岩石充填体耦合条件下冲击破坏数值模拟分析

通过建立不同岩石厚度的岩石充填体耦合冲击模型,研究其在冲击过程中的竖直速度峰值、压力峰值和能量变化规律。分析表明,当岩石厚度由10cm增加到20cm时,可有效降低冲击作用对与岩石接触一侧充填体单元点的损伤,但继续增加岩石厚度,无法有效降低冲击作用对与岩石接触一侧充填体单元点的损伤;增加岩石厚度难以有效减缓冲击作用对末端充填体单元点的损伤。     

氧气射流作用下的电弧炉熔池两相流数值模拟

建立了单氧枪供氧强度为3000 m3/h时炉壁氧气射流冲击电弧炉熔池的三维两相流数值模型. 流体动力学数值模拟结果表明,在超音速射流作用下,熔池中形成的涡流促进了钢液循环流动,涡流中心位置处于液面下0.3 m、距熔池中心1.6 m处,位于氧枪轴线上、涡流中心以下的钢液流的速度呈分段线性分布. 竖直方向每降低1 cm,熔池中下部的钢液速度降低0.0015~0.002 m/s,靠近炉底的钢液速度降低0.006~0.007 m/s. 熔池表层钢液直接受射流的冲击作用,在喷吹初期钢液速度即可达0.1~0.5 m/s,之后基本不变;熔池中下部和偏心炉底区钢液速度最低,速度随喷吹时间增加而增加.     

石墨烯复合微粒群喷射成型行为模拟与实验研究

采用有限元数值模拟和实验的方法,研究了不同冲击速度下石墨烯复合微粒群与半固态酚醛树脂基体结合行为。数值模拟结果表明,基体获得体系分配的能量随着冲击速度增大而增大,基体塑性变形越严重,越有利于二者结合,但过高或者过低的冲击速度会使复合微粒子间出现反弹,不易结合;当冲击速度达到600 m/s时,产生绝热剪切失稳现象,基体表面发生破坏,复合微粒群完全嵌入基体内,且复合微粒相互连接紧密;但冲击速度达到700 m/s时,复合微粒之间发生反弹。通过喷射成型实验测得石墨烯复合微粒群与基体的结合深度,并与模拟数据作对比,验证了冲击速度达到600 m/s时,可实现石墨烯复合微粒与集体的完全结合,并观察了不同板前冲击速度下二者的微观结合形貌;同时复合微粒与基体的结合数量在600 m/s时达到最大值,与模拟结果吻合,得到石墨烯复合微粒群喷射成型的最佳冲击速度。     

不同纤维牵引速率下iPP/GF复合材料界面的β横晶

以不同的速率牵引等规聚丙烯(iPP)熔体中的玻璃纤维(GF),并逐步增加剪切时间,得到了不同的iPP/GF界面结晶形貌。通过偏光显微镜(POM)观察以及对界面剪切应力的分析,研究了不同速率下形成界面β横晶的临界剪切时间以及在该时间范围内界面剪切应力随时间的变化关系。结果表明,在10,30,60,90μm/s的牵引速率下,所需临界剪切时间分别为220,105,60,50s;所有牵引速率下界面剪切应力随剪切时间均先快速增大,在出现1个平台期后又逐步上升;界面剪切应力随牵引速率的增大而增大。     

孔隙度变化对充填体动载冲击变形的影响

采用核磁共振仪测定不同浓度充填体试件在饱水状态下的孔隙度,并对充填体进行了动载冲击试验,结果表明:充填体的孔隙度与浓度存在关联,增加充填体的浓度可以有效减小其孔隙度;充填体处于弹性变形阶段时,孔隙度不同,其弹性模量也不同;充填体达到变形破坏时,屈服点应力值随孔隙度的增加而减小;而孔隙度越大,充填体达到变形破坏的时间越短,其峰值应力随孔隙度的增大而减小。     

氧气顶吹转炉的三相流数值模拟

对超音速氧气射流作用下85 t转炉熔池中的渣液和钢液进行了多相流数值模拟研究,分析了熔池内钢液的速度场. 结果表明,随喷吹枪位升高,射流冲击形成的渣坑和钢液凹坑的直径变大,而渣坑与钢液凹坑的深度变小. 当枪位从1.2 m提高到1.8 m时,射流冲击形成的钢液凹坑的直径从1.359 m提高到1.566 m,凹坑深度从0.187 m降低到0.157 m. 同时钢液面下0.2 m处钢液的最大速度从0.48 m/s降低到0.27 m/s;而在熔池液面下0.8 m处,最大速度由0.06 m/s增加到0.09 m/s. 高枪位下熔池钢液速度分布更均匀.     

