的分析了应力波与裂纹尖端相互作用机理.     

约束条件对异形传爆药柱起爆能力影响的数值模拟

基于Lee-Tarver点火增长模型,运用LS-DYNA软件结合ALE算法对不同约束条件下异形传爆药柱起爆主装药的过程进行了数值模拟.得到了无外壳、Steel 4340外壳和Tung Alloy外壳约束条件下,整个装置冲击起爆过程的模拟云图以及该异形传爆药在测点A和B处的压力数据.结果表明:在该异形装药结构、密度及尺寸不变的条件下,随着约束材料阻抗的增加,异形传爆药柱起爆能力增大.约束外壳厚度在2mm范围内,随着厚度增大压力迅速增大;当壳厚度超过2.5mm后,压力趋于平稳,压力没有显著变化.此装药尺寸下,为进一步提高起爆能力,可选择阻抗高,厚度为2~2.5mm的约束外壳较为适宜.     

加载方向对层状构造冻结粉土抗压强度的影响

在不同温度和应变率条件下分别垂直和平行冰层对层状构造冻结粉土进行了单轴抗压强度试验,分析了2种不同加载方向对层状构造冻结粉土力学性质的影响.结果表明：垂直冰层加载时层状构造冻结粉土的应力-应变关系呈弹塑型,平行冰层加载时应力-应变关系呈黏弹塑型;相同条件下垂直冰层加载比平行冰层加载时的抗压强度和破坏应变大,二者抗压强度的差异程度与温度和应变率无关,破坏应变的差异程度与温度无关,但随着应变率降低差异程度逐渐增大;层状构造冻土的破坏主要受控于分凝冰,不同加载方向下层状构造冻土的损伤演化过程存在显著差异.     

有限平板共线裂纹断裂过程的数值模拟和实验研究

采用有限元数值模拟和光弹实验方法分析了各向同性材料共线多裂纹应力场及其强度参量.建立了有限弹性平板内三条共线裂纹计算模型,应用ABAQUS软件的VCCT方法分析计算各向同性材料共线裂纹的裂纹尖端的应力场、应变场分布规律及应力强度因子.并通过光弹实验实测了6061铝板共线裂纹试件的裂纹尖端的应力强度因子.研究结果表明,实验和数值模拟所得的应力云图相似,应力强度因子值基本一致,验证了提出的应力强度因子计算模型的有效性.     

高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度分析

针对高强螺栓裂纹尺寸与临界裂纹尺寸的概率密度函数相交可能发生疲劳破坏的问题,本文对高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型进行研究。分析了高强螺栓节点在腐蚀环境下的疲劳可靠度,并采用Gerberich-Chen公式,估算高强螺栓腐蚀裂纹扩展门槛值,同时基于断裂力学理论和结构可靠度理论,导出高强螺栓腐蚀疲劳可靠度计算模型,并以M24高强螺栓节点为例,对高强螺栓节点应力及受力进行计算,计算结果表明,螺栓最大使用应力为572MPa,高强螺栓节点腐蚀疲劳可靠度为0.994 5。该计算模型可以充分利用现有设计资料、数据,较方便地计算高强螺栓腐蚀疲劳可靠度,进而预测高强螺栓的疲劳寿命,为高强螺栓节点腐蚀疲劳计算分析提供了理论参考。     

一维弹粘塑性固结模型及其应用

从饱和粘土一维固结压缩的变形机理出发,建立了一个一维弹粘塑性固结模型,模型参数易于确定.计算与实验结果对比表明,该模型能应用于一维条件下任何加载方式的固结模拟,能描述表观前期固结压力的应变率效应、次固结引起的表观前期固结压力增加、连续加载下超静孔隙水压的增长规律等一些已被实验广泛证实且不能被太沙基固结理论反映的现象.     

塔机起重臂钢结构疲劳裂纹扩展的数值分析

塔式起重机起重臂的断裂主要由疲劳破坏即疲劳裂纹扩展引起,针对其焊接结构中不可避免地出现裂纹的现象,利用ABAQUS建立塔式起重机起重臂有限元模型并求解,计算变幅小车满载和空载状态下塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处不同裂纹长度对应的应力强度因子,通过建立裂纹应力强度因子幅与裂纹长度的函数关系估算塔机起重臂的疲劳寿命.结果表明:塔机起重臂下弦杆与水平腹杆焊接处裂纹的应力强度因子幅随裂纹长度的增加而增大,当裂纹长度达到一定值后,应力强度因子幅呈指数型增大,结构的疲劳寿命急剧下降.故焊接结构在制造、使用等环节应采取有效措施减少焊接缺陷、防止裂纹扩展,从而提高其使用寿命.