基于参数敏感性的拉伸夹具响应面优化

针对轻薄型复合材料的力学性能测试中,传统夹具普遍存在加持力不足、试件滑移等问题,创新性地提出了一种新型可定位双夹层拉伸夹具的设计。基于响应面法(RSM),对拉伸夹具的连接结构进行优化设计。分析结果表明:优化前拉伸夹具的最大等效应力位置在外夹固定块与外夹板间的连接结构处,且存在应力集中现象,而整体结构在最佳优化方案下,最大等效应力降低了17.2%,最大总变形减少了13.6%。通过仿真模拟代替实际试验,能够有效降低生产成本,对拉伸夹具的结构优化设计具有一定参考意义。

材料力学课程思政元素的洛阳本地挖掘与实践

围绕立德树人根本任务,结合新工科人才培养目标、高校地域特点,河南科技大学材料力学课程教学团队对课程思政元素开展了本地挖掘与实践。以 “压杆稳定”知识点课程教学为例,深入挖掘洛阳“天堂”所蕴含的思政元素,将其无缝融入课堂教学环节,实现了课程教学和思政教育的紧密结合,提升了新工科专业力学基础课程的协同育人效果。

子母弹燃气囊静态抛撒气囊破裂射流流场仿真分析

针对子母弹燃气囊抛撒试验中出现的气囊破裂对子弹运动特性的影响,建立了气囊抛弹的三维动力学模型。基于计算流体力学Fluent软件,通过编译自定义程序将六自由度刚体动力学方程与流体控制方程进行耦合,对气囊破裂自由射流流场结构特性及子母弹抛撒过程中气囊破裂射流流场结构特性进行对比,获得了气囊内压力变化规律。对不同破口位置的气囊射流流场进行仿真分析,获得了不同破口位置气囊内压力变化规律及对子弹的运动特性影响。计算结果表明:与气囊破裂自由流场结构相比,存在子弹时对气囊破裂射流流场结构有很大的影响;在中心位置破裂时对气囊内压力变化影响最大,破口在中心位置及短边侧时对子弹姿态的影响最大。该研究结果对预估子弹飞行弹道,了解气囊破射流流场对子弹运动的作用机理和影响规律,提高子母弹分离时的可靠性和安全性具有参考价值。

爆轰驱动异形杆在空气阻力作用下的动力学模拟

针对本文中提出的一种异形杆结构设计方案,建立爆轰驱动异形杆动力学模型,利用ANSYS/LSDYNA对爆轰驱动异形杆的运动过程进行了数值模拟,获得了爆炸作用结束后产生塑性变形的异形杆模型及初速度。爆炸作用后异形杆在空气流场中运动只产生弹性变形,将杆视为柔性体,运用ADAMS软件对异形杆在空气阻力作用下的运动过程进行了数值模拟。分析结果表明,将异形杆视为柔性体,考虑爆轰作用引起的杆条塑性变形这一数值算法能更准确地描述爆轰驱动异形杆在空气阻力作用下的运动规律。

变截面异形杆空中运动特性理论研究

为了提高离散杆战斗部对目标的毁伤效果,提出了一种变截面异形杆设计方案。以爆轰作用后异形杆的初始状态为初始条件,考虑空气阻力对杆条运动的影响,建立了杆条空中运动方程,对比了相同初始条件下长径比相同的柱形杆和异形杆的速度、角速度变化规律。计算结果表明:与柱形杆相比,当杆条与战斗部无安装角时,变截面异形杆在飞行一定距离后能够在保持较高存速的同时获得较好的侵彻角度,近似于正侵彻目标,产生较好的侵彻效果;当杆条与战斗部有安装角时,变截面异形杆也可以在一定飞行距离内形成不连续的杀伤环切割目标,达到与等截面柱形杆相同的毁伤效果。该研究结果对相关离散杆战斗部研究具有一定的理论参考价值。

中心起爆式变截面杆战斗部设计技术研究

提高杆式战斗部杀伤力的主要研究内容是提高杆的着靶速度和控制杆的飞行姿态。提出一种新的杆式战斗部——变截面杆战斗部,通过改变杆的形状控制杆的飞行姿态进而提高杆式战斗部的杀伤力。论述变截面杆战斗部设计的基本思路,并采用非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟变截面杆战斗部爆轰驱动杆条扩张运动过程,得到了杆的抛撒速度及飞行姿态变化规律。考虑爆炸作用结束后空气阻力对变截面杆飞行姿态的影响,运用计算流体力学(CFD)和基于有限元技术的计算结构力学(CSM)相耦合的方法仿真模拟杆的气动变形,分析结果表明变截面杆气动弹性变形很小,对其飞行姿态影响有限。基于理论研究工作开展了爆轰驱动变截面杆静态抛撒试验,试验达到了预期效果。研究结果表明了变截面杆战斗部结构设计的合理性,为离散杆战斗部的进一步工程设计提供了可靠的理论依据。

