碳化硅木质陶瓷复合装甲结构设计及数值模拟优化（英文）

根据车辆的防护要求,以陶瓷复合装甲防弹机理为依据,进行碳化硅木质陶瓷/UHMWPE纤维复合装甲结构设计和数值模拟优化,并制备碳化硅木质陶瓷复合装甲,进行实弹打靶验证防弹性能。在确保陶瓷复合装甲面密度为38 kg/m~2的前提下,以子弹侵彻深度为评价标准,以碳化硅木质陶瓷防弹片的厚度、形状、尺寸和布置位置为研究因素,设计了四因素三水平的正交模拟优化方案,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对所设计的复合装甲的防弹性能进行数值模拟,并比对数值模拟结果与实弹打靶试验结果。结果表明,针对北约AEP-55 STANAG 4569Ⅱ级防护标准,所设计的陶瓷复合装甲最优化的结构形式为8 mm厚的碳化硅木质陶瓷防弹面板、13.7mm厚的UHMWPE纤维防弹背板,防弹面板采用面积为4900 mm~2的正六边形碳化硅木质陶瓷防弹片拼接而成;碳化硅木质陶瓷防弹片对防弹性能的主次影响因素为:布置位置厚度尺寸形状。     

陶瓷复合装甲与铝合金数字射线等效系数的确定

陶瓷复合装甲属于非标准材料,在进行数字X射线成像(DR)检测时,其曝光条件的确定缺乏相应依据。在相同的透照管电压下,对SiC陶瓷复合装甲阶梯试块及6063铝合金阶梯试块进行了数字X射线成像检测,以确定两种材料的等效系数。试验结果表明,透照管电压为45 kV～70 kV时,SiC陶瓷复合装甲与6063铝合金的等效系数为0.78～0.89。该试验结果对SiC陶瓷复合装甲数字X射线成像检测技术条件的确定具有一定的指导意义。     

陶瓷复合装甲的台阶孔及槽加工试验研究

针对陶瓷复合装甲的台阶孔及开槽加工的技术难题,根据其组成材料特性设计了专用烧结金刚石工具,并对其进行了加工试验研究.分析了加工过程中出现的各种表面质量缺陷,并给出了改善表面加工质量的有效方法,确定了合理的工艺流程及工艺参数.试验表明,台阶孔及开槽的加工质量完全满足复合装甲的装配技术要求.     

Si3N4／BN层状复合陶瓷的防弹结构设计

提出混杂结构设计的构思，并成功地制备了具有混杂结构的Si3N4／BN层状复合陶瓷，同时研究了材料的抗穿甲燃烧弹冲击的能力。研究发现，具有混杂结构的Si3N4／BN层状复合陶瓷的防护系数为10．50，略低于Si3N4块体陶瓷，但明显高于多层Si3N4／BN层状复合陶瓷，而且具有较高的抵抗整体破坏的能力。研究表明通过适当的防弹结构设计，可以获得抗穿甲燃烧弹冲击能力较高的Si3N4／BN层状复合陶瓷。     

新型陶瓷与熔融盐复合蓄热材料优化组合的数值模拟

将高温熔融盐相变蓄热材料和陶瓷固相蓄热材料进行复合 ,成功地研制成了能快速吸热和放热且蓄热密度高、蓄热量大的新型复合蓄热材料。分别以Al2 O3 ,MgO ,SiC为代表的陶瓷材料与 6 0LiF 40NaF ,5 0LiF 5 0KF ,6 0 .1NaCl 39.9MgCl2 ,LiH等为代表的 10余种高温熔融盐材料为复合研究对象 ,对复合蓄热材料的蓄热密度等与温度、复合材料中熔融盐的含量、材料种类间的关系进行了数值模拟研究 ,得到了对复合材料的优化设计具有指导意义的结论     

