加筋板架和均质靶板抗截卵形动能弹穿甲数值模拟研究

舰舷结构在高速冲击载荷作用下的穿甲是非常复杂的高度非线性动态响应过程,介绍了穿甲过程中的基本理论和MSC/DYTRAN的数值解法,以舰舷结构为目标,对截卵形弹头贯穿均质靶板和加筋靶板的实验过程中的几个典型工况进行了数值模拟研究,研究结果表明,数值方法模拟穿甲过程是可行的。另外,还研究不同屈服应力和硬化模量的靶板材料、板厚和弹体初速度对弹体剩余速度和靶板能量吸收的影响。     

组份成分分布规律对功能梯度防护装甲动态响应的影响

利用数值模拟方法研究了在冲击载荷作用下组份成分对称分布的功能梯度板的动态响应。梯度板材料为陶瓷颗粒增强的铝基复合材料(MMC) 。增强相体积分数随厚度服从指数定律连续分布, 在对称分布条件下增强相体积分数分别在梯度板的前后表面达到最大值。结果显示, 在这种功能梯度装甲板中, 应力波的传播非常复杂, 弹性和粘塑性波耦合在一起, 反射拉伸波和卸载波的大小依赖于组份成分沿厚度的分布; 等效塑性应变的幅值、动能、弹性应变能及耗散能随时间的变化规律与功能梯度材料组份成分沿厚度的变化密切相关。这些因素对强冲击载荷作用下功能梯度板的优化设计非常重要。      

基于ALE算法的船体板架射流载荷下毁伤模式分析

研究表明,近边界气泡在坍塌阶段产生的高速射流将对船用板架结构造成严重的损伤。本文利用LS-DYNA中的ALE算法对船体板架结构在射流冲击载荷作用下的破坏情况进行了模拟。首先分析简单平板在不同作用位置、速度和形状的射流载荷作用下的动态响应。在此基础上对射流冲击下加筋板结构的毁伤特性进行了研究,重点分析了结构的强弱对板架毁伤模式的影响。计算结果表明:气泡射流载荷对于船体结构的破坏具有明显的局部效应,其破坏程度非常严重,射流对加筋板的毁伤效果因冲击位置不同而有所区别。因此,在舰船结构抗爆抗冲击性能研究中,气泡载荷不容忽视。     

板级电子封装在跌落冲击载荷下的动态响应分析

随着微电子封装密度的提高,板级封装在跌落冲击载荷下的可靠性成为人们关注的焦点.为了更深入地了解板级电子封装在跌落冲击载荷下的动态响应,两对边固定另两对边自由的板级封装被简化为二维多自由度系统,忽略IC器件对系统振动的影响.为提取冲击脉冲特性以便随后的分析,首先通过实验得到板级封装跌落冲击加速度在时间域和频率域的曲线,结果表明冲击脉冲在低于2 000 Hz时具有较高的冲击能.随后采用梁函数组合方法得到板级封装低于2 000 Hz的模态函数.基于模态函数,采用模态组合方法分析了板级封装在JEDEC标准跌落冲击载荷(正弦脉冲,峰值1 500 g,持续时间0.5 ms)下的挠曲响应和加速度响应,最大挠曲约2.2 mm,中心点的加速度响应峰值约2 000 g.理论分析结果与有限元分析结果、实验结果进行了对比,具有较好的一致性.同时分析表明板级封装在振动过程中,第一阶模态是主要的.     

岩石冲击损伤试验的数值流形方法模拟

主要根据岩石在冲击载荷作用下的变形与破坏特征,对现有的仅适用于模拟基于线性本构关系和恒定载荷作用下物体变形规律的数值流形程序进行了扩展.程序的扩展主要集中在3个方面:添加了由程序本身决定的程序运行终止条件,把恒定的载荷作用扩展为三角波载荷作用,改变原来的单一线弹性本构关系为由冲击损伤本构关系和线弹性本构关系共同组成的复合本构关系.最后利用扩展后的程序对冲击试验结果进行了模拟,结果与试验符合较好.     

钨合金动态力学性能的三维数值模拟研究

采用数值模拟的方法对钨合金在冲击载荷作用下的动态力学响应进行了研究。运用有限元动力分析程序建立了具有典型微观结构钨合金三维有限元单胞模型,对钨合金在拉伸载荷作用下的动态力学性能进行了数值模拟研究,分析了应变率对其力学性能的影响,给出了不同应变率条件下单胞模型的应力和应变分布云图,在与实验结果对比的基础上验证了该有限元模型的可靠性。     

