阻尼复合装甲抗多发子弹斜冲击性能研究

建立氧化铝陶瓷/超高分子质量聚乙烯层合板/阻尼材料复合装甲抗冲击的有限元模型,通过侵彻试验验证了该模型的有效性,对该阻尼复合装甲进行连续抗多发子弹冲击以及同时抗多发子弹冲击的数值模拟研究,分析了弹着点之间的距离和弹着点的高度对其防弹性能的影响。结果表明:弹着点相同时,相较于子弹连续冲击,两发子弹同时侵彻的复合装甲面板产生的应力集中区域更大,这为复合装甲抗多发子弹侵彻性能的研究提供了参考。

TC4钛合金叶片双面同时激光斜冲击强化研究

为了提高航空发动机叶片抗外物损伤能力,采用双面同时激光斜冲击方式对叶片前缘进行强化处理,研究双面同时激光斜冲击强化对叶片表面粗糙度、显微硬度、残余应力和变形的影响。结果表明:激光冲击后,叶片表面粗糙度由Ra0.374μm增加到了Ra1.582μm;叶片表面显微硬度平均值增加了50%;叶片表面残余应力均为压应力,最大残余压应力为-354.3 MPa;叶片最大变形量位于叶背面靠近叶尖的位置,变形与双面同时激光斜冲击强化在叶片前缘引入的不均匀残余应力分布密切相关。

爆轰波斜冲击金属介质理论在聚能装药药型罩设计中的应用研究

将爆轰波斜冲击金属介质理论引入聚能药型罩罩高参数设计中,运用LS-DYNA显式动力学软件对爆轰波斜入射铜介质进行了仿真计算,得到了接触位置压力峰值P与入射角φ0之间的关系,数值仿真结果和理论计算值、试验值均吻合得较好。基于仿真计算和理论分析,得出了圆锥形和球缺形药型罩点起爆条件下罩高参数确定的工程算法,并将其应用于一种组合式战斗部的设计中。该方法为药型罩高度的确定提供了基于理论分析方面的设计依据,丰富了聚能装药战斗部的设计方法。

激光斜冲击对S1100型曲轴疲劳强度的影响

激光冲击加工连杆轴颈与曲柄连接处过渡区域曲面时,激光光束不能保证与曲面上每点切线方向始终垂直,为激光斜冲击强化。用Nd：glass激光器斜冲击强化连杆轴颈与曲柄连接处圆角区域。受冲击区域显微硬度比未冲击区域提高了65%~75%,残余应力提高了80%-100%,使用寿命提高了150%。激光斜冲击曲轴连杆轴颈与曲柄处圆角,残余应力和显微硬度提高最大处为圆角中心处,而这个位置正是易产生疲劳裂纹处,而圆角边缘处是疲劳强度非敏感区,对裂纹的产生影响不大。

斜冲击界面动力学研究

讨论了界面受到斜冲击时的动力学问题。有效冲击摩擦系数被处理成冲击过程及初始冲击角的函数 ;界面的法向响应描述计及弹性接触、弹性变形极限以及依赖于应变、应变率及温度的完全塑性接触 ;界面在冲击过程中的构形变化也予考虑 ,并采用平均应变、应变率及最大温升的概念与估算。这种新的斜冲击界面动力学模型用于数值模拟刚性球对于延性靶的斜冲击实验 ,计算与实验比较 。

端部受斜冲击的刚塑性悬臂梁的双铰模型

斜冲击载荷作用在刚塑性悬臂梁的端部，引起作用在梁横截面处的弯矩以及轴力；在发生塑性变形截面处，弯矩及轴力满足交互作用屈服条件。广义应力在移行铰的邻域不违背屈服条件，屈服函数可在移行铰的背面取极大值，移行铰处的剪切力不必为零。如果悬臂梁足够长，在响应的初始阶段移行铰处非零的剪力会在梁上引起多铰变形。通过对双铰模型与单铰模型的比较发现，双铰模型计算的结果与单铰模型计算的结果很接近，单铰模型作为一个近似模型具有一定的合理性。

