飞船返回舱水上回收的冲击响应和入水姿态分析

飞船返回舱在入水的初始阶段遭受较大的冲击载荷,严重影响返回舱的结构安全和内部人员安全。基于NASA的试验模型,运用LS-DYNA软件中流固耦合算法对返回舱的入水过程进行了数值模拟。分别讨论了垂直入水和带有水平速度入水情况下返回舱的动力学响应,计算得到的加速度最大值与NASA的试验数据吻合。在此基础上,分析了返回舱以不同入水倾角,不同质量和不同入水姿态情况下的结构响应,发现入水倾角和质量越大,返回舱的加速度值越小。在考察不同姿态入水的情况中,正向倾斜入水时加速度最大值比负向倾斜小;质心在下的加速度最大值比质心在上的大。负向倾斜质心在下的情况,返回舱入水后姿态稳定性更好。     

惯性效应对延性金属中微孔洞动态演化过程的影响及破坏分析

利用Abaqus提供的用户材料本构接口,将Gurson模型用UMAT(user defined material subroutine)和VUMAT(vectorized user defined material subroutine)分别实现。其中UMAT适用于Abaqus中的Standard计算模块,忽略惯性效应,而VUMAT适用于Abaqus中的Explicit计算模块,包含惯性效应。通过对二者的计算结果进行对比分析,考察惯性效应对孔洞长大的作用与影响。结果表明:(1)惯性效应对加载速率非常敏感,随着加载速率的提高,惯性效应先是抑制,继而促进孔洞的长大。(2)存在一个临界应变率,在临界应变率时,惯性效应不抑制也不促进孔洞的长大,对LY12CZ铝合金,临界应变率大约在1 740 s-1。(3)从惯性效应的角度,不但可以解释高应变率下断裂应变随应变率的增加而增大的现象,而且也能解释超高应变率条件下铝合金表现出的脆性特征。     

Monte-Carlo伪随机历程模拟在声疲劳分析中的应用功率谱密度法

传统声疲劳分析方法要求提供宽带声激励条件下的随机疲劳Ｓ－Ｎ曲线进行寿命估算，而目前在工程应用中却出现了随机疲劳试验曲线缺少和等效随机疲劳曲线应用限制条件多的现状，这是声疲劳深入发展的一大难题。本文在文［１］的基础上，将利用Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ伪随机模拟的方法解决上述问题，使应用常规疲劳Ｓ－Ｎ曲线成为可能，并进一步完善声疲劳寿命估算的功率谱密度法     

SiCP/Al功能梯度装甲板抗侵彻性能的试验与数值模拟

采用粉末冶金方法制备碳化硅陶瓷颗粒(SiC_P)增强金属铝基复合材料板(MMCs), 并采用热压扩散法制备功能梯度装甲板(FGM)。利用高速冲击空气炮系统, 对纯铝靶板和两种不同铺层结构的功能梯度装甲靶板进行侵彻试验, 并利用LS-DYNA软件对侵彻试验过程进行数值模拟分析, 同时考察等厚、 等面密度下SiC颗粒分布对抗侵彻性能的影响。研究结果表明, 功能梯度板的抗侵彻性能比纯铝板好, 而两种不同铺层结构功能梯度板的抗侵彻性能相差不大。数值计算结果与现有试验结果取得了较好的一致, 说明了数值模拟的有效性。从数值计算结果可以看出, 层状功能梯度板比等厚、 等面密度均质复合材料靶板的抗侵彻能力好, 并可近似地认为等厚、 等面密度下多层功能梯度板的抗侵彻性能对颗粒分布不敏感。     