波传播法求解低频激励下水中加端板圆柱壳的振动

采用波传播法研究了低频下水中壳体的振动与响应。水中壳体由有限长加流体载荷的圆柱壳和两端的圆形端板组成,其中外部流体载荷用无限长模型进行近似处理。为了模拟推动系统的激励及船体上某一点激励,分别考虑了不同位置的轴向载荷和径向载荷,讨论了单个周向模态下的位移在总位移中的比重。主要研究了4种载荷,即作用在端板中心的轴对称载荷、作用在端板与圆柱连接处的轴向载荷、作用在连接处的径向载荷和作用在壳体中间的径向载荷,比较得出了轴对称和非轴对称、同一点不同方向载荷、同一方向不同位置载荷的响应位移的不同。此外,还研究了两端端板对不同载荷下水中壳体响应的影响,得出了端板主要抑制了壳体的较高阶模态下径向位移的结论。解析法结果与有限元法结果进行了比较,验证了该方法的正确性。     

岩石冲击损伤演化规律数值流形方法模拟

采用应力波衰减损伤模型对仅适用于模拟基于线性本构关系和恒定载荷作用下物体变形规律的数值 流形程序进行了扩展;利用扩展后的程序对岩石长杆在冲击载荷作用下的损伤演化规律进行了模拟,得出了不 同位置点处的损伤演化曲线和材料总体的损伤演化曲线。模拟结果表明,损伤的增加主要集中在冲击载荷作用 的初始阶段,随着时间的推移,应力波强度衰减,损伤将不再明显增加。     

基于重整化方法的冲击载荷下岩石振动分析

旋转冲击钻井是当前钻进深井硬地层应用较多且效果显著的一种高效破岩技术。基于振动学理论,在考虑岩石重力的情况下,建立钻头冲击载荷下岩石振动响应的数学模型,采用重整化方法对其求解,利用MATLAB软件分析各参数对钻头高频冲击下岩石振动的影响,并进行了室内实验对理论分析结果进行了验证。结果显示:冲击载荷下岩石的运动为两个简谐振动的互扰振动;岩石的密度越小,刚度越小,冲击力越大,岩石的振动幅度越大,振动速度也越快;岩石存在一个固有频率,冲击载荷冲击频率越接近这个固有频率,岩石的振动越剧烈。当钻头高频振动频率和岩石固有频率相等时,岩石振动幅度和振动速度最大,即达到了共振。冲击载荷下岩石响应的分析对于揭示动载作用下岩石的破碎机理,指导冲击工具的设计具有重要意义。     

主动围压下岩石爆炸动态响应数值模拟

针对深部岩石在爆破作用下的失效机理和破坏过程,基于ANSYS/LSDYNA软件,在水平方向和竖直方向进行围压约束来模拟岩石受到的地应力作用。选取单向围压、等值双向围压和非等值双向围压对中心孔爆破下岩石动态响应进行研究。将数值模拟结果与模型实验结果对比,分析爆炸应力波的传播过程,并讨论了不同围压约束对爆炸后裂纹扩展的影响。结果表明,初始围压作用对爆炸应力波的传播影响较小;初始围压会抑制爆破裂纹扩张;竖直方向围压主要抑制水平方向裂纹扩张,水平方向围压主要抑制竖直方向裂纹扩张。     

圆形孔洞结构岩体冲击响应识别实验模拟研究

孔洞是地质和岩石工程中常见的结构,为了模拟孔洞结构岩体在高速冲击荷载下的响应特征,设计和加工了孔洞结构的花岗岩体试样,采用改进的冲击动力学测试模拟系统,在不同冲击能下,在垂直和平行孔洞轴线方向对孔洞结构花岗岩体进行渐进式循环冲击模拟试验,对实验杆入/反射应力波进行测量。研究表明,峰值反射应力比与冲击能大小无关,但反射应变比能比随冲击能的增大而降低;在低冲击能下,孔洞结构对反射应力波的响应影响不大;随着冲击能的增大,其影响增大;岩体沿孔洞结构的轴线方向发生开裂破坏,与冲击位置无关;在试样开裂后,应变比能显著增高但峰值应力比的变化不大,说明应变比能比可作为岩体结构破坏指示的响应指标。模拟实验为孔洞类岩石结构的钻进识别以及防护设计提供了理论依据。     

Cavity and crater depth in hypervelocity impact

We discuss the depth of cavities and craters caused by hypervelocity impacts as a function of impact parameters such as impact velocity, projectile and target densities, and projectile diameter, in two extreme cases: the penetration of intact projectiles at low impact pressure and the hemispherical excavation at very high impact pressure. The relations between the depth and the impact parameters are obtained. Then, previous experimental results are compiled; crater depth normalized by projectile diameter and the ratio of projectile and target densities is plotted for glass, plastic, and metal projectiles and metal, rock, ice, foam, sheet-stack, and aerogel targets. The trends of the data are consistent with the relations in the extreme cases.     

