修正的Mohr-Coulomb破坏准则在斜侵彻过程中的应用

以杆弹斜侵彻钢纤维混凝土靶的数值模拟为目标,将HJC模型嵌入了自主开发的动态有限元HVP3D程序中,提出了考虑拉伸破坏、应变率、压力和剪力影响的修正的Mohr-Coulomb破坏准则,模拟靶板的可能破坏情况,并和最大拉应力累积破坏准则的结果进行了比较,发现修正的Mohr-Coulomb破坏准则较好地反映靶板的破坏情况.同时将修正的Mohr-Coulomb破坏准则应用到带攻角的斜侵彻数值模拟中并与实验结果进行了对比.

超短钢纤维混凝土抗侵彻性能的实验研究

开展了半球头杆弹侵彻纤维体积含量分别为0、3%和6%的钢纤维增强混凝土靶板的实验研究.测得了侵彻弹的初始速度和剩余速度,观测和分析了靶板的破坏形态.实验结果表明,随着钢纤维体积含量的增加,杆弹的速度消耗加大,靶板的吸能增加,靶板的破坏程度减弱;超短钢纤维能明显增强混凝土材料的抗侵彻性能,随纤维含量的提高增强效果更佳.

层状岩石中井孔稳定性的数值分析

如何保持复杂地层中斜井或水平井井孔的稳定,是油气田钻井和生产期间的重要研究课题。从横观各向同性本构模型出发,考虑岩石拉伸强度的方向性以及层状岩石中存在剪切强度薄弱面(如节理、断层、岩层界面等),在广义平面应变假定条件下,提出了一种可以分析任意走向层状岩石中井孔稳定性问题的二维有限元数值计算模型和计算方法。对复杂地质构造的层状岩石中井孔稳定性的二维有限元数值计算表明,岩层中薄弱面上出现的剪切破坏是导致井孔失稳的主要原因。对于特定的地质条件,用该模型可以快速预测现场钻井时的安全钻井压力,也可以分析和显示井孔周围破坏区的形状和范围。

Kevlar层合板动静态侵彻贯穿特性的实验研究

本文以Kevlar/环氧树脂层合材料为对象,通过动静态侵彻实验,研究层合板的抗贯穿特性。利用MTS810材料试验机进行准静态侵彻实验,根据测得的加载载荷-位移曲线及靶板的破坏模式,分析了靶板的准静态侵彻行为。实验指出,准静态侵彻时层合板的整体弯曲变形是其主要吸能模式,织物铺层板的吸能量要高于无编织铺层板,表现出更好的抗侵彻性。采用7.62mm口径滑膛枪开展了初速为200～700m/s的弹道冲击实验,讨论了不同弹形弹丸侵彻靶板的效果以及不同铺设方式靶板的抗弹性能和破坏模式。通过与准静态侵彻实验结果的对比,发现靶板的抗侵彻性能和破坏模式与侵彻速度有明显关系。动态侵彻时层合板的破坏局域化,破坏模式多样化。弹形对侵彻效果的影响主要体现于接近弹道极限的低速段。

空穴的绕射隔离效应和对后方应力波的削弱作用

以新型抗爆工程设计为背景,以改进的有限差分软件Renewto为手段,对含空穴的混凝土介质中应力波的衰减机制和演化规律进行了二维数值分析,通过改变空穴的位置和特征尺度等参数来考察空穴后方应力波的强度衰减及波形演化,从而对应力波传播中的空穴隔离效应进行了分析和讨论。结果表明,适当调整空穴的位置、尺寸等因素,可以在其后方明显减弱冲击波。还以计算结果为基础提出了一个应力削弱因子的拟合公式,为在抗爆防震工程中设计科学智能的防护层提供了一定的理论依据。

