铝合金三角形波纹夹芯板对平头弹抗冲击特性数值模拟研究

为研究铝合金三角形波纹夹芯板对平头弹体的抗冲击性能及损伤特性,利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立弹体冲击靶板的数值模拟模型,并结合实验验证了模型及其参数的有效性。基于数值计算结果,分析了三角形波纹夹芯板几何结构对其防护性能、失效模式和能量吸收的影响规律及机理,并与等面密度单层板进行对比分析,研究结果表明,靶体几何结构对其抗冲击性能存在影响,三角形波纹夹芯板抗冲击性能低于单层板抗冲击性能。此外,增加芯体拓扑结构夹角能显著提高三角形波纹夹芯板的抗冲击性能,并且靶板几何形状会对其失效模式及耗能特性存在影响。     

2A12铝合金单层板对平头弹抗撞击特性研究

为研究2A12铝合金板的抗冲击特性,进行了平头弹体撞击6 mm厚度的铝合金板实验研究,撞击速度范围为120 m/s～330 m/s,分析弹体初始速度对靶板抗冲击性能的影响.由实验数据拟合得到弹体弹道极限和速度曲线,结果表明,随弹体初速的增大,靶板的能量吸收率先骤减后趋于稳定.靶板主要发生剪切冲塞破坏,并且靶板结构变形随...     

立方体破片对铝合金板冲击的数值仿真

为研究不同强度铝合金板受立方体破片冲击的损伤特性及失效机理,利用有限元软件ABAQUS/Explicit建立了立方体破片以不同着靶姿态冲击不同强度铝合金靶板的模型,分析了破片着靶姿态、靶板强度对靶体防护性能、失效模式和能量吸收的影响规律及机理。研究结果表明：立方体破片点接触着靶冲击时弹道极限速度高于面接触着靶冲击时弹道极限速度;弹道极限速度并不是随着靶板强度的增大而单调增大,而是呈现先增大后减小的趋势,即存在一个最佳强度使得靶板的抗冲击性能最优;靶板强度和破片着靶姿态对靶体失效模式、能量吸收情况均存在显著影响,但各因素影响程度与机理存在差异。     

平头弹撞击角度对2A12-T4铝合金板失效特性影响的数值模拟

利用有限元软件ABAQUS建立模拟模型,开展38CrSi钢弹体撞击2A12-T4铝合金板数值模拟研究,分析撞击过程中弹体撞击角度对弹道姿态及靶体失效特性的影响。基于数值仿真和实验结果,分析靶体的失效特性,确立不同撞击条件下靶体主要失效模式的转变规律,以及由此对靶体抗撞击性能的影响。研究结果表明：弹体的弹道极限速度随其撞击角度的增大先减小后增大,弹道极限速度在撞击角度约为15°时达到最小值;弹体撞击角度对靶体失效模式存在很大影响,随着弹体撞击角度的增大,靶体主要失效模式由剪切破坏逐渐过渡到撕裂破坏,靶体的撕裂程度不断加剧;弹体初始撞击角度和速度对其在撞击过程中的弹道姿态存在影响,在弹道极限速度附近表现尤为显著。     

铝合金薄壁多角管轴向冲击吸能特性研究

研究了一种薄壁多角管的能量吸收结构,分析对比了相同截面周长、相同材料用量、不同截面结构形式的铝合金薄壁多角管在轴向冲击载荷作用下的能量吸收特性,利用改进的折叠单元方法对薄壁多角管轴向冲击压缩力进行了理论预测,探讨了截面折角对薄壁多角管吸能特性的影响。研究表明,通过截面折角的增加能够提高薄壁管的能量吸收特性,多角管截面折角的数量与折角最短边的长度对吸能特性有重要的影响。在相同材料用量下,折角数量为12的薄壁多角管,最大压缩力效率比方管提高11.6%,但随着截面折角数量的增加使折角最短边的长度减小,薄壁管可能出现整体失稳的现象,吸能特性有所降低。     

弹头形状对聚碳酸酯薄板抗弹性能的影响

为研究弹头形状对聚碳酸酯(Polycarbonate, PC)板抗杆弹冲击性能的影响,利用气炮开展了平头、半球头、卵形头三种形状、12.6 mm直径的杆弹正撞击PC薄板的冲击试验,获得了初始-剩余速度关系及弹道极限,并对PC板变形及失效模式进行了详细分析。结果表明,在30～120 m/s速度范围内,PC薄板抗半球头弹能力最强,其次是平头弹,而对卵形弹抵抗能力最弱。三种弹体撞击后,PC板失效模式不同,被平头弹撞击后发生平台鼓包和冲塞失效,被半球形弹撞击后发生帽形鼓包和花瓣形失效,被卵形弹撞击后均发生花瓣形失效。分析发现,PC薄板裂纹扩展消耗的能量较少,造成对不同头形杆弹抗弹性能差别较大的主要因素是初始损伤形成的难易程度不同。     

TC4钛合金板抗高强杆弹正撞击侵彻特性实验研究

为了研究高速撞击下TC4钛合金平板的损伤行为及弹头形状对其抗侵彻性能的影响,利用轻气炮加速装置,对10 mm厚钛合金平板进行了杆弹正撞击侵彻实验,得到了两种弹体撞击下靶板的弹道极限和损伤形貌,并结合微观观察对靶板的损伤特性和机理进行了分析.结果表明10 mm厚度TC4靶板,平头弹和卵形弹撞击后的破坏形式有明显的不同,且...     