碳化硼基双复合装甲板制备与靶试

B4C基复合材料有一定韧性且硬度能与B4C匹配,依靠该复合材料约束B4C板,降低B4C板韧性低的不利影响,可充分发挥B4C板硬度高的优势。为获得硬度高、密度低且抗连续打击的陶瓷基复合靶板,设计了由B4C板与B4C基复合材料构成的靶板。靶板中复合材料自身是三维微观结构复合,与B4C板间的结合则是二维宏观复合。通过理论分析和试验确定靶板的制备方法和工艺。靶试显示Ф82mm×15mm靶板可抗2发7.62mm穿甲燃烧弹,防护面密度为38kg/m2。     

磁性复合流体抛光氧化锆陶瓷的工艺优化

为提高氧化锆陶瓷工件的表面质量,采用磁性复合流体（由包含纳米级铁磁颗粒的磁流体与包含微米级羰基铁颗粒的磁流变液混合而成）对氧化锆陶瓷进行抛光,以达到降低材料表面粗糙度和减少表面与亚表面损伤的目的。利用田口方法设计3因素3水平正交试验,着重分析磁铁转速、加工间隙和抛光液磨粒粒径对表面粗糙度和材料去除率的影响规律,并采用方差分析法分析各因素对2个评价指标的影响权重。可达到最低表面粗糙度的工艺参数组合为：磁铁转速,300 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,1.25μm。可达到最高材料去除率的工艺参数组合为：磁铁转速,400 r/min;加工间隙,0.5 mm;磨粒粒径,2.00μm。根据优化的工艺参数进行抛光,表面粗糙度最低可达4.5 nm,材料去除率最高可达0.117μm/min,优化效果显著。利用遗传算法优化BP神经网络建立抛光预测模型,预测误差为3.948 4%。     

仿生结构复合陶瓷刀具材料力学性能及显微结构

针对不同烧结条件及TiC/WC组分比,采用热压烧结工艺制备出三层仿生结构复合陶瓷刀具材料。测试了仿生结构复合陶瓷材料力学性能,并对材料断口形貌和裂纹扩展进行了观察分析。结果表明：仿生结构复合陶瓷刀具材料抗弯强度达870 MPa,维氏硬度达21.83 GPa,断裂韧性达7.56 MPa?m_1/2,比SG4均质陶瓷刀具材料性能有所提高。断口形貌显示仿生结构复合陶瓷刀具材料较SG4均质刀具材料晶粒细密,晶粒尺寸呈现多尺度特征。材料断裂模式为穿晶断裂和沿晶断裂混合型。仿生结构复合陶瓷材料表面裂纹扩展呈现偏转和分叉。裂纹穿过材料界面扩展时有明显偏转现象。     

复合金属基/陶瓷涂层的应力分析

为了分析弯矩作用下金属基/陶瓷涂层应力分布情况,利用有限元分析软件建立计算模型,并计算不同涂层厚度和不同涂层弹性模量比条件下的拉应力和剪应力分布.计算结果表明:弯曲中心部位涂层的失效主要是由于拉应力所造成的,且拉应力值随涂层弹性模量的增加而增大,随涂层厚度的增加而减小;两端部位涂层的失效主要是由于剪应力所造成的,且剪应力值随着涂层弹性模量和涂层厚度的增加而增大;中间过渡涂层的存在可有力地减缓涂层到基体的应力变化梯度.     

空心零件温挤数值模拟及工艺优化

本文基于粘塑性材料模型有限元数值模拟技术 ,对复杂多台阶空心零件温挤成形进行数值模拟 ,通过控制工艺参数和改变工艺条件发现 ,当凹模入口处圆角半径为 1mm ,且采用单面润滑即将凹模与坯料间的摩擦系数设为零时 ,可获得符合零件形状的正、反挤流动。根据优化结果进行实验 ,得到成形质量好的制件 ,这表明数值模拟技术是确定成形工艺参数的有效手段。     

Al／SiC复合材料阻尼特性的数值模拟

从细观力学的观点出发,利用有限元方法对Ａｌ／ＳｉＣ复合材料的阻尼特性进行了数值模拟。指出：室温下Ａｌ／ＳｉＣ复合材料的阻尼主要是由增强颗粒与基体材料间弹性模量的不同造成的。     

