爆炸焊接铝/不锈钢薄壁复合管界面的微观分析

采用扫描电镜、能谱仪和显微硬度计对爆炸焊接铝/不锈钢薄壁双金属复合管界面的显微组织、成分和硬度梯度进行了分析研究.结果表明,结合良好的薄壁铝/不锈钢复合管的结合区界面,是平直界面和平直至波形过渡的非稳态波形界面二者混合出现;元素在界面扩散主要是Fe,Cr,Ni元素向Al层内进行扩散,Al元素向不锈钢层内扩散量极少,界面附近不锈钢侧有明显硬化现象;由于热影响消除了铝层硬化现象,在Al侧出现的由超塑流变造成的组织变化,并没有从硬度分布表现出来;需要严格控制爆炸焊接静态参数,尽量减少Al-Fe化合物脆性相生成量.     

基于不同算法的Ti/SS316爆炸焊接数值模拟研究

目的 研究不同基复板间隙对爆炸焊接质量的影响,对钛(Ti)/不锈钢(SS316)的爆炸焊接过程进行数值模拟研究。方法 利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,结合光滑粒子流体动力学-有限元耦合法(SPH-FEM耦合算法)和拉格朗日-欧拉耦合法(ALE算法),对钛(Ti)/不锈钢(SS316)爆炸焊接过程进行三维数值模拟,通过不同算法得到不同基复板间隙下的碰撞速度、碰撞压力及碰撞角,并将模拟结果与试验及理论计算结果进行对比。结果 当间隙为5、10、15 mm时,SPH-FEM耦合算法和ALE算法的复板碰撞速度均落在爆炸焊接窗口内,表明纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)均能成功实现焊接,没有脱落与鼓包。与SPH-FEM耦合算法相比,ALE算法下的碰撞速度、碰撞压力和碰撞角的模拟结果和理论计算结果更加吻合,可信度更高。结论 ALE算法的模拟结果与试验结果吻合,且与理论计算结果的误差更小,表明ALE算法用于纯钛(Ti)和不锈钢(SS316)爆炸焊接是有效的。     

炸药量对双层圆管爆炸焊接影响的数值模拟

为研究炸药量对爆炸焊接过程的影响,并优化双层圆管结构爆炸焊接工艺.采用ANSYS/LS-DYNA软件建立钢-铜双层圆管爆炸焊接三维有限元模型,在对模型进行可靠性验证的基础上,研究炸药量对结合界面、覆管所受压力及其运动速度和动能的影响规律.结果表明:炸药量对基覆管产生的变形量及覆管速度影响极大,变形量和覆管速度过小均不能实现良好结合。覆管所受压力及其速度和动能在爆炸瞬间急速增大,与基管碰撞后急速减小并趋近于0,据此可判断爆炸复合管的质量.     

湿热环境对HT3/5222复合材料冲击损伤影响的数值模拟

运用ABAQUS有限元软件建立了HT3/5222碳纤维环氧树脂复合材料层合板的湿热冲击有限元模型,计算了室温干燥环境下不同冲击能量的冲击损伤结果,损伤形状与文献实验结果吻合较好。采用该模型计算分析了温度和吸湿率对层合板冲击损伤的影响,结果表明:冲击损伤面积随着温度的升高而增大,且温度越高,增幅越大;温度的升高对低能冲击影响更为严重,20J的冲击能量下,120℃下的损伤面积较20℃扩大了16.3倍;吸湿率对层合板冲击损伤的影响与温度类似,但高湿较高温对冲击损伤的影响更大;温度及吸湿率对层合板初始损伤冲击能量及穿透能量影响显著,初始损伤冲击能量由20℃时的14.7J下降到120℃时的6.2J。     

高强钢激光电弧复合焊接温度场的数值模拟与试验研究

目的 对厚度为12 mm的HG785D高强钢进行复合焊接,获取最佳焊接工艺参数,建立适用于激光-MIG(Metal Inert Gas Welding)复合焊接的热源模型.方法 采用激光-MIG复合焊接方法进行焊接试验,建立适用于HG785D高强钢激光-MIG复合焊接的"高斯锥形体+均匀锥形体+高斯柱形体"复合热源模型...     

拐角型线型聚能装药爆炸成形及侵彻钢靶的实验与数值模拟研究

运用ANSYS/LS-DYNA3D程序的三维多物质ALE算法,对拐角型线型聚能装药在爆炸载荷下成型及侵彻金属靶的全过程进行了数值模拟研究,计算结果与实验结果比较吻合.这种连贯性的模拟能力避免了数值计算中对射流的许多人为假定.计算和试验结果表明,随着切割器连接拐角度数的减小,金属射流成形越加困难且侵彻能力也随之降低,此研究对拓宽线型聚能切割器的应用领域有积极作用.     

