基于Hoek-Brown准则的混凝土-岩石类靶侵彻模型

基于空腔膨胀理论建立工程模型是研究侵彻问题的常用方法。针对射弹侵彻岩石-混凝土类脆性材料半无限靶问题,基于靶体的弹性-裂纹-粉碎响应模式,粉碎区采用考虑围压的Hoek-Brown准则,得到了准静态球形空腔膨胀的空腔壁压力。在Forrestal两个阶段侵彻模型中,用所得空腔壁压力代替隧道侵彻阶段的侵彻阻力,得到刚性弹侵彻岩石-混凝土类脆性材料半无限靶的侵彻深度预估公式,与文献侵彻试验以及现有典型侵彻深度预估公式比较表明,预估公式适用范围更广,对于(超)高强混凝土和岩石材料靶的预测精度更高。     

基于颗粒流离散元模型的弹丸侵彻细观混凝土数值模拟方法研究

利用颗粒离散单元法,研究弹丸侵彻细观混凝土模型中弹丸受到介质的阻应力与侵彻速度的关系。采用蒙特卡罗法随机生成并投放混凝土骨料且骨料的粒径分布满足级配曲线。通过对混凝土颗粒离散元细观力学模型进行单轴压缩实验、巴西劈裂实验和双轴压缩实验的参数反演,确定细观模型参数,能使细观混凝土模型具有和一般混凝土等效的力学性能。分析了骨料、过渡层和砂浆三相材料各细观参数对混凝土单轴压缩应力应变关系影响以及锥形弹和平头弹弹丸直径对侵彻阻应力的影响。将颗粒离散元细观力学模型方法计算的弹丸阻应力与空腔膨胀理论计算模型相比较,表明计算离散元方法具有良好的精度和实用性。     

影响射孔侵彻深度的混凝土靶材物性因素分析

影响射孔穿深的因素很多,通过试验和计算机数值模拟的手段,着重分析、讨论混凝土靶材物性因素(靶等效应力强度、声阻抗和孔隙度、砂粒度)的影响.结果表明侵彻初期及随后的定常侵彻阶段主要影响因素是声阻抗、孔隙度侵彻滞止阶段主要影响因素是动态抗压等效应力强度砂子粒径是影响射孔侵彻深度的重要因素.     

基于A-T模型的长杆弹超高速侵彻陶瓷靶体强度分析

Alekseevskii-Tate(A-T)模型广泛应用于长杆弹超高速冲击的终点效应分析中。A-T模型对于金属弹靶强度有明确的表达式,而对于陶瓷靶体强度尤其是弹体初始冲击速度大于1 500 m/s时还没有统一的结论。基于长杆钨弹超高速(1 500~5 000 m/s)侵彻三种陶瓷(Al N,B4C,Si C)/铝复合靶体的缩比逆弹道实验数据;基于A-T模型,给出了上述陶瓷材料在不同侵彻速度范围内的靶体强度表达式。进一步通过与47发长杆钨弹超高速(1 250~2 500 m/s)侵彻陶瓷(Al N,B4C,Si C,AD85)/RHA钢复合靶体DOP实验数据对比,验证了提出的陶瓷靶体强度表达式的适用性。     

人工神经网络在弹体侵彻混凝土深度中的应用

针对弹体对混凝土材料侵彻深度问题,通过量纲分析和神经网络理论,建立了弹体侵彻深度h网络输出量与弹体长度lp、弹的长径比 lp/d、弹体形状系数ψ、弹体与混凝土的比强度σyt/σyp、弹体与混凝土的密度比ρp/ρt等13个网络输入量之间的非线性映射关系。并采用 RBF网络模型,通过Forrestal等文献的试验样本对网络模型训练,获得了弹体对混凝土材料侵彻深度的网络模型,输出结果满意。     

