冲击作用下薄壁金属空心球压缩变形研究

金属空心球结构是一种新型的多孔金属材料,对单个金属空心球在冲击作用下的压缩力学性能研究是对整体结构压缩力学性能研究的基础。该文研究了单个球壳冲击压缩特性,得到了单个金属空心球在冲击作用下的名义应力-应变曲线并与实验结果进行了对比验证,同时研究了径厚比和冲击速度对变形过程的影响。结果表明:名义应力-应变曲线和变形模态图显示其变形失效过程可分成六个阶段:局部压平、轴对称凹陷、多边形形成、内表面相互作用、侧壁失效以及密实阶段;径厚比越大,金属空心球越容易形成非对称的多边形形式,且在内表面相互作用阶段,上部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了屈曲失效;径厚比较小时,在内表面相互作用阶段,下部壳体发生逆向翻转,侧壁发生了弯曲失效;冲击速度越大,底端壳开始发生凹陷的时间越早,空心球产生的不对称度越大。     

不同加载压力下HMX基含铝炸药的冲击起爆特性

为了研究HMX基含铝炸药的冲击起爆特性,对其进行了两种加载压力下的冲击起爆试验。结果表明,加载压力为14.68 GPa时,其到爆轰距离为12.04~15.38 mm;加载压力为15.55 GPa时,到爆轰距离为10.23~12.01 mm;稳定爆轰后的爆轰压力约为25 GPa。基于圆筒试验确定了HMX基含铝炸药的JWL状态方程参数,结合两种加载压力下的冲击起爆试验结果进行数值模拟,标定并验证了点火增长模型反应速率方程参数。计算结果与试验结果一致。得到14.68 GPa加载压力下HMX基含铝炸药到爆轰时间为2.5 μs,到爆轰距离为13.70 mm;15.55 GPa加载压力下的到爆轰时间为1.9 μs,到爆轰距离为10.60 mm。计算结果表明,加载压力增大,前导冲击波速度增长变快,波阵面压力增长变快,炸药到爆轰时间与到爆轰距离减小,爆轰成长阶段同一时刻下的波阵面压力增长速率也随之增大。     

大型结构件焊接变形特征分析

从焊接残余应力产生机理入手,找出焊接变形的影响因素,通过数值分析推导焊接变形过程中残余应力产生的数学模型,用有限元模拟和试验方法检验模型并找出最优焊接方法．     

冲击载荷作用下夹芯板的后屈曲研究

利用ABAQUS有限元软件,对SHPB作用下的夹芯板的变形特性进行了分析,将有限元计算结果和实验测量结果作对比。在冲击载荷时间历程内,着重从芯板的位移和应力以及应变这3个方面对芯板的后屈曲问题进行了分析,研究了夹芯板中弹塑性压缩波的传播过程,芯板在压缩波作用下的动力屈曲产生、传播特性,压缩波与屈曲变形的相互作用以及塑性后屈曲大变形的发展规律。     

冲击荷载作用下金属方板的变形与起裂分析

基于接触爆炸荷载作用下金属薄板实验,应用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,分析了冲击荷载作用下固支方板和单向支承方板的变形过程、应变分布和面内位移,得到了方板的起裂位置和起裂冲量.结果表明:冲量相同时,冲击荷载作用面积越大,方板变形的范围越大,而中心挠度越小.对于固支方板,当荷载作用半径与方板一半边长之比R/L<0.32时,中心处首先开裂;R/L>0.32时,边界中点处起裂.对于单向支承方板,当R/L≤0.4时,中心处首先开裂;当R/L>0.4时,起裂位置在边界中点附近或加载区边缘附近或角点附近.当R/L≥0.35时,单向支承方板边界产生明显的面内位移,起裂冲量比固支方板提高幅度可达23.4%～112.7%.     

