铝弹丸超高速正撞击铝合金薄板产生溅射物云特性研究

为研究微流星体或空间碎片超高速正撞击航天器表面缓冲结构产生的溅射物形态和分布特性,采用二级轻气炮驱动铝弹丸进行超高速撞击实验。铝弹丸超高速正撞击铝合金薄板首先溅射高温微粒子或甚至是微小熔滴等闪光热源,随后是由金属粉尘及低速碎片粒子构成的溅射物云团簇。正撞击产生的溅射云团簇在空间呈环锥形状分布,3~5 km/s速度范围内,撞击速度越高,分布越密集。利用HSFC-PRO超高速相机捕捉到撞击初始阶段产生的溅射物在不同时刻的影像演化,通过跟踪影像中溅射闪光热源和溅射云团簇最前端的轮廓估算其一维膨胀速度。非球弹丸撞击时的姿态偏转可能对溅射物云团簇的分布有较大影响。     

球形弹丸超高速碰撞破碎特性

讨论超高速碰撞数值模拟方法,用ANSYS/AUTODYN程序的SPH方法对球形弹丸超高速撞击时弹丸破碎、碎片云形成过程进行数值模拟并与实验结果比较,验证计算方法及模型参数的正确性。在此基础上研究钨合金、轧制均质装甲(Rolled Homogeneous Armor,RHA)两种材料球形弹丸破碎的临界速度随比值(ts/dp,ts为靶板厚,dp为弹丸直径)的变化规律,给出两种材料超高速碰撞时应变率及平均碎片尺寸随撞击速度的变化曲线以及碎片质量分布规律。     

含能活性材料防护结构超高速撞击特性数值模拟研究

含能活性材料超高速撞击数值模拟研究对于新型空间碎片防护机理探索研究具有重要意义。采用AUTODYN动力学仿真程序,基于改进的Lee-Tarver点火增长模型,在验证计算模型有效性的基础上,开展球形弹丸超高速撞击含能活性材料防护结构数值模拟研究,对弹丸临界破碎速度、碎片云形貌特征及后墙损伤等进行分析。给出了铝合金弹丸超高速撞击PTFE/Al含能活性材料防护屏的临界破碎速度公式,得到弹丸直径、撞击速度和含能活性材料防护屏板厚对碎片云特征参数的影响规律,进一步揭示了含能活性材料防护结构超高速撞击条件下的新型防护机理。     

超高速弹丸撞击靶板的脉冲X光照相实验研究

双层靶结构是一种有效的太空防护结构,对速度为5～7km/s的小颗粒弹丸具有极好的防护作用。为研究双层靶结构的防护作用,用二级轻气炮发射超高速弹丸撞击靶板,用脉冲X光摄影系统拍摄弹丸撞击靶板后形成的碎片粒子云团。对照见证靶被侵彻的形态,可以得到内涵十分深刻的实验数据。自动跟踪式脉冲X光摄影系统是一种新型的脉冲X光摄影系统。应用该系统成功地拍摄了高速弹丸撞击靶板后弹、靶形成碎片粒子云团的形态。文章披露了铝弹撞击铝靶,钢弹撞击铅靶后某一时刻的X光拍摄的图象,并对实验结果作了初步分析。     

基于荷载时程分析法的钢筋混凝土与钢板混凝土墙冲击响应对比分析

为对比核电站核岛厂房钢筋混凝土结构(RC)与钢板混凝土结构(SC)外墙的抗冲击性能,基于荷载时程分析法,用显示非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA仿真分析1/7.5比例飞机模型撞击RC、SC墙的冲击实验。将RC、SC墙破坏模式、混凝土碎片残余速度及背部钢板变形等计算结果与飞射物-靶体相互作用分析法计算结果及实验结果以及同厚度不同结构类别墙的计算结果进行对比。结果表明,基于荷载时程分析法计算结果有一定保守性,与实验结果吻合较好,且SC墙抗冲击性能优于RC墙,尤其背部钢板能有效约束混凝土撞击方向的运动及限制混凝土碎片飞溅。用于抗飞机撞击的SC结构墙体厚度可适当减薄。     

超高速撞击压力容器碎片云与气体介质相互作用建模研究

针对超高速撞击压力容器碎片云与气体介质相互作用问题,首先,建立了碎片云的初始模型;然后,应用气固两相流理论对碎片云与气体介质的相互作用进行分析,建立了计算模型,并通过与实验结果的比较,验证了计算模型的有效性。在此基础上,考察了弹丸直径、撞击速度及气体介质压力对碎片云与气体介质相互作用的影响。研究结果表明:碎片云的尖端速度及径向扩展速度均随着弹丸直径的增加而增加,气体冲击波强度随着弹丸直径的增加而增强;随着撞击速度及气体介质压力的增加,碎片云尖端减速运动的加速度及径向减速运动的加速度均增大,气体冲击波强度随着撞击速度及气体介质压力的增加而增强,并且衰减速度增大。     

