楔形体入水冲击响应的试验研究及应用

结构物在入水过程中会受到较大的冲击载荷,严重影响结构和结构内部人员的安全,因此入水问题的研究在航空航天和军事领域具有实际意义。以简单的楔形体为研究对象,进行了垂直入水的冲击试验,采用高速摄像机采集了楔形体入水过程的图像,并且考察楔形体入水过程的加速度的响应,通过滤波消除高频信号,得到合理的加速度响应值。结果表明:楔形体密闭空腔对加速度响应有重要影响。依据相似准则,通过试验模型的数据,预测了实际大尺寸的飞机结构的入水冲击响应,研究结果对入水结构的设计具有一定的参考价值。     

一种修正的GFRP本构模型及其双层板结构抗冲击特性预测

玻璃纤维增强聚合物基材料(GFRP)是一种典型的各向异性复合材料,在冲击载荷作用下具有复杂的力学响应。Autodyn软件中现有的GFRP材料模型所采用的状态方程仅考虑了体应变的单一影响,忽略了各向异性材料中应力分量与应变分量之间的耦合效应。首先,在已有的解耦理论基础上,对现有模型中的状态方程和强化模型进行了修正,计算得出了修正模型的材料参数。其次,基于弹丸剩余速度、碎片云形貌和塑性波传播三方面对比分析,验证了修正模型在计算精度和对GFRP冲击破坏机理描述等方面的优越性。最后,基于修正模型对GFRP-Al双层防护结构在不同弹丸和不同冲击速度撞击作用下的破坏模式及抗冲击特性进行了仿真计算和规律性分析。     

UUV入水初始段运动姿态研究

为了克服UUV能源受限而导致航程短或者完成任务时间长等弊端,高空滑翔UUV和飞机空投UUV是一种新的研究方向。该文针对UUV复杂的入水过程,采用FEM/SPH耦合方法,对UUV入水过程进行了仿真,研究了UUV入水过程中的冲击加速度和入水初始段UUV姿态的变化。仿真分析发现UUV入水时头部会产生低压力,造成UUV入水时呈现"低头"趋势,对入水运动姿态有重要影响。结合试验数据,在仿真模型中模拟了UUV入水时的低压作用,并分析了不同工况下低压力的变化趋势,仿真得到了UUV入水初始段的真实运动姿态。研究结果可为UUV入水初始段的弹道设计和结构承载能力设计提供依据。     

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。