断裂准则对TC4钛合金板抗卵形头弹冲击的影响

为了解TC4钛合金的抗冲击力学性能,利用一级轻气炮进行了卵形头弹冲击TC4钛合金靶板的试验,撞击速度范围为125.9~240.0 m/s。通过撞击试验获得弹体的初始-剩余速度以及靶板的失效破坏模式,并利用公式拟合弹体初始-剩余速度得到弹道极限速度。利用ABAQUS/Explicit有限元软件建立弹体冲击靶体的三维模型,研究断裂准则对TC4钛合金板抗卵形头弹冲击性能的影响,分别采用不同断裂准则进行数值模拟,并将数值模拟预测结果与试验结果进行对比。研究结果表明,从弹道极限和失效破坏模式综合考虑,Hancock-Mackenzie (H-M) 准则预测的结果与试验结果更接近,说明考虑失效应变随应力三轴度的变化关系能提高数值仿真精度。     

平头压痕蠕变试验确定铝合金2A12蠕变剩余寿命研究

基于损伤和平头压痕蠕变理论,提出采用平头压痕蠕变试验确定铝合金2A12蠕变受损试样剩余寿命的方法.具体为,(1)由拉伸蠕变试验(通过控制试验时间)获得不同损伤的试样;(2)针对受损试样,由压痕蠕变试验确定不同损伤所对应的稳态压痕蠕变深度率;(3)根据蠕变损伤破坏行为的Kachanov损伤理论,通过计算确定受损试样的损伤量;(4)由最终获得的稳态压痕蠕变深度率与损伤的关系曲线,采用"剩余寿命法"推断出蠕变受损铝合金试样的剩余寿命.这种方法可推广至高温构件剩余寿命的在线检测.     

蜂窝纸板冲击压缩的试验研究和有限元分析

环境湿度和几何参数对蜂窝纸板的力学性能具有重要影响。应用试验方法和有限元技术研究和分析蜂窝纸板的动态冲击压缩过程,研究不同湿度下不同厚跨比的蜂窝纸板的冲击承载能力和能量吸收能力。单层瓦楞原纸和双层蜂窝胞壁的弹性模量和屈服强度均随湿度的增加呈指数下降,纸管胶粘合后的双层蜂窝胞壁的弹性模量和屈服强度明显高于单层瓦楞原纸。试验和有限元分析均显示蜂窝纸板冲击压缩过程与金属蜂窝板冲击压溃过程类似,是一个从顶部到底部的渐进规律叠缩压溃过程。当环境湿度增加和厚跨比减少时,蜂窝纸板冲击压缩时的初始峰值应力、平台应力和吸能性能均明显下降。给出的不同环境湿度下不同厚跨比的蜂窝纸板冲击压缩能量吸收曲线对产品缓冲包装设计有重要的参考价值。     

铝褶皱夹层板的抗低速冲击性能

通过有限元方法对比研究了两种常见提高铝褶皱夹层板抗冲击特性的方法。增大面板厚度和芯层壁厚均可提高夹层板的抗冲击性能,而增大芯层壁厚可使结构的吸能特性和吸能效率更优。在实际应用中,夹层板受到的外来冲击是随机的,因此对夹层板不同角度冲击的损伤进行了仿真分析。发现随着冲击角度的增大,夹层板损伤减轻,褶皱芯层的损伤程度逐渐小于上面板,夹层板总体吸能降低。     

基于CT扫描的2A12铝合金疲劳裂纹三维重建方法研究

对中心处含圆形缺口的2A12铝合金圆柱形试样进行复杂应力状态下的低周疲劳试验,总结出材料裂纹萌生及扩展机制。试验结果表明,复杂应力条件下2A12铝合金材料只有在疲劳循环较大时,由于第二相粒子与基体脱粘形成疲劳短裂纹。裂纹扩展过程中,沿着晶粒某一滑移系统滑动并且形成锯齿形状的晶体学裂纹路径。为了获得准确的裂纹三维形态及尺寸信息,采用计算机断层扫描(Computed tomography, CT)技术对试验件进行扫描,并对其断层图像进行对比度增强、离群滤噪等图像处理。从图像处理效果来看,离群滤噪方法对于试件结构较为简单,而内部裂纹信息分布相对连续的断层图像处理效果较为理想,且可通过调整其滤噪半径来获得更为清晰的裂纹图像。采用Matlab软件对处理后的断层图像进行三维重建,获得了裂纹的三维可视化图像及其尺寸信息,与裂纹实际情况吻合良好。