刚玉块石混凝土抗弹丸侵彻效应试验研究

块石混凝土由于取材方便、工艺简单等特点,作为遮弹材料一直为人们所关注。但块石自身强度有限,对于大威力的现代弹种,遮弹效果受到了一定限制,以致实际工程中块石混凝土遮弹层厚度太大,施工不便,影响了块石混凝土遮弹层的应用。刚玉块石具有强度高、硬度大等独特的力学性能,利用它代替块石混凝土中的普通块石,研制成一种由刚玉块石和混凝土共同浇注组成的抗侵彻复合材料。为了研究这种新型材料的防护性能,对混凝土和刚玉块石混凝土进行了实弹射击对比试验。制作了刚玉块石混凝土靶体6块,混凝土靶体3块,使用坦克炮发射φ125模拟弹。结果表明,刚玉块石混凝土具有优良的抗侵彻性能,它能够使弹体破坏、变形或跳弹。提高侵彻速度,刚玉块石混凝土靶体破坏情况变化不明显,表明刚玉块石混凝土对抵抗更高速度的弹丸侵彻有效。与相同强度等级混凝土相比,刚玉块石混凝土靶体侵彻深度减小很多。整块刚玉块石完全能够阻止弹丸的侵入。研究成果可为刚玉块石混凝土遮弹层的工程应用和深入理论分析提供依据。     

弹体高速侵彻陶瓷复合厚靶的计算模型研究

针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结果的验证。参数分析的结果表明,陶瓷厚度的增加可提高复合靶体的抗侵彻能力,但随着初始撞击速度的提高,弹体的侵彻深度增长曲线趋于平缓。     

聚能杆式弹丸侵彻混凝土实验研究

为了研制有效打击坚固目标的串联随进式攻坚武器,设计并制作了能形成聚能杆式弹丸的新型聚能装药,对混凝土和钢筋混凝土进行侵彻试验。试验结果表明:扁平型和尖顶型聚能装药都能对混凝土靶和钢筋混凝土墙产生一定的侵彻效果,并形成具有较大直径的侵彻孔。相比之下,尖顶型装药对目标的侵彻破坏能力更强,能贯穿80cm厚的钢筋混凝土墙,为后级战斗部的顺利侵入提供了通道。相同的聚能装药在同等试验条件下对圆柱形混凝土靶和钢筋混凝土墙的表面破坏效果差异较大,说明钢筋网和靶体边界效应在侵彻中起重要作用。     

基于FEM-SPH耦合法的弹丸侵彻钢纤维混凝土数值模拟

针对有限元法(FEM)处理超大变形问题时所存在的困难,基于有限元与光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics:SPH)的耦合方法模拟了弹丸对钢纤维混凝土的侵彻破坏过程。其中弹丸作为刚体处理并划分成Lagrange标准有限元网格,而靶体中心部分划分成光滑粒子并经历大应变、高应变率和高压作用。为了描述钢纤维混凝土的非线性变形及断裂特性,在计算中引入了Holmquist-Johnson-Cook累积损伤材料模型。数值模拟结果形象再现了弹丸冲击作用下靶体材料破碎、飞溅成坑的物理过程,尤其靶表面碎片飞散的模拟情况与高速摄影照片符合较好,并且侵彻深度计算结果与实验数据具有较好的一致性,FEM-SPH耦合方法显示出了模拟侵彻问题的有效性。研究表明钢纤维能明显增强混凝土基体的抗侵彻性能,且随纤维含量的提高增强效果更佳。     

卵形头部弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型

在球形空腔膨胀模型的基础上,将钢筋混凝土中的钢筋网结构所在混凝土等效为高强混凝土层,其余部分按素混凝土层处理,得到了计算卵形头部弹丸侵彻钢筋混凝土的分层工程分析模型。用分层分析模型计算了最终侵彻深度,侵彻过程中弹丸的位移时程曲线,速度时程曲线和加速度时程曲线。将计算结果与实验数据和按球形空腔膨胀模型计算结果对比分析,结果表明分层分析模型能够较真实的反映弹丸侵彻钢筋混凝土过程中的运动状态。     