Kevlar层合材料抗弹性能研究

以Kevlar纤维增强层合材料为对象,通过系列弹道冲击实验,研究了层合板的抗弹性能,着重分析了弹头、纤维铺设方式以及板厚等因素对靶板抗侵彻能力的影响,同时对靶板的破坏模式也作了必要的讨论。此外,还通过一种工程近似方法,分析了不同弹头弹丸的弹道极限速度,预测值与实验值具有良好的一致性。

卵形杆弹对铝靶的斜侵彻

在Lagrange有限元基础上,扼要介绍了一种适用于三维斜侵彻数值模拟计算的滑移面处理技术。该方法放弃了传统滑移计算中从单元的设置,而代之以预设从节点,从而避免三维斜侵彻数值计算中主从单元的相交、滑移面的识别、修正与再定义的困难。在确保计算精度的同时,有效地提高了计算效率。卵形杆弹对铝靶侵彻的系列数值模拟计算表明,无论对于正撞击或斜撞击,本文中所获结果与实验结果都有良好的一致性,这说明本文中所述方法和所建程序的合理性和有效性,为侵彻贯穿过程的数值分析提供了一种实用和有效的手段。

卵形头部弹丸对混凝土靶板侵彻的二维数值模拟

采用新发展改进的 HVP数值软件 ,并嵌入含损伤的混凝土本构模型和新的材料单元破坏准则 ,对卵形弹丸侵彻混凝土靶的过程进行了二维数值模拟 ,并讨论了有关的计算结果 .计算结果和实验结果的良好符合表明 ,论文中的力学模型。

含损伤材料的热粘塑性本构关系及其应用

对含损伤材料的热粘塑性本构关系进行了较全面和较系统的研究。首先对"半径回归方法"的本构公式给出了最一般性的严格证明,并讨论了其适用性和局限性。接着以应力空间中的屈服函数和Drucker公设为基础,以材料本构关系的内变量理论为工具,推导并建立了增量型热粘塑性本构关系的普适形式和计算流程。然后结合实践中最常用的几类本构模型,导出了所建立的增量型动态本构关系的具体形式,并简要总结了其各自的特点和意义。最后通过一些典型的波传播和高速冲击问题的算例,介绍了所建立的本构关系及计算方法的具体应用情况和效果,从而展示了其理论意义和应用前景。

绝热剪切损伤和破坏的数值模拟研究

绝热剪切破坏是冲击载荷作用下金属材料中经常出现的一种重要破坏模式 ,尽管已经在实验中观察到了绝热剪切带内部的损伤现象 ,但是在理论和计算模型中往往还只是考虑它的热软化效应 ,对与之伴随的损伤破坏效应却鲜有讨论 .该文在前人实验的基础上 ,提出了一个适用于绝热剪切带内部微孔洞损伤发展的演化方程 ,并在本构方程中同时考虑了温度和损伤对材料的影响 ,成功地模拟出了绝热剪切带的热软化效应和损伤破坏效应 .

不同起爆方式下炸药驱动柱壳膨胀断裂的数值模拟

采用数值模拟方法,研究不同起爆方式下内部炸药对金属柱壳的加载历程差别。计算结果表明,不同起爆方式下柱壳内表所经受的压力载荷、做功历史显著不同,分析了引起差异的原因。提出一种半解耦数值方法,使柱壳网格划分得更细,可以模拟不同起爆方式下柱壳的膨胀破坏过程,通过理论分析说明了这种方法的合理性。

光滑粒子法中的一种新的核函数

分析了传统的核函数产生压缩失稳现象的原因,提出了消除这种压缩失稳现象的一种新的核函数。采用改进的光滑粒子法,对几种常用的核函数进行了一维应变波的对比计算。结果表明:所提出新的核函数在应力波计算中不但保证了计算精度,还能有效地消除压缩失稳。

长杆弹侵彻受约束A95陶瓷靶的实验研究

利用弹道靶系统,采用DOP方法,针对入射速度在1.0～1.5km/s,使用35CrMnSi杆弹,对盖板(A3钢)/陶瓷靶(A95陶瓷)/鉴证靶(A3钢)复合靶进行垂直侵彻实验,研究陶瓷质量防护系数和厚度防护系数与入射速度的关系,得到该陶瓷质量防护系数及厚度防护系数与入射速度关系曲线中存在拐点这一重要现象,并作出了分析,为陶瓷抗侵彻理论和数值研究提供了新的依据,也为复合装甲的优化设计提供了参考.