破片冲击作用下地铁车辆车轮结构变形研究

为探索破片冲击作用对地铁车辆车轮廓形表面变形的影响，本文建立了破片冲击车轮侧面、车轮踏面和车轮轮缘的有限元模型。通过圆柱形破片冲击车轮的仿真计算，得到了破片在不同位置以不同速度冲击车轮后车轮各表面的变形量，经过分析确定了造成车轮变形量最大的破片冲击位置和破片冲击速度。利用最终结论，结合地铁车辆日常检修中对车轮廓形的要求，得出了车轮防护的重点区域和车轮防护的性能要求，同时对战时车轮快速检修标准提出了新的建议。     

聚能装药侵彻靶后破片的空间分布特征

准确掌握靶后破片的空间分布规律是有效开展聚能装药对装甲目标内部环境毁伤效应评估的先决条件。通过试验和有限元仿真对典型聚能装药侵彻不同倾角靶板产生靶后破片过程进行了研究,结果表明:射流穿透靶板瞬间,大量碎片在靶后形成"椭圆体"破片云,随着靶板倾角增大,靶后破片云朝着靶后法线一侧偏转,其水平截面(与射流轴线垂直的截面)由圆形逐渐变为椭圆,但靶后破片间最大飞行夹角始终保持在90°左右。     

双壁厚蜂窝铝芯的共面冲击力学性能

参考文献[1],加入孔壁的剪切和伸缩变形精确推导了双壁厚蜂窝铝芯的共面弹性模量公式,并给出了其静态峰应力、密实化应变和单位体积密实化应变能的计算公式.建立了双壁厚蜂窝铝芯7×7的单元阵列有限元分析模型,分析了冲击速度在3～252 m/s时双壁厚蜂窝铝芯的冲击性能.随着冲击速度的增加,双壁厚蜂窝铝芯在x1和x2方向上先后表现出三种变形模式,变形模式的转换速度与(t/l)1/2成线性关系.双壁厚蜂窝铝芯的弹性模量与冲击速度成二次曲线关系,峰应力和单位体积密实化应变能与冲击速度的平方成线性关系,它们的相关拟合系数与t/l成二次曲线关系.根据壁厚在0.05～0.3 mm间的模拟结果,给出了描述以上关系的经验公式.     

EFP垂直侵彻靶后破片云描述模型

针对靶后破片是影响装甲保护能力和聚能装药毁伤的主要问题,基于EFP垂直侵彻的靶后破片,建立其初始靶后破片云的数学描述模型,并在此基础上采用有限元仿真软件AUTODYN-3D对EFP垂直侵彻钢靶形成靶后破片的过程进行数值模拟。数值模拟结果与靶场实验结果进行对比,结果表明:仿真的EFP成型参数、靶后破片空间分布状态和靶板开孔特征均与实验较为吻合。因此,证明该仿真模型和所得靶后破片云初始描述模型具有较高的可信度,可以为EFP对装甲目标的毁伤评估方面提供一定的参考。     

EFP垂直侵彻靶后破片云描述模型

针对靶后破片是影响装甲保护能力和聚能装药毁伤的主要问题,基于EFP垂直侵彻的靶后破片,建立其初始靶后破片云的数学描述模型,并在此基础上采用有限元仿真软件AUTODYN-3D对EFP垂直侵彻钢靶形成靶后破片的过程进行数值模拟。数值模拟结果与靶场实验结果进行对比,结果表明:仿真的EFP成型参数、靶后破片空间分布状态和靶板开孔特征均与实验较为吻合。因此,证明该仿真模型和所得靶后破片云初始描述模型具有较高的可信度,可以为EFP对装甲目标的毁伤评估方面提供一定的参考。     

高速列车车厢连接处气动噪声特性初探

建立高速列车车厢连接处简化的气动噪声分析模型,基于声类比理论、FLUENT软件分析车厢连接处形状及风挡对气动噪声影响,给出车外气动噪声分布规律。数值结果表明,对近车厢连接处端部进行圆角光顺能减小气动噪声值。圆角半径越大减噪效果越明显;在车厢连接部位安装风挡能减小车外及车厢连接内部空腔的气动噪声,风挡开口处的气动噪声值有所增加。对风挡板进行圆角光顺可进一步减弱气动噪声。     

飞片厚度对冲击波压力峰值衰减特性的影响分析

针对现有研究没有考虑飞片厚度对冲击波压力峰值衰减特性影响的问题,采用数值仿真的方法,通过建立不同厚度的飞片撞击无氧铜靶板的仿真模型,比较飞片与靶板撞击面脉冲宽度的仿真值和理论计算值,验证了数值仿真模型和仿真结果的可信度。采用最小二乘法对仿真数据进行处理,建立了飞片厚度与冲击波压力峰值指数衰减模型衰减系数之间的定量数学关系式,结果表明飞片厚度对冲击波压力峰值衰减特性的影响比较明显,飞片厚度与衰减系数近似成线性关系,飞片厚度越小,衰减系数越大,冲击波压力峰值的衰减速率越快,为相关实验设计与分析提供了理论参考。     