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。     

起爆方式对岩石柱状装药爆破作用的影响

为提高炸药的能量利用率,改善岩石爆破的破碎效果,以及在柱状装药条件下选择最佳的起爆方式,通过单炮孔混凝土爆破实验研究了不同起爆方式对岩石柱状装药爆破作用的影响。对不同起爆方式下岩石的裂纹扩展和破碎效果进行了分析,并利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立单炮孔岩石爆破损伤模型,对不同起爆方式下岩石损伤过程进行了数值模拟。其结果表明:不同起爆方式对岩石爆破破碎作用影响较大,反向起爆相对于正向起爆和炮孔中部起爆在岩石表面产生的裂纹条数更多,裂纹扩展速度更快,岩石破碎程度更好;数值模拟结果和实验结果具有较好的吻合性,对起爆技术的改进和起爆方式在工程应用上的选择具有一定的指导意义。     

基于TBM双滚刀破岩仿真的实验研究

为了提高滚刀破岩效率,探究滚刀间距及加载方式对全断面硬岩掘进机(Full Face Rock Tunnel Boring Machine,简称TBM)滚刀破岩效果的影响.以滚刀破岩机理、岩石破碎理论为基础,选择某类花岗岩,通过有限元分析软件ABAQUS建立一系列滚刀破岩模型,对TBM刀盘结构设计进行研究,模拟不同刀间距、不同加载方式的双滚刀对破岩效果影响.通过模拟分析得出:在一定地质条件下,滚刀顺次加载和同时加载时的最优刀间距均是80mm,但是顺次加载的破岩效果要优于同时加载.通过实验数据分析得出破岩比能在刀间距为80~90mm时最小,从而验证了仿真模拟的正确性与合理性.研究成果对于探究双滚刀破岩机理、加快国内TBM设计理论与工程应用研究有一定帮助.     

基于共轭斜量法的凿岩参数自寻优控制研究

在凿岩过程中,影响凿岩速度的因素主要有凿岩机输出的冲击能、活塞冲击频率、液压推进力、钎杆回转速度和岩石性质。针对目前无法根据岩石性质快速实现凿岩参数的最优匹配,凿岩速度难以达到理论设计最佳值的问题,提出基于共轭斜量法的凿岩参数自寻优控制方案。将冲击能和冲击频率、推进力和转钎速度分成2组进行动态寻优,并充分考虑岩石性质对凿岩速度的影响,使得各凿岩参数可以快速地达到最优匹配关系。利用MATLAB软件对该自寻优方案在采用固定步长和模糊变步长时的应用效果进行仿真分析,验证该方案的可行性和合理性,并进行推进力和转钎速度的自寻优试验,以验证理论分析和仿真结果的正确性。仿真和试验结果表明基于共轭斜量法的自寻优控制方案可使凿岩参数快速收敛于最优值附近,极大地缩短了实现最佳凿岩速度所需的寻优时间,与常规方法相比凿岩速度可提高13.2%。研究结果对岩石开采设备的自寻优控制以及岩石开采效率的提升有良好的指导价值,同时为凿岩自动化和智能化的实现提供了一种新思路。     

冲击载荷下孔隙岩石能量耗散的实验研究

利用分离式Hopkinson压杆装置(SHPB)进行了不同孔隙率人造岩石的冲击实验,分析了岩石冲击过程中能量耗散特性,探讨了孔隙率对岩石能量耗散的影响及岩石临界破坏时能量耗散情况。实验结果表明,冲击载荷作用下孔隙率对岩石能量耗散起着重要作用。在相同的冲击速度下,随着孔隙率的增加,岩石耗散的能量增加;岩石临界破坏所耗散的能量随着孔隙率的增加而减小。岩石能量耗散在一定程度上反映了岩石内部的损伤破坏情况。     

弹体冲击效应试验的数值模拟分析

为了对刚玉块石混凝土抗弹体冲击性能进行机理性研究,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对弹体冲击混凝土和刚玉块石混凝土试验进行了数值模拟,形象展现了弹体冲击作用下,混凝土和刚玉块石混凝土靶体破碎、飞溅成坑和背面震塌等现象,真实再现了弹体在混凝土和刚玉块石混凝土中冲击、破坏的物理过程,计算结果与试验宏观破坏现象和高速录像数据吻合良好,说明材料模型和参数正确,模拟方法可行。     

水下小目标合成孔径声呐层析成像技术研究

水下小目标精细成像对于正确识别水下目标具有重要意义。目前,多波束成像声呐和条带合成孔径声呐是获取水下小目标图像的主要手段。水下目标的判别主要利用了目标图像的亮点特征,即使是同一目标从不同方位观测时得到的结果也可能差异较大,这给快速识别确认目标带来了困难。为解决该问题,提出了利用圆周合成孔径声呐对水下小目标进行水声层析成像信号处理方法,提高了声呐的多角度融合观测能力。仿真及试验数据处理结果表明,合成孔径声呐层析成像方法能够获得目标外形轮廓精细特征,有利于水下小目标的正确识别。