基于深度度量学习的轴承故障诊断方法

针对机械大数据因故障类内离散度和类间相似度较大而导致诊断精度低的问题,提出一种深度度量学习故障诊断方法,采用深度神经网络(Deep Neural Network, DNN)对故障特征进行自适应提取,并利用基于欧氏距离的边际Fisher分析(Marginal Fisher Analysis, MFA)方法进行了优选,在构建的深度度量网络(Deep Metric Network, DMN)顶层特征输出层添加BPNN(Back Propagation Neural Network, BPNN)分类器对网络参数进行微调,并实现故障的分类识别。通过对不同类型和严重程度的轴承故障进行了诊断分析,验证了该方法可以有效地对轴承故障进行高精度诊断,效果优于传统深度信念网络(Deep Belief Network, DBN)故障诊断方法以及常用时域统计特征结合支持向量机(Support Vector Machine, SVM)分类的故障诊断方法。     

基于微平面弹塑性应力-应变关系的混凝土本构模型

在B.P. Bazant等人提出的混凝土微平面本构模型M2的基础上,将微平面上的应力分解为体、偏、剪三个分量,根据各个分量的物理意义定义了相应的应力-应变关系函数,即理想弹塑性函数。引入了破断应变的概念,当微平面应变达到破断应变后应力减为零。介绍了模型参数的确定方法。最后通过三个算例初步验证了本文所建议模型的合理性和正确性。     

基于三轴加速度传感器的弹体侵彻轨迹的实时计算

针对弹体斜侵彻含有垂直墙壁的多层靶板过程中弹体轨迹严重偏转的实时计算问题,提出了由两组三轴加速度传感器来感知弹体在侵彻过程中的角度偏转变化与轨迹计算.在平面范围内由弹体侵彻常规多层靶板深度的计算公式出发,推导了安装两组三轴加速度传感器的弹体在含有垂直墙壁的多层靶板间弹体轨迹的实时计算公式,并通过ABAQUS有限元分析软件进行了侵彻仿真,以仿真得出的加速度数据输入MATLAB程序,比较了分别采用一组和两组加速度信号所得到的弹体轨迹,验证了该算法的有效性.     

基于提升小波包和模糊模式识别的结构有限元模型修正

该文提出了基于提升小波包特征提取和模糊模式识别的结构有限元模型修正方法,首先建立以节点固结系数表示的空间网架单元刚度矩阵,然后利用提升框架,将结构振动测试信号进行提升小波包分解,提取小波包信号分量能量作为特征向量,以此建立模糊模式识别的模糊子集,最后利用模糊模式识别方法对结构进行有限元模型修正,并研究了噪声对该算法的影响。为了证明该方法,对一个二层网架结构模型进行了数值仿真,结果表明该方法能够有效的修正结构的有限元模型。     

卵形弹侵彻混凝土靶的耦合侵蚀模型

弹体在高速侵彻混凝土介质过程中会出现明显的侵蚀现象,导致弹体发生质量损失和弹头钝化。据已有的实验观察,弹体表面熔化和骨料切削是侵蚀发生的主要机制。该文基于动态空腔膨胀理论并结合弹体表面熔化和骨料切削这两种机制,提出一种耦合两种机制的耦合质量侵蚀模型。该模型通过二维热传导和改进的Rabinowizc磨损理论分别获取弹体表面熔化和骨料对弹体切削而造成的弹体质量损失,通过Johnson-Cook本构将温度和切削两种机制联系起来,进而建立了结合熔化机制和切削机制的耦合质量侵蚀模型。将耦合模型预测的弹体侵彻深度和质量损失率等参数并与实验结果进行对比,对比结果表明模型的理论预测与实验数据有较好的吻合度,验证了该文耦合模型结合熔化和切削机制的合理性。最后,讨论了侵彻过程中弹体的相关运动参数演变过程,为弹体侵彻中侵蚀现象问题的研究提供一定参考。     

