脆性材料静态抗侵彻阻力简化计算模型与对比研究

为研究脆性材料的静态抗侵彻阻力,将Griffith双轴屈服准则作为该类材料的屈服判据,结合脆性材料的破坏特点,将其简化为弹性-裂纹-破碎响应.利用统一形式的静态空腔膨胀理论,得到了脆性材料的静态抗侵彻阻力,与现有文献的计算模型进行对比,结果表明该模型较适用于混凝土材料,并明确了各阻力模型的适用范围.     

准脆性材料泛形裂纹扩展的数值模拟

本文采用ABAQUS应用软件对准脆性材料泛形裂纹扩展进行了数值模拟研究,其中,材料性质的非均匀性由Weibull分布表征,裂纹扩展由基于扩展有限元的粘聚裂纹模型描述,首次得到非均匀准脆性材料中断裂面的泛形构形。利用计盒维数计算给出了断面构形的泛形复杂度,计算结果与实验结果吻合较好。进一步研究发现,材料断裂面复杂度与断裂能呈正相关关系。     

PBX炸药及其模拟材料冲击损伤的试验研究

文中利用轻气炮驱动飞片加载技术对JO-9159炸药及其模拟材料样品进行了冲击加载,使其产生损伤,利用锰铜压阻计测量了试件的冲击压力。通过扫描电镜（SEM）对回收样品进行了显微观察．分析比较了炸药和模拟材料在冲击载荷作用下的损伤破坏模式。结果表明两者都具有脆性材料的损伤破坏特征,相对于PBX炸药模拟材料具有更明显的脆性特征。在细观上,PBX和模拟材料的损伤破坏模式是以微裂纹为主的脆性损伤,模拟材料的破坏主要表现为造型粉颗粒的破裂、破碎形成裂纹,而PBX炸药主要表现为颗粒之间的脱粘,并伴有颗粒的破碎。     

微观结构对 Si_3N_4 材料静疲劳特性的影响

选择两种不同添加剂的Ｓｉ３Ｎ４材料，研究了微观结构对其静疲劳特性的影响。结果发现，两种材料在不同介质中的静疲劳特性一致，即裂纹扩展速率在水中最大，空气中次之，煤油中最小。但由于添加ＺｒＯ２的材料独特的微观结构，使其具有较高的断裂韧性，因而裂纹扩展抗力较大，在相同应力水平条件下，寿命较长。     

沉积参数对 CVD-ZnS 块材料组织及力学性能的影响

化学气相沉积ＺｎＳ是一种脆性材料，其硬度由晶粒尺寸控制，符合Ｈａｌ－Ｐｅｔｃｈ关系，而对晶体缺陷微孔不敏感；断裂韧性则同时受晶粒尺寸及微孔的控制。沉积温度是决定ＺｎＳ晶粒大小的主要因素，同时也影响ＺｎＳ中的微孔数量；Ｈ２Ｓ／Ｚｎ摩尔流量比、沉积速率则仅影响ＺｎＳ中的微孔及微裂纹的存在与否。     

超高强度低合金钢的破断特性

研究了用于发动机壳体及火箭、导弹压力容器的超高强度低合金钢的破断特性.为了理解此材料的破断特性, 加工了拉伸试样、表面裂纹拉伸(SCT)试样、小型(CT)试样和压力容器, 并对它们进行了试验.用试验数据评估了此材料的破断参数.由这些参数生成了一个破断评估图来量化裂纹对材料强度的影响程度.对SCT试样和CT试样断裂强度的评估与其试验结果进行了比较, 结果表明它们非常一致.同时也检验了"焊接及热处理"过程对其破断特性的影响.为了选择一个适用于此材料的断裂理论, 进行了压力容器的破断评估并用试验结果验证.     

T10钢和GCr15钢第一类回灭脆性的研究

本文选用T10钢和GCr15钢,比较了低温回火和第一类回火脆性区回火的常规机械性能;研究了回火温度对K_(IC)、冲击疲劳抗力及疲劳裂纹扩展行为的影响;探讨了两种钢的第一类回火脆性机理。结果表明,拉伸和弯曲试验、冲击疲劳抗力及疲劳裂纹扩展速率对第一类回火脆性不敏感。GCr15钢的第一类回火脆性主要归因于残余奥氏体的机械失稳;T10钢的第一类回火脆性与回火过程中残余奥氏体的分解有关。     