增速传动系统齿轮拍击振动特性研究

齿轮的拍击振动效应是增速传动系统复杂动力学特性的重要表征,研究内外部激励对拍击振动的影响,对进一步阐述拍击振动规律具有重要意义。本文通过搭建一级增速齿轮传动试验台,采用光电编码器和NI数据采集系统对主动轮和从动轮转速脉冲进行测量和采集,分析主动轮与从动轮的弧长差曲线和转速差曲线,验证了增速传动下的齿轮拍击效应。然后针对不同齿侧间隙与不同转速等试验条件,开展系列化的拍击振动特性研究。分析发现：不同试验条件下的弧长差包络线均呈正弦波动趋势,且其变化幅值随着转速升高而出现缩小的趋势,而弧长差中心线位置的规律性不明显,与齿侧间隙、主动轮转速无关,仅与齿轮副初始位置相关;当拍击效应发生时,随着转速升高,拍击位置具有从齿向往齿背靠近的趋势;随着啮合轮齿间的侧隙增大,相应的拍击门槛转速降低,更易出现拍击振动现象。     

载荷作用下EPS混凝土中弹性波传播特性研究

应用EPS混凝土来模拟含缺陷的岩石材料。对EPS粒径分别为1、2和3mm的三种EPS混凝土试样进行了载荷作用下不同频率的弹性波传播实验研究。采用单一频率脉冲叠合的方法来精确确定材料的波速,结果表明：EPS混凝土的p波波速随载荷增加在试件的开始压密实阶段有较明显的增大趋势,当试件相对密实,波速增加不是很明显;s波波速随载荷增加有一定程度增加,但幅度比p波波速增加得小得多。应用一种相对波速的方法,即将波速与当前载荷下材料的声波速度进行对比,可以较好地分析波速与载荷和频率的关系。最后对波速与载荷和频率的关系进行了理论模拟分析。此研究对于应用弹性波进行材料和结构的无损检测等技术方面有很好的参考意义。     

半圆盘构件冲击断裂特性的动态焦散线实验研究

采用动态焦散线实验系统,对有机玻璃（PMMA）在冲击载荷下的I型和I-II混合型裂纹在起裂和扩展时的动态断裂特性进行了研究。结果表明：随着PMMA由I型断裂转变为I-II混合型断裂,从落锤作用在试件上到裂纹起裂所需时间不断增加,说明裂纹起裂需要的能量有所增加,同时从裂纹起裂到最终贯通所需时间不断减少,说明裂纹平均扩展速度也不断增大;在I型断裂中,PMMA的断裂韧度KIC为2.04 MN/m3/2,而在I-II混合型断裂中,PMMA的断裂韧度KIC低于I型断裂时的断裂韧度KIC,但是KIIC有所增大;对于I-II混合型断裂,PMMA极限扩展速度约为366m/s,当达到极限扩展速度后,裂纹尖端出现微裂纹增韧现象,使裂纹的表面能迅速增大,随后裂纹的扩展速度迅速减小。     

基于加速度二次协方差矩阵参数变化比法的环境振动下结构损伤识别

在白噪声环境激励下,结构加速度响应的自相关/互相关函数构成一个新的二次协方差（CoC）矩阵,组成这一协方差矩阵的元素经证明是结构模态参数（频率、振型、阻尼）的函数;与提取模态参数的一般损伤识别方法相比,二次协方差矩阵包含结构振动的更多和更高阶模态信息。本文利用结构损伤前和损伤后的二次协方差（CoC）矩阵参数的变化比,对只基于振动输出的、环境振动下的结构进行损伤识别。对一个七层框架结构模型进行了数值模拟,首先对不同噪声程度、不同损伤位置和程度的损伤结构进行损伤定位,再结合模型修正法,对结构损伤程度进行识别,展示了该方法的有效性。     