多层隔热材料对填充式结构高速撞击损伤影响的实验研究

在填充式结构中加入多层隔热材料(MLI),利用二级轻气炮发射铝球弹丸在真空环境下对其进行高速撞击实验,获得了MLI位于不同位置时的防护结构损伤模式,研究MLI对填充式结构高速撞击损伤与防护特性的影响。结果表明:当MLI位于首层薄铝板前侧时,薄铝板穿孔尺寸增大,首层薄铝板耗散弹丸撞击动能的能力增强,有助于填充式结构高速撞击防护性能提高;当MLI位于首层薄铝板后侧时,弹丸击穿薄铝板后次生碎片云团的膨胀扩散受到抑制,不利于填充式结构高速撞击防护性能提高;在相同撞击条件下,当MLI位于填充层前侧时,填充层中心穿孔尺寸增大,当MLI位于舱壁前侧时,舱壁弹坑分布范围减小。     

铝球弹丸高速撞击表面陶瓷化铝板防护结构实验研究

基于陶瓷化铝板设计了单层防护屏结构和双层防护屏结构,利用二级轻气炮对其进行高速撞击实验。用于模拟空间碎片的2017铝球弹丸直径分别为3.97 mm和6.35 mm,撞击速度为1.64~4.96 km/s。分析了铝板表面陶瓷层对防护结构高速撞击损伤及防护性能的影响。结果表明:防护屏表面的陶瓷层可使单层防护屏结构抵御更大速度范围的粒子撞击;以表面陶瓷化铝板为首层防护屏的铝网填充式防护结构有助于撞击粒子的首次破碎以及次生碎片的撞击动能吸收。     

基于荷载时程分析法的钢筋混凝土和钢板混凝土墙的冲击响应对比分析

为了抵御飞机撞击,核电站核岛厂房外墙通常被设计为钢筋混凝土结构(RC)或钢板混凝土结构(SC)。为了对比钢筋混凝土结构(RC)和钢板混凝土结构(SC)墙的抗冲击性能,本文基于荷载时程分析法,运用显示非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA分别仿真分析了1/7.5比例飞机模型撞击RC和SC墙的冲击实验。将RC和SC墙的破坏模式、混凝土碎片的残余速度以及背部钢板的变形等计算结果与飞射物-靶体相互作用分析法计算结果以及实验结果进行了比较,当然,对于相同厚度的几种不同结构类别墙的计算结果也进行了对比分析,结果表明,基于荷载时程分析法的计算结果具有一定的保守性,与实验结果吻合较好,且SC墙的抗冲击性能优于RC墙,特别是背部钢板能有效地约束混凝土在撞击方向上的运动以及限制混凝土碎片的飞溅。因此,用于抗飞机撞击的SC结构墙体的厚度可以较RC结构适当减薄。     

超高速撞击压力容器后壁损伤实验及建模研究

采用地面模拟撞击实验与理论分析相结合的手段,对球形弹丸超高速正撞击圆柱形充气压力容器后壁损伤问题进行研究。首先应用二级轻气炮进行压力容器超高速撞击实验,获得了容器后壁损伤特性;然后基于线弹性断裂力学、弹性力学理论,在弹丸不同破碎模式下,将碎片云及气体冲击波对容器后壁的作用简化为局部均布冲击载荷对固支圆板的作用,建立了容器后壁损伤预报模型,并通过与实验结果的比较,验证了模型的有效性。确定了在碎片云与气体冲击波作用下容器后壁产生穿孔和裂纹的临界条件及尺寸;并在考虑容器壁曲率影响的条件下,获得了容器后壁发生灾难性破坏的临界条件。     

斜面冲击试验机的设计

考虑包装实验教学对斜面冲击试验机的需求,设计了一种冲击面板可动的新型斜面冲击试验机。其优点在于冲击面板是可以活动的。开始时冲击面板水平放置,便于小车装卸;装入小车后,冲击面板在液压缸的作用下与冲击斜面成90°夹角,满足包装件的冲击要求。该设计对包装工程专业的实验教学及相关科研工作具有重要的实际意义。     

T300/QY8911十字叠层复合材料冲击损伤与破坏的实验研究

对T300碳纤维增强QY8911双马来酰亚胺树脂十字叠层复合材料的冲击损伤与破坏特性进行了实验研究。采用落锤(自由落体)冲击试验方法,测定了三类铺层结构板材的冲击破坏强度和冲击损伤能量门槛值;将冲击强度与破坏模式和静态三点弯曲情况做了对比。用宏、细观方法检测了冲击损伤特性。对低于门槛值的冲击动力学行为给出了分析模型。     

强冲击试验方法研究

强冲击试验是为了考核验证设备、产品或零部件抗强冲击的能力,这类试验要求的过载量值小到几十到几百个g,大到几千甚至几万个g．近年来,强冲击试验的需求日益增多．本文提出了基于火炮的强冲击试验方法,该方法可以实现1000g-20000g的强冲击试验．利用该试验方法,在大量分析研究的基础上设计了试验方案,对某航空产品进行了强冲击环境模拟试验,试验测试数据与理论设计完全吻合,验证了该试验方法的正确性和科学性．     

The role of impactor shape and obliquity on crater evolution in celestial impacts