PBX炸药模拟材料正交切削的切削力响应规律

为了分析炸药材料切削加工过程中切削力响应规律及加工特性,采用低速正交切削试验的方法,结合显微摄像、三向测力仪和三维表面轮廓仪表征测试,分析高聚物粘结炸药(PBX)炸药模拟材料瞬时切削力特性,研究PBX炸药模拟材料的切削过程中切削力响应规律及其关键影响因素。结果表明,不同的切削深度PBX炸药模拟材料的动态切削力变化规律不同,切深为0.1 mm时的切削力峰值变化主要由颗粒切屑成型引起,切屑呈蜷曲喷射状,切削力曲线呈微细锯齿状动态特征变化,切深为0.3 mm和0.5 mm时的切削力峰值主要由材料脆性断裂裂纹扩展引起,切削力呈周期性的大锯齿特性变化,fz在过切凹坑处降至零。fx标准偏差在0.4 mm切深处产生显著变化,反映了炸药模拟材料切削状态由连续去除到脆性去除的转变。低速正交切削下,切削宽度对切削力影响大于切削速度对切削力的影响,切削速度对切削力的影响较小。     

推进剂损坏:一个断裂力学的方法

测量了硝化棉/硝化甘油推进剂裂纹增长开始时的应力-强度因子kc.kc值随温度降低或速率增加而增加,在用williams-Landel-Ferry关系对粘弹性材料绘制单独的主曲线时,这些影响相互有关。kc值也与试件的厚度有关。讨论了裂纹蔓延的微观机理,并建立了推进剂的断裂特性与粘弹性和塑变流动性的关系。     

材料性能的分析方法

本文从方法论角度,讨论材料性能的逻辑分析和系统分析方法,分五节: 1.引言——定义了“材料”,引出“性能”的重要性。 2.逻辑分析——采用定义和划分这两种逻辑方法,分别明确“材料性能”这个概念的内涵和外延。从整体、联系和变化的观点,讨论材料性能的五个共性问题——现象与本质,区分与联系,复合与转换,主要与次要,发展与改造。 3.系统分析——从系统功能的分析方法,提出并讨论了三种“材料性能分析方法”:黑箱法、相关法、过程法。 4.韧性与韧化——定义了韧性,讨论了光滑、缺口及裂纹试样的韧性;从韧性的系统分析图理出并讨论了韧化的四个命题:应力、应变和应变能,内因和外因,能量和过程,韧性和脆性。 5.结语——强调跨学科、复合和仿生的“方法”。     

脆性聚甲基丙烯酸甲酯板动态裂纹传播有限元模拟

开发了包含内聚力单元模型的用户材料子程序,嵌入商用有限元软件ABAQUS,采用显式求解模块模拟预加载的脆性聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）板中动态裂纹传播行为。在模拟过程中采用了刚性线性衰减的内聚力准则,分别考虑了率无关和率相关两种情况。模拟结果表明：在相同的预加载荷下,采用率无关内聚力模型计算的裂纹传播速度在绝大部分情况下大于实验测试值,只在高速时二者基本一致;采用率相关内聚力模型,所得到的模拟结果与实验结果基本吻合,这说明率相关内聚力模型可以反映快速裂纹传播时的裂纹尖端复杂率过程。     

爆炸载荷冲击下假人下肢的材料参数识别和修正方法

为提高假人在爆炸载荷冲击下的模拟精度,以高速垂向冲击下假人下肢材料本构参数校验寻优为目标,基于爆炸载荷冲击波作用于车身结构产生的结构响应特性,确定模拟爆炸载荷冲击台架的冲击速度。设置不同的冲击速度进行假人下肢冲击实验,获取下肢的冲击力-时间曲线。对下肢的重要材料参数进行实验设计并获取仿真下肢胫骨力峰值,以仿真数据与实验数据误差最小化为目标进行下肢材料参数寻优。通过台架实验与有限元数值仿真校验对材料参数进行优化,得到下肢各组件之间材料本构模型参数的最佳匹配。结果表明：假人下肢模型材料参数优化后的仿真结果与实验结果一致性较好,可为高速垂向冲击下假人下肢材料模型修正提供技术支持。     

爆炸冲击波在酚醛层压材料中衰减特性的实验研究

为研究药柱爆炸冲击波在酚醛层压材料中的衰减特性,利用锰铜压阻传感器,测量了药柱爆轰输出冲击波经不同厚度酚醛层压材料隔板衰减后的冲击波压力,并计算得到冲击波波后质点参数。结果表明:药柱爆轰输出冲击波经酚醛层压材料隔板传播时,其峰值压力随隔板厚度增加呈指数型衰减,通过对实验数据的拟合,得到酚醛层压材料中的冲击波衰减规律。     