Simulation-Based Analysis of Composite Extrusion Processes

The attempt to combine the excellent mechanical properties of composite materials with the great economic benefit of conventional extrusion of lightweight profiles has led to the development of an extrusion process for standard EN-AW 6060 billets in compound with endless wires or fiber materials. To comprehend the general conditions during composite formation, thermo-mechanically coupled Finite Element Models based on Lagrangian and Eulerian formulations have been set up to analyze the mechanical boundary conditions for composite formation and the influence on the material flowing during the extrusion process. The three-dimensional models provide insights on the development of stresses in the base as well as reinforcement material, which helps to find dominating process parameters to prevent the reinforcement from experimentally determined cracking.     

充型过程中陶瓷型芯结构分析的数值模拟研究

涡轮叶片熔模铸造的过程中陶瓷型芯的工作状态十分复杂,在高温金属液压力作用下,陶瓷型芯有可能会产生变形善至断裂.在等温条件下,应用Fluent和ANSYS软件,通过流固耦合的方式对不同充型过程下型芯进行结构分析.计算结果表明,充型快慢对陶瓷型芯在充型过程中受到的正应力、最大剪切力、等效应力有很大的影响,同时可以更直观的展现型芯的工作状态,从而更好的指导制定实际生产工艺.     

基于正交试验的工业机器人机械臂的结构优化和轻量化

以ER20-C10六自由度工业机器人的大臂为研究对象,针对其质量轻、强度高、动态特性好的需求现状,在保证大臂现有功能的基础上,采用正交试验设计对大臂的最优结构进行研究,通过多次正交试验,将各个影响因素的取值范围不断缩小,最终确认最优的大臂结构.采用ANSA软件对优化后的大臂进行几何清理和网格划分;采用solidThin...     

立式复合磨床可靠性仿真分析评价

以国内某MGKF1800型高精高效立式复合磨床为分析对象,借助故障树分析法、模拟工况仿真分析及数值模型估计方法,寻找磨床最易发生故障的薄弱零部件。结果表明：故障产生的根本原因主要是丝杠导轨的散热效率低。针对此问题,可通过优化结构设计、增大空气散热及合理配置外部冷却装置的方法降低磨床关键部件热变形。通过有限元分析及可靠性评价等方法,细化磨床易产生热变形的具体位置及变形量,为产品实际量产阶段的关键部件热设计及结构优化设计提供参考。     

铝型材挤压成型数值模拟与模具优化设计

采用HyperXtrude专业铝型材挤压成型有限元软件系统,以多边型空心铝型材为研究对象,对其稳态挤压成型过程进行数值模拟,计算结果发现初始模具结构中金属材料流速严重不均匀.通过增设导流槽、合理布置分流孔和调整工作带长度等措施,获得了较为理想的模具结构,同时提高了模具的寿命.     

TiC-TiB2细晶陶瓷装甲抗钨合金长杆动能弹侵彻试验

通过超重力下燃烧合成工艺制备出不同厚度的TiC-TiB2细晶复合陶瓷,并对TiC-TiB2陶瓷靶板进行径向与纵向约束.经钨合金长杆动能弹进行弹道测试表明,当陶瓷靶板厚度小于12 mm时,长杆弹侵彻过程仅包括初始撞击阶段和稳态侵彻阶段,使得陶瓷抗动能弹侵彻能力较差;当陶瓷靶板厚度大于12 mm时,弹丸的侵彻过程主要受稳态侵彻与非稳态侵彻(弹丸减速与磨损加速)控制,使得长杆动能弹质量与动能急剧衰减,进而提升陶瓷靶板的抗侵彻能力.     

压电磨削测力平台的有限元结构优化设计

压电磨削测力平台结构优化设计的核心是弹性环与传感器三向刚度相互匹配的问题。文章重点介绍了测力平台在力学建模过程中对弹性环刚度的定义，准确得出弹性环结构的优化边界条件。利用有限元分析法建立测力平台的三维实体参数化模型，完成测力平台弹性环的结构优化设计。通过性能标定实验验证，该测力平台的技术指标全面达到CIRP—STCC规定的动态型测力仪标准。