基于Moldflow评价注射成型材料中颜料红254的耐剪切性能

颜料红254(PR 254)是一种高性能有机颜料,其分子空间结构会在强剪切作用下被破坏而产生变色,需保证实际注塑时的剪切应力低于临界值。从颜料红254的变色机理入手,基于一系列注塑实验并结合Moldflow模拟分析,建立了颜料颜色、注射速度、剪切应力三者之间的关系,计算得出该颜料变色临界剪切应力为1.316 MPa。基于该方法,模拟计算得出另一款使用PR 254材料变色的注射速度为130 mm/s,与实测变色射速140 mm/s接近,验证了该方法的有效性。该研究可为模具设计和配方优化提供定量参考依据,有利于降低注塑试料成本,提高开模成功率。     

管束集装箱Ⅳ型储氢瓶筒体CFRP层抗弹冲击数值模拟

利用Abaqus/Explicit有限元仿真软件建立了管束集装箱Ⅳ型储氢瓶筒体碳纤维增强复合材料(CFRP)层子弹冲击模型,重点探讨了当子弹以不同冲击初始速度穿透均衡CFRP储氢瓶筒体时的纤维缠绕角度与筒体CFRP层抗弹冲击性能的变化规律。结果表明:在模拟条件下,当子弹以250～500 m/s的较低速度冲击储氢瓶筒体时,筒体CFRP层抗弹冲击性能伴随纤维缠绕角度的递增呈现先增强后减弱的趋势,在缠绕角度为±45°左右时的筒体CFRP层抗弹冲击性能最好;当子弹以500～850 m/s的较高速度冲击筒体时,筒体CFRP层抗弹冲击性能同纤维缠绕角度的关系不明显。该研究可为管束集装箱Ⅳ型储氢瓶的抗冲击设计及优化提供参考。     

三维正交机织复合材料弹道冲击实验及破坏模式

本文用钢芯弹对三维机织复合材料作弹道冲击测试。得到了弹体的入射速度和剩余速度,比较了常见几种材料的弹道性能评价参数的差异,并考察侵彻破坏模式和靶体最后的损伤破坏形态。在300-800m/s冲击速度范围下观测了材料的冲击破坏形态,发现机织复合材料受弹面和子弹出射面破坏形态不一样,受弹面主要是以纤维的压缩、剪切破坏以及基体开裂为主,出射面以纤维的拉伸、厚度方向的纱线断裂为主要破坏模式。通过对破坏模式和形态的分析,可以帮助建立更加准确的破坏准则,从而在设计抗弹材料时起到一定的作用。     

不同灰砂配比胶结材料组合体声发射特性EI北大核心CSCD

充填体是多相复合水泥基材料,被广泛应用于矿山采空区充填。为研究充填体在覆岩作用下的破坏规律,利用单轴压缩声发射试验研究不同灰砂配比的组合充填体受压条件下的声发射特性和材料裂隙演化。结果表明:尾砂占比对组合充填体的声发射特性存在显著影响,在破坏过程中组合充填体的声发射活动由冷缝及软弱面主导,并在试样79%~88%应力峰值时,声发射参数具有显著下降趋势;组合充填体在应力峰值前,声发射能量波动剧烈,b值平稳上升;应力峰值过后,声发射能量降低,b值迅速上升且剧烈地上下波动。利用声发射参数的变化规律可为充填体的破坏进行预测。     

大理石粉颗粒丛特性对水泥浆体流变性能影响

试验研究了水泥-大理石粉浆体剪切应力和塑性黏度随剪切速率变化的规律,使用Bingham流体模型和PowerLaw流体模型分别对浆体低剪切速率和高剪切速率阶段的剪切应力进行拟合,得到浆体屈服应力,塑性黏度系数.探究了水泥-大理石粉颗粒丛特性即颗粒分布宽度、颗粒数密度、总比表面积和Zeta电位与浆体屈服应力和塑性黏度的关系.研究结果表明:大理石粉比表面积小于640m2/kg时,起到稀化浆体的作用,大于640m2/kg时起稠化作用,且稀化或稠化的作用随其掺量的增加而增大.浆体中颗粒间接触点数量和固-液相接触面积增大使浆体屈服应力,塑性黏度提高.大理石粉降低了水泥浆体Zeta电位,浆体中粒子间静电作用力减弱,对流动性起到削弱作用.     

