奥氏体不锈钢冲击力学性能及冲击诱发相变实验研究

选择了 3 0 1、3 0 4不锈钢材料实验研究了奥氏体不锈钢在不同应变率 ,不同环境温度下的冲击力学性能及冲击诱发马氏体相变 ,测试了这两种材料受冲击后力学性能的变化 ,得到了有意义的结论。     

弹头冲击形状记忆合金悬臂梁实验的数值模拟

借助有限元软件ANSYS-LSDYNA,对弹头冲击伪弹性TiNi形状记忆合金(SMA)悬臂梁的实验进行了数值模拟研究。结果表明,计算所采用的SMA本构抓住了梁冲击响应的主要特征,较好地再现了实验中高速摄影机记录到的梁的运动过程以及应变片测得的波形;根据计算结果揭示了相变弯曲波的传播以及与自由端反射波相互作用的过程中相变区的时空演化规律,分析了相变铰的可回复与有限性两个特性及其对结构响应的影响,并提出了TiNi梁能量耗散的机制。     

铜筋混凝土梁在低速冲击下的计算方法

总结和分析了钢筋混凝土梁在低速冲击下的局部与整体变形和破坏特征，考虑冲击体头部形状影响的局部效应，研究以弯曲理论为基础，考虑钢筋混凝土梁的裂缝形成（准弹性阶段）和破坏（塑性阶段）的计算方法，通过建立简化计算模型，得出了钢筋混凝土梁在低速冲击下的计算公式。     

钢筋混凝土板在低速冲击下的计算方法

钢筋混凝土板在低速冲击下的局部与整体变形和破坏的特点主要取决于冲击的初速和接触区直径与结构厚度的比值,在计算中必须既考虑冲击的局部作用,也须考虑其整体作用.本文既给出了钢筋混凝土板在低速冲击下局部变形评估方法,又给出了整体变形的弹塑性工程近似分析方法,整体变形分析中忽略板在裂缝形成前的工作阶段,主要考虑了裂缝形成之后到纵向受力钢筋达屈服和钢筋屈服后到结构破坏的两阶段.     

爆炸冲击硬化对高应变率材料铜和铁的影响

本文描述了爆炸冲击硬化对高导无氧铜和工业纯铁一类高应变率机械材料性能的影响．这些有延伸性能的材料，以及那些作为标准的材料被用于模拟设计典型的爆炸成形弹丸（ＥＦＰ），其结果与实验得到的ＥＦＰ的Ｘ光照片相比较．对标准的或冲击硬化后的材料，导出的流动应力／应交关系都不能成功模拟ＥＦＰ．而冲击硬化材料的流动应力特性与现有材料的基本模型普遍是不符合的。以冲击硬化材料屈服应力和现有铁和铜的基本模型的观测趋势为基础，应用工作硬化的药形罩简单流动应力模型，发现ＥＦＰ编码模拟与实验是很一致的。     

冲击载荷作用下多孔材料符合结构防爆理论计算

多孔材料具有减震和吸收冲击能量的特点，但是单一的多孔材料强度较低，为降低爆炸冲击载荷对结构的破坏，在混凝土墙壁或者两层装甲钢板中间添加一层或者几层多孔吸能材料（多孔聚氨酯、泡沫铝、铁等）构成多层复合抗爆结构，实现防爆和衰减冲击波的功能。当炸药爆炸驱动飞片高速冲击多层复合结构时，多孔材料产生塑性变形被压实。由于多孔材料冲击波阻抗很低，能够大大地削减应力波的强度。在这个过程中，飞片的冲击能量被减小，和单层结构相比，防爆能力被提高。为研究多层复合结构的防爆机理，应用冲击载荷下的材料动态本构关系，对冲击波在“钢板一多孔材料一钢板”3层介质中的传播规律和各层介质中的冲击载荷进行甘算，并对应力波在多孔材料复合结构中的衰减变化过程进行一维理论分析。     

基于有限元-离散元结合方法的Steven实验三维数值模拟

针对有限元方法描述断裂与摩擦时存在算法困难，而离散元方法难以描述炸药结构响应的问题，建立了有限元-离散元相结合的三维数值模拟方法与Fortran计算程序。通过有限元模拟炸药外金属壳体变形，离散元模拟炸药内部的裂纹扩展与摩擦升温，采用Arrhenius方程描述炸药热分解反应放热，实现了装药低速撞击非冲击点火的三维模拟。以Steven实验作为算例，开展了脆性炸药PBX-2在钝头弹与平头弹两种撞击条件下装药破坏与点火的模拟，考察了炸药非均匀性的影响，获得了装药受载应力历史、裂纹分布、温升曲线、点火时间与位置、撞击点火速度阈值等，分析了钝头弹与平头弹撞击点火的分布特性。以炸药裂纹摩擦以及自反应放热为点火机制的模拟结果与文献报道的实验结果符合较好。     

离散杆和EFP组合战斗部对飞机毁伤效应研究

为分析离散杆与EFP复合战斗部对典型战斗机毁伤效应,根据强度等效原则,采用动力学有限差分程序建立了数值模拟模型.采用流固耦合与接触算法,模拟了爆炸冲击波、离散杆条、EFP 3种毁伤元爆炸形成过程,以及典型弹靶交会条件下对飞机的联合毁伤效应.分析获得3种毁伤元对飞机各部分结构破坏、对油箱引燃概率的初步规律.研究结果对新型防空战斗部杀伤元素的设计及毁伤效应评估具有重要的参考价值.     