混凝土靶抗贯穿的一种新工程分析方法

在土盘模型的基础上,通过计入冲击波衰减的影响及改进浮动锁应变的计算,发展了一种对贯穿问题的新的工程分析方法。

铀合金动态力学性能的研究

本文利用分离式霍布金生压杆研究了四种国产铀合金的动态力学性能,给出了这些材料随应变率和环境温度变化的本构关系。实验结果表明,国产铀合金具有与钨合金相当的动态强度,是钨穿甲弹中弹芯材料的极好替代物。

粘塑性薄壁管中复合应力波的传播特性研究

以本构关系一般理论为基础,导出了计及材料功硬化效应和应变率硬化效应的粘塑性薄壁管的本构关系及管中复合应力波的控制方程,应用有限差分方法研究了在压扭复合冲击载荷作用下粘塑性薄壁管中复合应力波的传播特性与演化规律,分析了复合应力波的耦合效应以及薄壁管中粘塑性参数和功硬化效应对复合应力波传播与演化规律的影响,并对有关现象进行了分析和解释。

高速碰撞中的有限元方法及其应用

讨论了连续介质力学守恒方程的有限元离散方法,针对高速碰撞的物理特点,提出了数值计算中所应重视的问题及其有效的解决办法。文中给出的典型算例说明本方法对各类高速碰撞问题的数值模拟计算是十分有用和成功的。

钢纤维混凝土动态抗拉强度的实验研究

基于线弹性和一维应力波假定,采用Φ75mmSHPB对钢纤维体积率Vf分别为0、0.75%和1.50%的三种混凝土材料进行了一维杆层裂实验,考虑了应力波在混凝土材料内传播时的波形弥散效应和应力幅值衰减,通过计算应变片记录的应力信号确定了材料的动态抗拉强度。结果表明,钢纤维混凝土的动态抗拉强度受应变率和钢纤维体积率的影响,可为测试脆性材料的动态抗拉强度提供一种有效方法。基于微观扫描技术,对钢纤维增强机理进行了分析。

材料的弹粘塑性本构关系和应力波的演化

试验表明,大多数工程材料在冲击载荷作用之下的变形一般都同时包含有可恢复的瞬态性弹性变形和不可恢复的粘滞性塑性变形,即其本构关系可以用弹粘塑性模型来描述。本文从内变量理论出发,探讨了时率相关材料的弹粘塑性本构关系的一般特性,建立了增量型的弹粘塑性本构关系的一般理论框架和普适的表达式,并且对两种最常用的本构模型--Bodnet-Partom模型和Johnson-Cook模型给出了在一维应变条件下的具体形式。通过计算和讨论一维应变粘塑性靶板中冲击波的衰减机制和应力波的演化规律,特别是考察各种粘塑性本构模型中的材料参数对冲击波的衰减和应力波的演化的影响,得出了一些可以直接应用或具有一定借鉴价值的结果,为研究应力波的其他衰减机制以及在人防工程中智能防护层设计时新材料的选取奠定了基础。

粘塑性变截面杆中冲击波的演化

讨论了粘塑性变截面杆中的一维应力波传播规律。在粘塑性本构理论框架的基础上,利用特征关系和冲击波阵面上的突跃条件,得出了冲击波在传播过程中的演化规律,包括其微分方程和解析表达式,并对Bodner和Johnson-Cook材料和不同收缩形式的杆中冲击波的演化规律进行了讨论,同时计算和讨论了杆中冲击波后方应力波传播规律的特点。