板坯连铸结晶器内流场数值模拟

利用FLUENT软件对1300 mm′230 mm的板坯结晶器建立了三维稳态数学模型,以流体表面流速和射流冲击深度作为主要参考指标,研究了水口的特性及拉速、水口浸入深度对该水口作用下结晶器内流场的影响. 结果表明,A水口作用下具有表面流速大,射流冲击深度小,液面波动大,卷渣的可能性大等特点,且随拉速的增加而逐渐增大;随拉速的增加,结晶器内最大表面流速以0.06 m/s的幅度逐渐增大,射流冲击深度呈减小趋势,在150, 170和190 mm浸入深度下,结晶器液面表面流速最大值分别为0.599, 0.518和0.465 m/s,射流冲击深度分别为385, 410和420 mm,随水口浸入深度的增加,结晶器内表面流速逐渐减小,射流冲击深度逐渐增加;在实际生产过程中,使用A水口时应适当降低拉速、增大水口浸入深度;在高拉速的情况下,需用平行水口替换A水口.     

胶结充填体受压性能的非均质细观损伤研究

基于细观力学,以灰砂比1∶8、料浆质量分数70%的尾砂胶结充填体为研究对象,建立满足Weibull统计分布规律的细观损伤演化方程和细观损伤本构方程,分析了不同均质度条件下的应力-应变曲线,并与实验曲线进行了比较。结合细观尺度破坏的数值计算,研究了胶结充填体细观损伤破坏机制。研究结果表明:建立的细观力学模型能够揭示充填体单轴条件下细观破坏机制;尾砂胶结充填体是一种低均质度的多项介质材料,峰值应力前具有明显的非线性特征,峰后残余应力具有持续降低特性;充填体的破坏是由细观单元损伤破坏导致的。     

双轴向经编针织复合材料的弹道侵彻破坏

通过真空辅助树脂传递模压法（VARTM）制造双轴向经编针织复合材料。在350～750m/s冲击速度范围内对复合材料作弹道冲击测试,得到弹体的入射速度、剩余速度及动能损失,弹体的剩余速度与入射速发近似满足线性关系,动能损失随弹速的增加呈现先上升后下降的状态。考察复合材料靶体的弹道侵彻破坏损伤形态,发现复合材料受弹面的破坏区域较子弹出射面的破坏区域小且破坏形态不同,由此揭示双轴向经编针织复合材料的弹道侵彻破坏模式与机理。     

EPP泡沫填充对铝蜂窝动态冲击性能的影响研究

采用动态冲击实验方法研究了EPP(聚丙烯塑料发泡材料)泡沫填充对铝蜂窝结构动态冲击性能的影响。研究发现:在相同的冲击速度下,相对空铝蜂窝,EPP泡沫填充铝蜂窝结构的初始峰值应力和平均应力分别提高了32.86%~68.57%和15.00%~72.50%,比吸能下降了33.54%~66.56%;在相同的泡沫密度下,填充结构的初始峰值应力、平均应力和比吸能值均随着冲击速度的增加而增加,2.6 m/s和3.2 m/s时的比吸能比2 m/s时的比吸能3.26 J/g增加了68.10%~152.45%;对比准静态压缩实验,动态冲击中的初始峰值应力提升了1.72%~12.04%,平均应力下降了6.51%~18.84%,比吸能下降了31.50%~65.50%。研究表明,利用EPP泡沫填充铝蜂窝,能改善铝蜂窝结构的轴向动态冲击性能。     