The effect of impactor obliquity and shape on crater evolution for a typical celestial impact event is examined in this numerical study. An important overall finding is that for a given obliquity angle, crater volume is not independent of impactor shape. The most varied behavior occurs at large obliquity angles, where the crater crest becomes highly elliptical and the ejecta pattern exhibits characteristic butterfly wings. Impacts at large obliquity angles can also produce craters with roughly equivalent dimensions from a wide range of impactor shapes and volumes. Conventional energy scaling can be applied to these results at moderate obliquities if the energy based on the vertical component of the velocity is used. For example, for a given impactor shape the crater volume scales with this energy and the depth with the cube root of this energy. However, at large obliquities, these relationships are invalid. Applying these results to the meteor crater at Odessa [Littlefield DL, Bauman PT, Molineux A. Analysis of formation of the Odessa Crater. Int J Impact Eng, accepted for publication.], some interesting conjectures can be made. First, the small depth-to-diameter ratio of that particular crater suggests that the impact occurred at a large obliquity angle, with a trajectory extending from the southwest to the northeast. Second, the circular entrance hole and the absence of additional impact craters along this trajectory suggest that the meteor may have been either disk-like or highly elliptical in shape.     

Hypervelocity impact testing of pressure vessels to simulate spacecraft failure

A series of hypervelocity impact tests are conducted against thin-walled aluminum pressure vessels to investigate failure mechanisms. The vessels, 0.05 and 0.08 inches thick, are constructed to replicate the material properties of the International Space Station (ISS). The vessels are pressurized to simulate the conditions experienced by the habitable modules of the ISS. A test matrix incorporating shielded thin plates, shielded vessels under no pressure and shielded vessels under internal pressure is developed to take advantage of knowledge gained in earlier tests. Given the design parameters of the ISS coupled with the capabilities of light gas gun testing, it is shown that a catastrophic failure due to unzipping is unlikely.     

刚体碰撞约束柔性体局部撞击载荷特征分析

目的 掌握碰撞局部撞击载荷及其特征,为产品安全防护设计、碰撞响应分析与评估提供理论基础。方法 抽象刚体碰撞柔性体的共性特征,分别将被撞击柔性体的碰撞局部刚度特性和整体结构效应表征为弹簧力-位移关系,建立系统的二自由度刚-柔碰撞动力学模型,应用数值方法系统分析刚柔碰撞局部撞击载荷的特征及不同因素的影响。结果 获得了刚体初始碰撞速度、柔性体碰撞局部刚度特性与整体结构效应等主要因素对局部撞击载荷时程、冲量、峰值和脉宽等撞击载荷特征的影响规律。结论 深化了刚-柔碰撞局部撞击载荷的认知,为防护结构设计提供了理论基础。     

‘International Journal for Numerical Methods in Engineering’ keeps first place in impact factor ranking for 2008 with historic high impact factor of 2.229

The International Journal for Numerical Methods in Engineering keeps its first place in impact factor ranking for 2008 with the historic high impact factor of 2.229, as announced in the 2008 Journal Citation Reports^® (Thomson Reuters, 2009). Copyright © 2009 John Wiley & Sons, Ltd.     

炸药低速撞击试验的分析与讨论

研究了标准型撞击装置、12型撞击装置测试的多种炸药撞击感度数据。通过与低速条件下小药片撞击感度和苏珊大型模拟感度等试验结果的比较,研究、分析了各种典型撞击条件下的炸药撞击试验测试结果及测试数据的合理性,并从撞击装置、测试状态等方面讨论了影响炸药在低速撞击条件下感度测试结果的因素。     

内含气体对蜂窝纸板异面动态冲击性能的影响

目的以六边形蜂窝纸板为对象,研究内含气体对其异面冲击性能的影响。方法通过动态冲击实验分析内含气体对接触力、最大接触力、最大位移、最大应变和吸收能的影响,得出不同孔隙率时,蜂窝纸板的接触力-时间曲线,最大接触力、最大位移、最大应变、吸收能与冲击能曲线和吸收能-孔隙率曲线。结果在给定冲击能的情况下,最大接触力与吸收能随着孔隙率的增大而减小,最大位移及最大应变随着孔隙率的增大而增大。在孔隙率一定时,最大接触力、最大位移、最大应变和吸收能随冲击能线性增大。此外,冲击能越大,接触力达到峰值的时间越短,接触持续时间越长。结论在动态冲击实验中,内含气体使蜂窝纸板吸收冲击能的能力明显增强,并且当冲击能一定时,孔隙率越大,蜂窝纸板越容易被压变形,吸收能越少。     

高强度钢动态冲击疲劳性能的研究与应用

对高强度钢ＨＱ－６０和ＨＱ－８０的动态冲击疲劳性能作了全面的试验研究，测定了两种材料的冲击疲劳性能曲线，即能量－寿命曲和和冲击疲劳下的裂纹扩展速度ｄａ／ｄＮ，以及动态断裂韧性ＫⅠｄ等。结合１５４ｔ电动轮自卸车的车架强度和寿命校核，提出了一种新的应用模型，为受冲击疲劳型载荷的零部件找到了一种实用的校核计算方法，具有普遍的推广应用价值。