LD31板料激光斜冲击成形后表面残余应力的实验研究

在曲面板料激光冲击成形时,很难满足每次都能法向垂直冲击,因此非常有必要进行激光斜冲击板料研究。文章采用钕玻璃激光器、脉冲能量约42J、脉冲宽度约23ns、脉冲功率≥1.2×109W、激光以30°斜冲击LD 31(6063)方形板料,冲击后板料最大变形点偏离试样中心3mm。采用X-350A型X射线应力测定仪、侧倾固定Ψ法和交相关法定峰,分别测量了板料沿激光冲击方向、板料空间分布的残余压应力,得出试样正反两面均是压应力,均小于100MPa,由于变形最大点与方形板料顶点连线长度大于垂直于边长方向,且经过变形最大点直线长度,其在厚度方向产生压应力2σ比较大,产生相同变形所需的力较大,所以产生的残余压应力也较大。在变形最大点与板料顶点最短连线之间的板料受到挤压,板料变厚,硬化严重,产生残余应力最大。

板料激光斜冲击下受力变形数学分析

金属板材的激光冲击成形通常采用激光束垂直作用于工件表面,产生垂直于表面的冲击波作用力使板料变形,但在曲面零件成形时很难满足法向垂直冲击,因此有必要对斜冲击下板料力学变形特性进行研究。本文研究了激光斜冲击受力变形模型,对板料深度方向(z轴)变形公式、板料短轴(y轴)在水平方向上变形公式进行了理论推导计算,通过把两变形合成,得到短轴(y轴)在空间内总变形公式,最后把实验测量结果与理论计算结果进行了比较,得出两者相符的结论。

金属铅在斜冲击波对碰加载下动态行为的数值模拟

高强度冲击加载作用下金属材料的动态物理行为是当前冲击波领域基础研究和工程应用最为关注的焦点。采用光滑粒子法(SPH)开展不同位置起爆诱发的斜冲击波对碰加载金属铅的二维数值模拟研究,得到了金属铅内入射斜冲击波的角度和强度,并利用极曲线方法理论上导出发生马赫反射时的临界入射角和入射马赫数关系。根据计算结果可知,金属铅内入射斜波对碰后将发生马赫反射。随着起爆位置与金属铅表面距离的增加,不仅金属铅内入射冲击波强度和入射角增加,而且形成的马赫杆宽度也在增加。由自由面速度剖面给出了马赫杆宽度及张角,结果与理论预测的结果吻合较好。

铅飞层中斜冲击波对碰马赫反射行为实验研究

采用线阵多普勒光纤探针测速技术(Doppler pins system,DPS)和高速光电分幅相机照相两种精密诊断技术,对铅飞层中斜冲击波对碰后的反射行为进行了观测。获得了飞层对碰部位速度-时间历史曲线和凸起形貌演化图像,给出了凸起轮廓发展演化过程、压力分布等实验数据和信息。结合冲击波反射理论,对铅飞层对碰区动力学现象进行了分析和解释,证实铅飞层中斜冲击波对碰后发生了马赫反射。

斜冲击动荷系数的能量法推导

冲击问题是工程中常见的问题,也是材料力学授课的重要组成部分。然而一般授课中只讲竖直冲击和水平冲击问题,对于工程中可能遇到的斜冲击问题暂无涉及。该文针对斜冲击问题,采用能量方法对动荷系数进行了推导。结果表明:对于斜冲击动荷系数,水平杆的水平冲击问题取极大值,竖直梁的水平冲击问题取极小值,得到的斜冲击动荷系数可以退化到水平冲击和竖直冲击。并用有限元数值模拟进行了验证,数值解与理论解相对差不超过1.5%。该结果有助于深入了解冲击问题,对材料力学的教学和工程应用问题的分析具有重要意义。