外接触爆炸荷载作用下大口径钢管变形与破坏效应的数值模拟

摘 要：基于动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian耦合方法,对大口径钢管在凝聚态炸药外接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行数值模拟,描述了管道的变形情况、破坏过程以及管道内部应力的发展过程,分析了炸药质量、管道壁厚等因素对钢管破坏效应的影响。并在相同的条件下进行了实验研究,计算结果与实验数据具有较好的一致性。研究表明,小质量炸药爆炸后在装药与钢管接触处产生凹坑、鼓包及层裂等破坏效应;而较大质量炸药爆炸后在其爆破部位发生剪切破坏产生类似弹丸的破片,破片具有较大的动能,能够击穿另一侧管壁。研究结果可应用于管道结构在接触爆炸作用下的毁伤或防护方面的预测,从而为管道的安全防护设计提供理论依据。     

Numerical analysis of welded joint treated by explosion shock waves

This paper focuses on the simulation of welding residual stresses and the action of explosion shock waves on welding residual stresses. Firstly, the distributions of welding temperature field and residual stress on a butt joint were numerically simulated with the sequentially coupled method. Secondly, the effect of explosion shock waves, produced by plastic strip-like explosive, on welding residual stress distribution was predicted with coupled Lagrange-ALE algorithm. It was implicated that explosion treatment could effectively reduce welding residual stresses. The simulation work lays a foundation for the further research on the rule of explosion treatment’s effect on welding residual stresses and the factors that may influence it.     

钢板夹薄壁钢管组合板抗接触爆炸数值模拟

为了提升钢板夹薄壁钢管组合板抗爆性能,有效减轻接触爆炸对防护结构的破坏,对钢板夹薄壁圆钢管组合板和钢板夹薄壁方钢管组合板,采用ANSYS/LS-DYNA软件进行接触爆炸数值模拟。取1kgTNT炸药,选择t=400μs时,分析该2种钢管组合板在接触爆炸作用下的抗爆吸能效果。结果表明:钢板夹薄壁方钢管组合板整体弯曲强于圆钢管组合板,但局部变形能力弱于圆钢管组合板;方钢管组合板变形输出的内能值小于圆钢管组合板,且不受钢管壁厚和数量变化影响,防护效果弱于圆钢管组合板;随着方钢管截面尺寸的减小,整体跨中挠度增加,破口直径增大,吸能减小,输出内能值增大,且不受壁厚和数量变化的影响,抗爆性能增强。同时,通过3组钢板夹薄壁钢管组合板参数对比分析后得知,在钢管数量为3,钢管壁厚2mm时,抗爆能力相对于其他工况下增大的较多,此结果可为工程实践提供参考。     

TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟

准确预测三波点的位置和揭示三波点的规律,对工程防护和实现弹药的高效损伤有着重要作用。基于LS-DYNA有限元软件,利用数值模拟方法研究了TNT炸药在混凝土地面上形成爆炸冲击波的三波点运动轨迹,并初步揭示了炸高、药量和炸药形状等因素对三波点高度的影响。研究表明:在爆炸场中,爆炸冲击波以炸药为中心向四周传播,三波点轨迹的高度均呈现逐渐增高的变化趋势。不论改变炸药的药量还是炸高,三波点高度的增速在中场(4.0⁷.0 m)都较缓,而进入远场(>7.0 m)增速骤增。当炸药的炸高和药量相同,炸药形状不同时,圆柱状炸药在中场爆炸形成的三波点高度比长方体炸药略高,且高度增速都较缓;而在远场三波点的高度基本相等,且增速急剧上升,趋于定值。与炸药形状的影响相比,炸高和药量对TNT炸药爆炸冲击波的三波点高度的影响较大。     

TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟

准确预测三波点的位置和揭示三波点的规律,对工程防护和实现弹药的高效损伤有着重要作用。基于LS-DYNA有限元软件,利用数值模拟方法研究了TNT炸药在混凝土地面上形成爆炸冲击波的三波点运动轨迹,并初步揭示了炸高、药量和炸药形状等因素对三波点高度的影响。研究表明:在爆炸场中,爆炸冲击波以炸药为中心向四周传播,三波点轨迹的高度均呈现逐渐增高的变化趋势。不论改变炸药的药量还是炸高,三波点高度的增速在中场(4.0~7.0 m)都较缓,而进入远场(7.0 m)增速骤增。当炸药的炸高和药量相同,炸药形状不同时,圆柱状炸药在中场爆炸形成的三波点高度比长方体炸药略高,且高度增速都较缓;而在远场三波点的高度基本相等,且增速急剧上升,趋于定值。与炸药形状的影响相比,炸高和药量对TNT炸药爆炸冲击波的三波点高度的影响较大。     