爆炸冲击荷载作用下拱结构的弹塑性动力响应研究

采用数值模拟方法,研究拱结构在爆炸冲击荷载作用下的弹塑性动力响应。结构动力屈曲临界荷载由B-R 准则判定。研究结果表明:拱结构的动力响应过程可划分为4 个典型阶段,即弹性振动阶段、弹塑性稳定振动阶段、反直观动力响应阶段和压溃破坏阶段,拱结构反直观动力响应是其发生动力屈曲以后处于不稳定平衡状态中的一种动力响应模式;爆炸冲击持续时间越长,拱结构动力屈曲临界荷载越小;当冲击持续时间在某一范围内时,结构发生动力屈曲以后会出现反直观动力响应;爆炸冲击持续时间太长或太短,结构发生动力屈曲以后将不会出现反直观动力响应,即结构一旦发生屈曲就会出现毫无征兆的突然破坏,动力屈曲临界荷载就是动力失效荷载。     

基于离散元与有限元耦合的充气轮胎沙土路面行驶性能仿真方法研究

为研究充气轮胎在沙土路面的行驶性能,提出用于模拟充气轮胎-沙土路面行驶性能的离散元与有限元耦合模型,建立205/55R16轮胎的三维有限元模型和沙土路面离散元模型,并以离散元与有限元接触算法模拟轮胎与路面之间的相互作用。依据被动滑转原理,采用基于PID控制理论的加载方式为土槽装置轮胎加载。在自主研发的越野车沙地行驶行为仿真软件ORV-SAND中实现以上功能,仿真分析两种胎面对应轮胎的总牵引力、挂钩牵引力、行驶阻力和轮辋下陷量等行驶参数,以及不同滑转率对这些参数的影响。结果表明,仿真分析与试验结果在趋势上具有较好的一致性,说明提出的充气轮胎-沙土路面离散元与有限元耦合模型及仿真方法在研究轮胎与沙土相互作用关系方面具有很大的潜力。     

颗粒状HMX、RDX的燃烧转爆轰实验研究

用盖帽探针和离子探针实验研究了颗粒状HMX、KDX的燃烧转爆轰(DDT)。研究表明炸药的DDT过程复杂，点火方式、DDT管材料、杂质都对这些炸药的DDT有一定的影响。     

PBX-2炸药加热条件下燃烧转爆轰特性

为了研究炸药在加热前后的燃烧转爆轰特性变化,设计了加热条件下燃烧转爆轰试验加载系统,对Φ30 mm ×400 mm的PBX-2炸药进行了试验。试验中采用热电偶测试装置壳体和炸药表面温度变化过程,采用离子探针测量了燃烧转爆轰过程的传播时间和距离,探讨了加热与未加热PBX-2炸药的燃烧转爆轰特性。结果表明,与未加热相比,加热至85℃时PBX-2炸药更难以发生燃烧转爆轰现象。     

聚合物对硝酸铵相转变的影响

硝酸铵(AN)在常压下有五种晶型,温度变化时晶型要发生转变,导致使用性能降低.为抑制或防止AN发生某种相转变,在AN中添加0.99%的六种不同类型聚合物,用差式扫描量热法(DSC)研究聚合物对AN相转变的影响.结果表明,聚对苯乙烯磺酸钠-丙烯酸聚合物对AN的相转变影响较小,聚对苯乙烯磺酸钠-丙烯酸十二酯聚合物可有效防止AN发生Ⅳ-Ⅲ相转变,聚对苯乙烯磺酸钠、丙烯酸十二酯、聚对苯乙烯磺酸钠-N,N-二甲基二烯丙基氯化铵和聚对苯乙烯磺酸钠-丙烯酸十二酯-N,N-二甲基二烯丙基氯化铵可有效防止AN发生Ⅲ-Ⅱ相转变.聚合物对AN相转变的影响在于聚合物可加强AN的氢键网络并阻碍AN分子中NO3-的转动.     