双激光束斜冲击整体叶轮叶片研究

整体叶轮叶片前缘区域采用初始方案进行双激光束斜冲击强化处理后,残余压应力值较高,表明强化效果较好,但叶尖变形量高达0.479 mm,需要调整激光冲击参数来调整叶片变形量。首先,使用单束激光冲击矫形。由于入射方向设定错误,变形量增大,但揭示了单束矫形的可行性。其次,验证了减小激光光斑面积可以控制叶片变形,但需要进一步增加激光冲击区域。最后,选用较小面积的光斑、较多的冲击次数的实验参数方案,将最大变形量减小至0.214 mm。实验结果表明,整体叶轮叶片前缘区域经过双激光束斜冲击强化处理后强化效果较好,冲击变形调控可以采用小光斑、多次冲击的方式,结合单束冲击矫形实施,可进一步拓宽激光冲击强化技术的应用。

斜冲击下内凹六边形蜂窝结构的面内动态力学响应

基于内凹六边形蜂窝模型,对内凹六边形蜂窝结构在不同冲击倾角(0°~10°)与不同冲击速度(6~100 m/s)下的面内动态力学响应进行了系统研究。采用一种新的截面计算公式,能够反映斜冲击下蜂窝结构与冲击板接触面积的变化和斜冲击过程中应力从局部到整体的变化,有效地捕捉了蜂窝结构的初始峰值应力。研究结果表明:内凹六边形蜂窝结构在斜冲击与正冲击时的变形模式不同,在低速斜冲击下为局部变形,在中高速斜冲击下为整体变形,而在正冲击下均为整体变形。与正六边形蜂窝结构相比,内凹六边形蜂窝结构受到负泊松比效应的影响,在相同工况下内凹六边形蜂窝结构的变形晚于正六边形蜂窝结构,变形模式产生延迟。此外,结合能量吸收时程曲线,对比分析了两种截面计算方法下的平台应力。可为蜂窝结构在斜冲击下的承载和稳定性研究提供依据。

斜激光冲击对航空发动机风扇轴弯曲疲劳性能的影响

采用激光斜入方法对航空发动机扇轴转接圆角部位进行激光冲击强化试验。分析了斜冲击机理及方法,计算优化斜激光冲击强化试验参数,对冲击前后试件的显微硬度、残余应力进行对比分析,并进行旋转了弯曲疲劳对比验证试验。其结果表明,风扇轴经过激光斜冲击强化后,表面显微硬度提高了11%,残余应力不均匀性得到改善,旋转弯曲疲劳寿命提高了160%;断口观察分析可知,激光冲击强化可以使疲劳源位置内移,降低裂纹扩展速率,从而提高试件的疲劳性能。

玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板对球形弹斜冲击响应特性实验研究

为了研究玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板在球形弹高速斜冲击下的损伤特性,利用一级气炮对2 mm厚度的玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层合板和含一层、三层304不锈钢网的玻璃纤维-不锈钢网混杂增强环氧树脂层合板进行倾角为30°的冲击实验,以揭示304不锈钢网对层合板弹道极限和能量吸收的影响规律,并分析层合板损伤特征及其机理。通过实验发现,含有三层不锈钢网层合板的弹道极限最高,而不含不锈钢网层合板和含一层不锈钢网层合板的弹道极限速度接近。层合板吸收的能量随着弹体速度增加呈现出先增加后趋于平稳,然后急剧上升的趋势。层合板损伤模式为基体开裂和破碎、分层、不锈钢丝拉伸断裂、纤维拉伸断裂和剪切断裂。层合板分层损伤面积随弹体速度增大先增大后减小,最后趋于稳定。当弹体速度较低时,层合板主要发生纤维拉伸断裂、基体开裂、层间有分层损伤产生。随着弹体速度的增大,层合板正面纤维逐渐发生压剪断裂、基体破碎,背面纤维发生严重的拉伸撕裂。