火药颗粒床装药结构设计及其抗侵彻过载的数值模拟与实验研究

设计了一种由多层钢药盒构成的火药颗粒床装药结构。用有限元软件ANSYS/LS-DYNA模拟了试验弹侵彻混凝土过程。在数值模拟基础上,进行了试验战斗部侵彻混凝土试验。结果表明,装药结构的抗侵彻过载能力达到30 000～40 000g,即在高过载作用下,药盒自身可承受火药和药盒自身的高过载力,满足结构抗侵彻高过载的要求。此装药结构在小颗粒火药侵彻过程中能保持其良好的整体性和安定性。试验结果与数值模拟计算结果一致,表明该装药结构设计方案是合理的,可应用在传统战斗部内火药颗粒床装药的结构设计中。

一种新型双层拉伸夹具结构设计及分析

为快捷并准确测量新型复合材料的力学性能,设计了一种能够定位试件的新型双层拉伸夹具,具有双夹层与楔形结构,可以满足拉伸试验对试件加持力的要求,避免试验中试件出现滑移的情况,并能在竖向和水平两个方向对试件定位,保证拉伸试验的顺利进行以及试验数据的精准度。在此基础上,采用SolidWorks和Ansys Workbench联合仿真技术,对夹具结构模型进行了静力学分析,根据仿真分析结果,对拉伸夹具的结构和尺寸进行了改良设计并验证了改良设计的有效性和可行性。

爆轰驱动变截面异形杆静态抛撒实验研究

为提高防空战斗部的毁伤后效,设计一种新型离散杆战斗部—中心起爆式变截面异形杆战斗部,并首次开展了爆轰驱动异形杆静态抛撒实验研究,获得了杆条的初速度,分析了杆条的抛撒特性、飞行姿态及其对目标钢板的侵彻效应。实验结果表明,异形杆在爆轰驱动过程中飞行姿态发生改变,达到了预期设计效果,提高了对目标的侵彻能力。

高速下集束薄片初始分离过程仿真研究

为了研究诸如美国MJU-B50系列面源式红外干扰弹圆柱形集束薄片在高速运动下发射的分离散布过程,建立了ALE有限体积法描述下的三维可压缩RANS方程,耦合刚体运动学方程、碰撞检测及响应模型,数值模拟了载机马赫数0.8条件下集束薄片特征段的三维非定常初始分离过程。研究结果表明:集束薄片分离初期碰撞频繁,扰乱了薄片的一致性运动,加速了薄片分离过程,但是薄片的分离次序主要受薄片间的多体干扰影响,验证了动态抛撒试验过程中出现的薄片次序分离特性。

面源式红外诱饵弹散布云团仿真研究

为了研究MJU-50B面源式红外诱饵弹圆柱形薄片在高速运动下发射的云团散布及运动过程,以薄片多体分离过程流场数值仿真为基础,建立了散布过程中薄片个体的刚体运动模型和220种工况下的气动力数据库,数值模拟了0.8马赫下诱饵弹上千片薄片的云团散布过程。仿真计算与试验数据对比分析表明:刚体运动模型能更好地模拟圆柱形薄片云团的散布过程,并提出新的薄片云团分布的特征形态;同时也验证了MJU-50B圆柱式薄片红外诱饵弹能在0.5 s内快速散开,散布面积大,分布均匀,并且能在3.0 s内保持其基本形态。

含织物增强内衬复合材料气囊的制备及其拉伸性能研究

介绍一种新型的织物增强复合材料气囊,通过对不同方向、速率的拉伸试验进行比较,探讨该复合材料的拉伸性能。结果表明,该复合材料具有较好的拉伸性能,且横向和纵向相同,其拉伸断裂为脆性断裂。研究结果为该新型织物增强复合材料的应用提供了必要基础。

金属薄壳结构膨胀抛弹过程流固强耦合分析

针对子母弹金属薄壳结构膨胀抛弹过程中流固耦合作用的特点,引入了一种计算粘性可压缩流体与经历大变形金属薄壳之间相互作用的流固强耦合方法。该方法中结构模型和流体模型分别采用Lagrange和ALE描述,二者的有限元离散方法分别为Galerkin法和基于Petrov-Galerkin变分方法的FCBI单元法。本文采用该强耦合方法对含有接触条件的金属薄壳结构膨胀抛弹的过程进行了数值仿真,所得解的收敛性良好。计算结果显示:薄壳内流场经历了定容充气、扩张充气、充气后期三个阶段;定容充气至充气后期的前半段期间(0~3ms),波谷处应力呈缓慢上升趋势,而波峰和连接段处应力在经历了1ms的周期性振荡后,分别表现为直线增大和基本不变的趋势,3ms后薄壳各处应力均快速增大。同时仿真获得的薄壳内平均压力及子弹的最大抛速与已有文献中内弹道模型结果基本一致,分别相差3.6%和5%,表明本文模型能够较为全面合理地描述金属薄壳结构膨胀抛弹的过程。