冲击作用下斜接修补CFRP层间分层和胶层的损伤机制及参数分析

首先,针对斜接修补CFRP抗冲击性能差的问题,分别使用基于接触的内聚力模型（SCZM）和基于单元的内聚力模型（ECZM）描述层间分层和斜接胶层破坏,研究CFRP层板的冲击响应和两种失效的演化规律。然后,分析了冲击能量、斜接角度和预拉伸作用对两种失效的影响。结果表明：层间分层起始时间早于胶层破坏,与冲击能量无关;分层和胶层破坏面积随冲击能量增加而增大,胶层破坏面积增加的更明显;斜接角度主要影响胶层破坏,对分层面积几乎无影响;预拉伸作用对两种失效均具有负面作用。最后,进一步讨论分层对胶层破坏的影响,通过与只考虑胶层破坏的情况进行对比,发现层间分层使胶层破坏的面积降低,延缓了胶层的最终失效。     

飞机用复合材料斜胶接修补结构的冲击损伤

高传力效率的斜面式胶接在飞机复合材料传力接头和修补中被广泛使用,但该结构的低速冲击损伤阻抗和损伤容限未在飞机结构设计中考虑。本文研究了低速冲击下的较厚的复合材料斜胶接板的力学性能及损伤失效。在胶接区域布置不同冲击点,寻找最敏感位置,在该位置进行冲击能量变化研究,通过冲击响应（冲击载荷、挠度、能量等）及冲击损伤两个方面获取其规律和失效机制。小能量和大能量冲击结果表明,胶接区域5个典型冲击位置中,中心位置冲击损伤最大,冲击敏感性最高,因此中心点为冲击损伤阻抗最小位置。中心点不同能量冲击时,冲击响应研究揭示了冲击过程中冲击载荷具有典型的4阶段行为。冲击载荷还具有双峰值力的现象。冲击后沿试样中心线切开的显微损伤图揭示了该结构有两种损伤模式,包括复合材料损伤及胶层损伤。复合材料的损伤包含90°和45°层基体的开裂和0°与90°层之间的层间损伤。胶层损伤出现在试样冲击点正下方背部的复合材料斜接尖端部位。进一步通过考虑复合材料层内、层间损伤及胶层损伤的渐进损伤模型对试验进行仿真研究,找出导致第Ⅱ阶段冲击载荷突降的主要原因为复合材料层间损伤,第Ⅳ阶段冲击载荷再一次突降是由于胶层出现了损伤。     

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。      

黏聚力模型破坏准则及其参数选取

对黏聚力模型的本构关系和损伤演化过程作详细的介绍。推导出当法向刚度与切向刚度不同时,在复杂应力条件下,运用BK(Benzeggagh-Kenane)准则、指数准则等破坏演化准则的材料损伤过程。提出通过MMB(mixed-modebending)实验数据得到破坏演变准则及其参数的方法,并得到可较好表达复杂应力状态下材料损伤规律的多项式准则。     

射孔枪毛刺和胀枪及其应力强度三维仿真

为了获得射孔枪动态应力分布规律,准确分析胀枪程度和毛刺外翻高度,应用LS-DYNA软件,以7″×12. 65mm TP140套管和5″×11. 00 mm 32CrMo4射孔枪组合为例,建立了射孔弹-射孔枪(含盲孔)-套管三维有限元模型,采用网格不固定、不依附于质点、可相对坐标系作任意运动的ALE法,结合算子分离算法,实现爆轰过程、药型罩固流转化、射流高速侵彻射孔枪的大变形和流固耦合仿真。结果表明,射孔枪产生4. 3 mm外凸毛刺,套管外壁产生1. 8 mm外凸毛刺,枪套间累计毛刺高度为5. 2 mm,如果间隙接近或小于5. 2 mm,易发生卡枪。射孔枪平均孔径为Φ18. 7 mm,套管平均孔径为Φ7. 7 mm,说明穿透射孔枪盲孔过程消耗了大量能量,盲孔壁厚设计应引起重视。在射孔枪各孔相连的宽为125 mm的宽带内,其最小应力也达到了774 MPa,均超过材料屈服强度,在高爆轰压力作用下,将产生向外鼓胀,即会发生所谓的胀枪。