激光斜冲击强化对GH4169高温合金表面质量的影响

航空发动机零部件结构复杂、尺寸小,光束可达性差,为探讨激光斜冲击强化技术对GH4169高温合金材料的强化效果,通过激光斜冲击强化试验,研究了激光冲击强化工艺参数对材料表面和深度方向残余应力、表面粗糙度和显微硬度的影响。结果表明:激光能量增大、冲击次数增加,均会使材料的表面和深度方向残余应力增大,显微硬度提高,表面粗糙度值增加;采取5 J,6 J,7 J的能量搭配时,获得的指标值相对最好,此时的表面粗糙度为1.08μm,表面残余压应力为-446.9 MPa,残余压应力层深度为1500μm,显微硬度为448.1 HV,且影响深度为1300μm。

锥形多胞薄壁管斜向冲击吸能特性仿真研究

采用有限元仿真,以比能量吸收和冲击峰值力为评价指标,研究一种轴对称锥形多胞薄壁方管在不同冲击角度下的失效模式和吸能特性,分析了包括长径比、壁厚和锥度在内的结构参数对其斜向冲击吸能特性的影响,并拟合出可用于斜向冲击下比能量吸收和冲击峰值力预测的解析公式。结果表明,锥形多胞薄壁管在斜向冲击下的吸能特性明显优于其他类似薄壁吸能结构;结构参数对其吸能特性影响明显;拟合得到的解析公式为此类结构优化设计提供参考和依据,并有利于工程实际应用。

椭圆形泡沫填充薄壁管斜向冲击吸能特性仿真研究

为了提高汽车在斜向碰撞中的防撞性,提出了一种新型的椭圆形泡沫填充管。以比吸能和冲击力峰值作为评价指标,采用有限元仿真的方法分析了椭圆向心率、壁厚和泡沫铝密度等参数对其斜向冲击吸能特性的影响。结果表明:向心率的减小,在小角度冲击时,可降低冲击力峰值,大角度冲击时,能提高比吸能量;比吸能和冲击力峰值与壁厚近似为线性关系;泡沫铝密度为0.153 g/cm^3时,泡沫填充管的综合比吸能最小,而冲击力峰值则随着泡沫密度的增大而增大。因此,合理地设计椭圆形泡沫填充管参数有利于提高汽车的防撞性,从而提高乘员安全性能。

激光斜冲击强化FGH95高温合金变形试验研究

为了探究激光斜冲击强化各工艺因素对FGH95高温合金航空涡轮盘榫接材料强化效果和变形的影响,选取激光能量、光斑直径、冲击次数三个主要因素进行三因素三水平的正交试验,对强化后试样件的表面残余应力和弯曲变形指标进行检测,并将所得的数据进行极差和方差分析,探讨各工艺因素对各指标影响的规律和显著性。结果表明,在试验条件下,影响表面残余压应力大小各因素的主次顺序为:激光能量>冲击次数>光斑直径;影响弯曲变形程度各因素的主次顺序为:冲击次数>光斑直径>激光能量;当因素水平组合为激光能量8 J,光斑直径3 mm,冲击次数1次时,弯曲变形程度相对最小,且能获得较高的表面残余压应力,可符合实际加工要求。因此,对激光斜冲击强化工艺参数进行适当搭配,在保证变形量小的同时也可以获得相对最佳的表面性能。

多层斜冲击下冷喷增材制造的SPH模拟研究

金属粉末冷喷涂(Cold Spray)作为一种新型固态增材制造技术,由于其快速的沉积过程和适用于金属材料大规模制造的特点而受到学术界和工业界的广泛关注.冷喷涂过程涉及粉末颗粒高速冲击、材料大变形、相变和射流等复杂现象,难以精确模拟.其涉及多颗粒制造的内在机理尚不明确.本文基于改进的光滑粒子动力学法(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH),实现了对于多层斜冲击金属冷喷制造的有效模拟.研究了单颗粒斜冲击下的颗粒变形及与基板结合特征,进一步模拟分析了斜冲击下多层多颗粒冷喷制造问题.模拟研究发现,斜冲击下多层颗粒与基板的结合情况与正冲击有很大区别,更容易出现颗粒间的脱离以及颗粒与基板间的空腔现象.同时本文实现了随喷嘴运动的冷喷涂全过程模拟,获得了喷涂通道在不同角度冲击下的几何特征,对于颗粒增材制造技术的发展与改进具有重要意义.