水下爆炸冲击波对圆柱形壳体结构叠加效应的数值模拟

为研究水下多点起爆冲击波的叠加效应,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件的流固耦合算法,首先将固支方板在水下爆炸载荷作用下的数值模拟与试验数据进行对比,将水中爆炸冲击波的超压计算值与理论值进行对比,证明了流固耦合算法的设置及相关材料参数的选取是合理的。在此基础上,针对鱼雷模拟器,进行了同一当量下单装药和四装药起爆下的系列数值运算,初步分析时差对叠加效应的影响。结果表明:当TNT当量一定时,冲击波超压值随炸距和模拟器直径的增加呈指数形式衰减; 炸距越远,模拟器直径越小,冲击波的叠加效应越强; 对于1.63 g TNT,认为多装药同时起爆的时间间隔最大不超过11 μs。给出了超压放大倍数与模拟器直径和炸距间的关系式。研究结果为大口径弹水下爆炸冲击合成毁伤鱼雷提供了理论指导。     

黑索今基含铝炸药的铝氧比对爆轰性能及其水下爆炸性能的影响

为了分析铝氧比对爆压和爆速的影响规律,采用试验方法测定了黑索今（RDX）基含铝炸药的爆轰参数,应用KHT程序计算分析了试验测试结果;针对RDX基含铝炸药,进行了1kg柱形装药水下4.7 m爆炸试验,测量了距爆心1～3m处的冲击波压力峰值与气泡脉动周期,拟合得到了冲击波压力峰值与衰减时间常数的相似律系数。研究结果表明：RDX基含铝炸药的爆压和爆速随铝氧比的增加呈现线性减小变化,爆热在铝氧比为0.997时达到最大值;当铝氧比为0.366时,冲击波压力峰值与冲击波能达到最大值;当铝氧比为0.633时,冲击波冲量与冲击波能量密度达到最大值;当铝氧比为0.997时,气泡第一次脉动周期与半径达到最大值。     

HMX基PBX粒子速度测量的铝基组合电磁粒子速度计技术

为了精确测量奥克托今(HMX)基高聚物粘结炸药(PBX)冲击起爆过程的Lagrange粒子速度随时间的变化,采用与炸药阻抗匹配的铝基组合电磁粒子速度计实验技术,测量了3.07,4.14,7.81,8.12 GPa入射压力下某HMX基PBX炸药样品中的Lagrange粒子速度随时间的变化。结果表明:铝基组合电磁粒子速度计时间响应快,感应单元冲击响应上升时间为20 ns。不同起爆压力下获得HMX基PBX炸药样品中1~8 mm深度处的Lagrange粒子速度随时间变化响应快、干扰小。     

双锥罩射流侵彻钢靶侵深计算模型

为了完整地描述双锥罩聚能射流侵彻钢靶的全过程,利用冲击波Hugoniot关系修正伯努利方程,结合改进的PER理论推导双虚拟原点,建立了考虑冲击波、射流速度分布及射流状态等影响因素的侵深计算模型。通过试验验证了考虑冲击波、双虚拟原点及射流断裂影响的计算模型能够提高预测侵深的准确性,比较了各分界点因素对射流侵深的影响,获得了炸高及双锥罩结构参数对射流侵深的影响规律。研究结果表明：随着炸高的增大,连续射流与断裂射流分界点的出现将早于冲击波影响分界点;头部速度、拐点速度和侵彻深度均随上锥角的增大而减小;随着上锥高占罩高比例的增大,射流头部速度、侵彻深度逐渐增大,而射流拐点速度呈下降趋势。     

内埋式航炮膛口流场特性数值模拟研究

为研究飞行速度对内埋式航炮膛口流场特性的影响,基于Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,采用Roe格式分别对4种飞行速度条件下的菱形机翼中内埋航炮膛口流场发展过程进行了数值模拟,对比分析了静止条件和超音速飞行状态下膛口流场的基本特征以及冲击波强度变化关系。结果表明：超音速飞行时形成由火药燃气冲击波、分离激波、滑移面等波系构成的膛口流场结构;在一定飞行速度范围内分离激波尺寸与来流马赫数正相关;膛口附近冲击波超压峰值变化与飞行马赫数有关。