冲击起爆弹丸内装药延迟起爆数值模拟

对穿爆燃弹的穿靶及释能过程进行数值模拟,解释了SPH-FEM耦合方法在模拟冲击起爆过程的优越性。通过对不同弹芯头部形状、直径及材料的对比分析,得到了不同工况下装药热点成长的压力-时间曲线,计算结果表明:在弹芯直径不变的情况下,弹芯头部直角尖刺越短,装药的热点成长时间越短;在头部尖刺长度不变的情况下,减小弹芯直径,热点生成时间也缩短;选用钢弹芯比钨合金弹芯有一定靶后释能优势。模拟穿靶效果与真实穿靶效果符合较好,这种方法可以为穿爆类弹丸设计提供依据。

大口径长药室平衡炮发射装药多点点火特性

针对大口径长药室平衡炮内药量大,轴向点传火距离长,点传火条件复杂等问题,对设计的多点点传火结构建立了两相流计算模型。控制点火位置发火的数目,得到了几种传火管内的火药流动过程和燃气释放规律。对同一规格的传火管在相同装药量下,分别采用单点点火、两点点火及多点点火三种方式点火,对所得到的点传火时间、点传火压力及空隙率等反应点传火特性的特征量进行了对比。结合大口径平衡炮多点点火试验结果,验证了多点点火技术的计算结果。结果表明,单点点火和两点点火在3.3 ms左右仍有火药仍未点燃并出现明显堆积现象,而多点点火在2.43 ms时火药已经接近全部燃完,且各特征量分布较为均匀。为此,在大口径长药室平衡炮以及其它一些装药量大的大口径火炮中采用多点点火技术可以有效改善传火时间,增加点传火安全性,抑制火药堆积。

戒烟的健康教育

吸烟不仅危害人类健康,也是资源浪费、火灾、影响家庭和睦的重要原因.禁烟已逐渐深入人心,戒烟已成为广大烟民的共识.为了小区内居民的健康,通过健康教育对我小区内的烟民进行戒烟干预,调查结果如下.

复合型含能破片冲击波起爆特性研究

为了解释冲击波对复合型含能破片内装药的起爆机理,建立了含能破片反射波冲击起爆理论模型,对含能破片的起爆阈值速度进行理论计算。对含能破片的撞靶过程进行数值模拟,分析了不同头部厚度、装药长度和破片直径对含能材料入射波和反射波起爆的影响。分析结果表明:含能破片反射冲击波起爆阈值速度比入射波低;破片壳体头部厚度只影响2种起爆方式的阈值速度,不决定装药的起爆方式,装药长度和破片直径之比k决定含能材料的起爆方式;不同的含能材料具有不同的临界值,当k小于临界值时,含能破片的临界起爆速度由反射波强度决定。2种起爆方式的毁伤模式有一定的差异,同时起爆方式也对释能时间有一定影响。

BDPSP教学模式在“工程力学”教学中的应用

在“工程力学”课程教学中采用BDPSP教学模式,首先通过引入日常趣味力学课题,吸引学生的注意力,引导学生在实践中探索发现问题,寻找答案;然后,引入课程所学理论知识点,将力学现象抽象为力学模型,引导学生建立力学分析思维;最后针对课程内容进行附加练习,巩固所学知识点。在此过程中以学生为主体,鼓励学生全程进行参与式学习和讨论,总结问题,得出结论,将传统的教为中心转换为学为中心。采用的教学模式可为“工程力学”课程的课堂教学提供一种新的思路,也可应用于其他工科课程的学习。

珊瑚砂应变率效应研究

为研究应变率对珊瑚砂力学特性的影响,用直径37 mm的分离式Hopkinson压杆(SHPB)对两类珊瑚砂进行了冲击实验,得到了460~1300 s^−1应变率范围内不同密实度的一维应变压缩应力-应变关系;结合准静态(10^−4 s^−1)压缩的实验结果,发现珊瑚砂存在明显的应变率效应;通过对比两类砂物理特性,认为应变率敏感性与内孔隙和粒间摩擦密切相关;提出了率型本构模型中动态增强系数的计算模型,可为珊瑚砂在冲击下的数值计算提供理论依据。

一种新型水域垃圾清理船的设计

水域垃圾清理主要有人工打捞和机械清理两种方式,而水域垃圾清理船是机械清理不可或缺的设备。基于此,本文设计了一种新型水域垃圾清理船。它主要包括三部分,即水面漂浮垃圾清理装置、水生植物清理装置、水下沉积垃圾清理装置。通过聚拢收集、打碎、传送、抓取等方式,该水域垃圾清理船可以对水面漂浮垃圾、水生植物、水下沉积垃圾进行有效的清理,可应用于小型河流、湖泊、公园狭窄水流等水域的垃圾清理。