湿热环境对碳纤维/环氧复合材料的冲击破坏特性影响

为了研究湿热环境对碳纤维/环氧树脂(CFRP)复合材料抗冲击性能的影响,对碳纤维/环氧复合材料层合板进行70℃水浴处理,采用锥头圆柱形弹体对湿热饱和试样和干燥室温试样进行速度分别为45 m/s、68 m/s、86 m/s的冲击,采用激光测速仪测量冲击前后的速度,然后采用超声C扫描检测系统、超景深三维显微系统、扫描电镜(SEM)等方法对试样的冲击破坏进行检测。实验结果表明:随着冲击速度的增加,试样的破坏投影面积增加;在速度较低时,湿热环境对碳纤维/环氧树脂层合板的损伤孔洞面积影响更大;湿热处理之后的碳纤维/环氧树脂层合板层间性能明显降低。     

水环境下混凝土动态抗压特性试验研究

为了了解混凝土在水环境下的力学性能,采用φ300 mm×600 mm的圆柱体试件,在10 MN大型多功能液压伺服静动力三轴仪上进行不同应变速率(10-5/s、10-3/s、10-2/s)下的饱和混凝土单轴压缩试验和循环孔隙水压预处理后的混凝土常三轴压缩试验,对比分析不同加载方式对混凝土基本力学参数与损伤破坏特性的影响,并基于水环境下的作用机理对试验现象作出解释,研究表明:相对于饱和单轴加载,常三轴作用下的混凝土峰值应力更高,峰值应变更大;围压作用下,随着孔隙水循环次数的增加,混凝土的峰值应力增大,循环孔隙水压作用对混凝土的率敏感性具有促进作用;不同加载方式的损伤组合图中,单轴作用下,混凝土损伤路径最短,损伤变量的增加速度最快;常三轴作用下,不同循环孔隙水压作用下混凝土的损伤路径由于应变速率的提高发生了变化.     

仪器化冲击试验中惯性力的影响因素

仪器化冲击试验中存在惯性力,为了了解仪器化冲击试验中惯性力的影响因素,研究了聚丙烯树脂的仪器化冲击行为,探讨了聚丙烯树脂在不同冲击速度、跨距、缺口深度和冲击温度条件下对仪器化冲击中惯性力的影响。试验数据显示,冲击速度的提高将会导致惯性力增大。当冲击速度从1 m/s提高到3.8 m/s时,惯性力从49.91 N增加到136.21 N。经过拟合,惯性力与冲击速度成线性关系;跨距和试样缺口深度的改变对惯性力没有影响;冲击温度降低,惯性力会增加。当冲击温度从23℃降到-30℃时,惯性力从108.86 N增加到155.17 N。     

细观尺度下充填体损伤演化元胞自动机模型研究

为模拟单轴压缩条件下充填体损伤破坏过程,直观反映其细观结构的演化规律,建立了细观尺度下充填体损伤演化的元胞自动机模型。借助SEM图像推演充填体破坏阈值的分布,并采用阈值反比加权法确定摩尔邻居吸收能量的比率,在此基础上利用元胞自动机模型对试样进行单轴压缩模拟试验。模拟结果表明,充填体的损伤是集随机性和确定性于一身的行为,加载初期试样的损伤呈现出整体无序性,随着加载步数的推移,试样损伤演化逐步向局部有序化发展,峰值应力后试样损伤再次呈现整体无序性。充填体的应力、损伤值的演化曲线与实际试验结果基本吻合,二者仅在数值上略有差异,模型精度较高,可为充填体损伤演化过程的模拟提供一种新的思路。     

灰砂比对尾砂充填体峰后承载阶段损伤演化研究

针对不同灰砂比对充填体残余损伤阶段损坏演化进行了研究,首先在试验机上进行不同灰砂比的全尾砂胶结充填体单轴压缩试验,得到不同灰砂比充填体在破坏过程中的应力-应变曲线,再运用损伤力学理论得出不同灰砂比充填体的损伤本构方程及损伤演化方程。分析实验结果可知:随着灰砂比降低,全尾砂胶结充填体峰值应力对应的损伤值降低;随着灰砂比增大,充填体峰后损伤值增大,即加快了充填体的破坏,但达到一定比例时,充填体损伤增长率降低,此时灰砂比抑制了充填体的破坏,临界灰砂比在1∶4~1∶8。