基于有限元模拟的人体胸部材料参数对其碰撞响应影响分析

研究目的是分析正面冲击载荷条件下,胸腔骨骼结构和软组织结构材料参数的变化对胸部不同碰撞响应参数的影响。采用一个已经建立并验证的人体胸部有限元模型,基于胸腔骨骼和软组织的多个材料参数,进行正面冲击载荷下的胸部碰撞模拟,分别输出主要的胸部响应参数值,并采用标准多项式拟合方法详细对比分析了胸部材料参数发生变化时胸腔的不同响应。结果表明胸腔骨骼和软组织材料参数的变化对正面碰撞载荷下胸部碰撞响应的影响程度各不相同。其中,骨骼和软组织材料参数的变化对胸部碰撞力（Fmax）和胸部变形量（Dmax）的影响显著,肋骨骨折数（NRF）和T12加速度（Gmax-T12）的影响次之,而材料参数的变化对胸部变形速率（Vmax）和T1加速度（Gmax-T1）的影响较小。同时,Fmax, Dmax, Gmax-T12等参数主要受软组织材料参数的影响,而肋骨骨折数（NRF）则更多受到骨骼材料参数变化的影响。     

圆柱滚子轴承多体接触动力学研究

考虑滚子和套圈、滚子和保持架、保持架和引导套圈的动态接触关系,提出了机械系统中圆柱滚子轴承多体动力学分析的新方法。基于圆柱套圈滚道的三角网格模型,实现了圆柱滚子和套圈滚道的动态接触力的预测搜索算法,进而建立了计及润滑摩擦作用和Hertz接触作用的圆柱滚子轴承的三维多体接触全动力学模型。运用广义-α方法计算分析了不同工况条件下圆柱滚子轴承的动态特性和保持架的稳定性,获得了不同工况下轴承的运动轨迹、角速度、滚子和倾斜扭转振动、动态接触力,拖动力和相轨迹等动态响应的变化规律。计算结果表明低速或较小径向力下,滚子和保持架的拖动力相对较小且不稳定,滚子和保持架侧梁、外圈挡边之间存在明显的频繁接触冲击作用,内圈中心的振动位移相对较大,保持架中心的径向平面运动轨迹形成不稳定的近似圆周运动,圆柱滚子轴承的运动稳定性相对较差。随着转速或旋转径向力的增加,保持架中心的径向平面运动轨迹为圆周运动和单周期的相轨迹运动,保持架中心的轴向振动明显,滚子倾斜扭转振动相对较小。     

预制破片对厚壁圆管的横向高速冲击作用研究

为了获得厚壁圆管在横向高速冲击下的响应规律,进行了预制破片冲击圆管试验,得到不同冲击速度作用下圆管的响应模态及侵彻深度,并采用LS-DYNA对整个动态变化过程进行了仿真研究,获得了侵彻过程中预制破片的速度变化规律及圆管壁厚和预制破片长径比对极限穿透速度的影响规律。结果表明侵彻深度与冲击速度线性相关;圆管壁厚在7mm-8mm之间时对圆管极限穿透速度影响最大;预制破片长径比低于1.5时,对圆管极限穿透速度有显著影响,但其影响效果随自身的增大而逐渐削弱,当达到3.5左右时极限穿透速度不再变化。     

侧壁式压水室离心泵小流量非稳态旋转失速特性

用数值计算方法研究具有特殊结构的侧壁式压水室离心泵,分析小流量工况时模型泵的非稳态旋转失速特性,用快速傅里叶变换(FFT)获得压力脉动信号的频谱特征。结果表明,小流量工况时模型泵的扬程曲线呈驼峰状,压水室不同位置处压力分布不均;受叶轮旋转产生的非稳态作用影响,叶轮不同叶片流道内流动结构差异较大。不同流量下,叶轮内部分离涡结构诱发的激励频率各异,0.4ФN工况时模型泵压力脉动频谱图出现0.5fR及高次谐波频率,压力脉动最大幅值出现于4fR频率处;0.2ФN流量时非定常流动结构会诱发0.18fR及高次谐波频率;0.05ФN流量时压力脉动频谱图同时出现0.1fR、0.28fR两种激励频率。旋转失速现象出现时,频谱图中叶频处压力脉动幅值不再起主导作用。