烤燃作用下的HMX单晶各向异性力学响应及相变

为研究奥克托今(HMX)单晶的固态相变对变形的影响,在考虑非线弹性和位错理论的晶体塑性本构基础上,发展了考虑温度相关相变的晶体塑性本构(β→δ相变)。利用有限元计算程序ABAQUS和子程序的软件代码VUMAT,模拟了相变在烤燃下的演变过程。结果表明,相变是可逆的,但是路径却不同。当晶体从δ相变为β相时,样品中有残余应力和应变产生。此外,当发生β→δ相变时,会有裂纹产生,并且裂纹不会消失。温度均匀化有利于发生相变,且相变的传播与温度的传播一致。β→δ相变会导致体积的膨胀,且由于δ相的热膨胀系数比β相大,相变后体积膨胀会更快,因此会导致内应力的快速增大,从而启动滑移系。由于HMX单晶的各向异性热膨胀,相变后晶体在第三主方向上更容易生成裂纹,从而容易形成热点,因此β→δ相变会导致HM X晶体在烤燃下更加敏感。     

高威力复合药剂的研究

结合软目标的毁伤特性,研制了一种具有较好空气冲击波毁伤作用的复合药剂,其主要由硝酸铵(AN)、铝粉、液体功能添加剂和敏化剂组成.通过理论计算和实验研究对药剂配方进行了设计,结果表明,该药剂的爆炸反应过程分阶段进行,与常规炸药相比具有一定的体积爆炸和分布爆炸性质,可利用空气中的氧气参与释能反应,反应时间显著增长,爆炸威力达到2.0倍TNT当量以上.     

RDX、HMX及CL-20晶体的高温高压相变研究进展

环三亚甲基三硝胺(RDX)、环四亚甲基四硝胺(HMX)和六硝基六氮杂异伍兹烷(CL-20)三种多晶型含能材料在高压/高温高压下具有丰富的相变行为及相变特征,本文总结了三种炸药在不同压力环境下的相变路径、部分相结构及p-T相图,为含能材料的爆轰行为和理论研究工作提供参考。根据目前的研究现状,发现在较复杂的相变研究上仍存在分歧,大部分高压相的结构还不明确,p-T相图不够完善,相变理论的研究也存在明显不足。指出探索含能材料的不同晶型间转化机理和获取更多相结构信息将是未来的重点研究方向。     

无机物对硝酸铵相转变的影响

通过添加含量为0.99%的不同类型无机物对硝酸铵(AN)进行改性,采用差式扫描量热法(DSC)研究20余种无机物对改性AN相转变的影响。结果表明,所采用的钾盐均可有效防止AN发生Ⅳ-Ⅲ相转变,氧化物、Cu(NO3)2、(NH4)2SO4等无机物可有效防止AN发生Ⅲ-Ⅱ相转变,KCl与ZnO的复配物可同时防止AN发生Ⅳ-Ⅲ及Ⅲ-Ⅱ的相转变。无机物对AN相转变的影响是阴阳离子半径及匹配性、离子取代、形成固溶体、掺杂、溶解度、离子空间构型及电荷数等多种因素共同作用的结果。     

微爆索切割航空有机玻璃板实验研究

采用六硝基芪域( HNS域) 微爆索切割航空有机玻璃( PMMA) 板。在改进的实验装置上,针对3 种不同长度的PMMA 板材,在3 种不同温度下,完成了45 次微爆索爆炸切割PMMA 板实验,研究温度、尺寸和边界约束对切割效果的影响。实验结果表明,在所研究的范围内,温度、尺寸和边界约束条件对爆炸切割PMMA 板的效果影响甚微,可以忽略不计。因此,元件的实验参数和结果,可以直接用来指导真实件实验,为弹射救生系统的设计和改进提供科学依据。     

相变与微裂纹对HMX晶体高温下撞击感度的影响机制

为了研究高温下炸药撞击安全性中存在的多因素耦合问题,设计了高温炸药撞击感度试验装置,并建立了高温炸药撞击感度试验方法。结合扫描电镜和X射线衍射技术,采用所建立的试验方法,研究了奥克托今(HMX)晶体颗粒高温撞击过程下的响应。结果表明,随着温度升高,HMX晶体颗粒的落锤撞击感度逐渐升高。同时,HMX晶体品质随着温度升高逐渐变差,140℃时有少部分晶体碎裂,180℃时较多的晶体碎裂,当达到200℃时,HMX晶体全部碎裂;HMX的β→δ相变发生在184～186℃。降至常温后δ相晶体逐渐恢复为β相,撞击过程有助于β相的恢复。影响热加载前后HMX晶体颗粒撞击感度的主导因素包括温升、微裂纹和相变,不同影响因素起作用的温度段是不同的。     

轮式车辆速差转向过程的转向阻力特性

研究了轮式速差转向车辆的转向阻力特性,运用离散单元方法(DEM)分析速差转向过程中轮胎与地面的相互作用,使用PFC2D软件建立轮胎侧向离散元细观仿真模型,得到转向阻力与相对滑移速度、下陷深度的数值关系.在此基础上,给出了轮胎转向阻力系数的拟合公式.仿真结果表明,轮胎推土阻力远大于轮胎与地面之间的摩擦力.