真空水力输送管道的数值模拟研究

分析了不同类型真空排水系统水力输送的研究重点。讨论了真空水力输送管道的流动形态及其非恒定流问题。介绍了一种用于真空水力输送管道模拟的气液双流体模型。以室内真空排水系统中常见的真空污水收集单元为例进行了数值模拟,得到了管道中持液率和压强的瞬态变化过程,对结果做出分析,可为系统的优化设计及运行提供参考。     

圆锥头弹体冲击复合材料层合板数值模拟

采用ABAQUS软件建立了圆锥头弹体正冲击复合材料层合板的有限元模型,并与已有文献结果进行对比验证了模型的可靠性,进而研究圆锥头弹体以不同的入射角度冲击复合材料层合板时初始速度与剩余速度的关系、复合材料层合板的破坏形态及弹体发生跳弹的规律。结果表明：弹体以90°入射角冲击复合材料层合板,在距离临界速度较大时,弹体的剩余速度与初始速度呈线性关系;不同的初始速度对复合材料层合板的损伤面积和破坏机制也不相同;弹体的入射角度越小、复合材料层合板越厚,越容易产生跳弹现象,并给出了入射角度和铺陈层数对跳弹现象的影响规律。该研究可为各种防护装备的设计和优化提供参考。     

Numerical simulation of fluid flow and temperature field in keyhole double‐sided arc welding process on stainless steel

Double‐sided arc welding process powered by a single supply is a type of novel high‐production process. In comparison with the conventional single‐sided arc welding, this process has remarkable advantages in enhancing penetration, minimizing distortion and improving welding production. In this paper, a three‐dimensional steady numerical model is developed for the heat transfer and fluid flow in plasma arc (PA)–gas tungsten arc (GTA) double‐sided keyhole welding process. The model considers the surface tension gradient, electromagnetic force and buoyancy force. A CCD camera is used to observe the size and shape of the keyhole and weld pool. The acquired images are analysed through image processing to obtain the surface diameters of the keyhole on the two sides. A double‐V‐shaped keyhole geometry is then proposed and its characteristic parameters are derived from the images and cross‐section of weld bead. In the numerical model, the keyhole cavum within the weld pool is treated as a whole quality, whose temperature is fixed at the boiling point of the workpiece material. The heat exchange between the keyhole and weld pool is treated as an interior boundary of the workpiece. Based on the numerical model, the distributions of the fluid flow and temperature field are calculated. A comparison of cross‐section of the weld bead with the experimental result shows that the numerical model's accuracy is reasonable. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

舱室内爆毁伤效应数值模拟

为了分析半穿甲战斗部击穿舰舷防护结构后,在舱室内部爆炸产生的毁伤效应,运用非线性动力学有限元软件ANSYS/LSDYNA对舱室内爆毁伤过程进行了数值模拟。根据仿真结果,详细分析舱室内爆毁伤全过程,并研究舱壁厚度、炸药质量及炸点位置对舱室内爆毁伤效应的影响。结果表明:各舱壁之间的焊接处最容易发生失效破坏,且各舱壁的毁伤模式均有显著差异;随着舱壁厚度的增加、炸药质量的减小,舱室由整体分解与局部破口的复合毁伤模式,向焊缝撕裂破坏毁伤模式转变;当炸点位置不同时,舱室毁伤模式有显著区别,炸点位置不在舱室中心时,舱室出现花瓣撕裂毁伤模式。可为舰船防护以及导弹炸点位置的确定提供参考。     

舱室内爆毁伤效应数值模拟

为了分析半穿甲战斗部击穿舰舷防护结构后,在舱室内部爆炸产生的毁伤效应,运用非线性动力学有限元软件ANSYS/LSDYNA对舱室内爆毁伤过程进行了数值模拟。根据仿真结果,详细分析舱室内爆毁伤全过程,并研究舱壁厚度、炸药质量及炸点位置对舱室内爆毁伤效应的影响。结果表明:各舱壁之间的焊接处最容易发生失效破坏,且各舱壁的毁伤模式均有显著差异;随着舱壁厚度的增加、炸药质量的减小,舱室由整体分解与局部破口的复合毁伤模式,向焊缝撕裂破坏毁伤模式转变;当炸点位置不同时,舱室毁伤模式有显著区别,炸点位置不在舱室中心时,舱室出现花瓣撕裂毁伤模式。可为舰船防护以及导弹炸点位置的确定提供参考。