弹载加速度记录仪抗冲击防护结构设计

针对弹体侵彻混凝土环境,提出一种中薄型防护外壳嵌套内壳体,两壳体间填充泡沫铝缓冲材料的记录仪抗冲击防护结构。针对应力波作用下防护外壳的屈曲和泡沫铝缓冲性能不足导致内部电路模块冲击断裂的典型失效模式,通过对记录仪抗冲击防护结构在应力波作用下的结构响应分析,提出一套以壳体厚度h、泡沫铝密度ρ、泡沫铝厚度h_b为主要设计指标的弹载加速度记录仪抗冲击防护结构设计方法。设计出防护外壳半径为29 mm,壁厚3 mm,泡沫铝密度1.1g/cm~3,泡沫铝厚度23 mm的抗冲击防护结构,经计算该结构理论抗冲击能力为63 300 g。在实弹侵彻混凝土试验中,测得冲击加速度峰值为56 300 g,在此冲击下记录仪壳体结构稳定,内部电路工作正常,验证了此抗冲击防护结构具有较高的可靠性。     

应力状态对水泥砂浆侵彻性能的影响

研制了真三轴应力状态作用下混凝土侵彻实验装置。该装置采用液压伺服控制系统对立方体试件施加三向独立的静载、采用高压气体驱动子弹侵彻试件;同时,试件六个面的动态信号可由六根杆上的应变片记录。以M10水泥砂浆试件为例,研究水泥砂浆在不同的应力状态下的侵彻性能,建立了相应的数据处理方法,对比分析了立方体试件无侧限、单向侧限、双向侧限下侵彻差异,揭示出应力状态对侵彻性能的影响。该研究对防护工程等领域有很好的参考意义。     

弹体冲击混凝土半无限靶的侵彻阻力与深度计算

假设弹体是刚性的,将弹体侵彻冲击作用下的混凝土靶体划分为粉碎区、径向裂缝弹性区与原始弹性区,并认为侵彻粉碎区域内的混凝土材料处于类似于流体动力学状态,可采用水动力模型.根据伯努利方程推得了细长杆弹侵彻阻抗力的公式,进而求出锥形弹头侵彻阻抗力的等效平面解,得到了弹体的侵彻深度.利用实弹进行了以不同速度侵彻不同强度的混凝土靶体的验证计算,并与多个经验公式做了对比.结果表明,该模型是合理的,与经验公式相比计算结果趋于保守.     

基于振动测试参数的井架钢结构极限承载力预测

提出了基于振动测试参数预测井架钢结构极限承载力的两种新方法。第一种方法是针对井架钢结构的结构形式和受力特征,将其简化为简支梁,由载荷与振动频率之间的关系,推导出振动频率直接确定极限承载力的简易表达式。该方法简单易行,不需要建立系统的模型。第二种方法是应用一阶搜索优化算法修正动力有限元模型,然后进行线性屈曲、几何非线性和双重非线性分析从而确定井架钢结构的极限承载力,这种方法计算复杂些,但提高了预测准确度。最后利用近似平稳随机激励,对某型号井架钢结构进行了振动参数测试,分别应用这两种方法对极限承载力进行了预测。结果表明这两种基于动力参数的预测值相差不大,均能真实预测井架钢结构的极限承载性能,为复杂承载钢结构的极限承载力预测和安全评估开辟了新途径。     

基于四区域椭圆模型的汶川8.0地震加速度峰值衰减关系拟合

利用加速度记录直接拟合衰减关系时,现行几乎所有文献都采用圆模型,以震中距或震源距为观测点坐标位置的唯一统计量。对于长断层的大震而言,等震线的圆模型假设和实际等震线图存在严重的偏差,加速度峰值在沿断层方向的长轴和垂直于断层方向的短轴衰减关系差异非常明显。提出的加速度衰减关系的四区域椭圆模型,按断层破裂方向的长轴和过断层为中心垂直于长轴的短轴将地震记录观测点位置分为四个区域,以烈度等值线为参考,给出了四个区域内各自的加速度峰值等值线的椭圆近似曲线。并在此基础上得出了汶川8.0级地震加速度峰值在两个长半轴和两个短半轴方向上的衰减关系,和圆模型相比,该模型在精度上更加可靠,且能够反映断层破裂方向效应和上下盘效应,具有较强的工程应用价值。