低温下TiZrHf系高熵合金的动态压缩力学特性与点火行为

针对高熵合金在低温条件下力学特性以及点火行为研究不足的现状,以含微量元素Cu、Al或Ni的TiZrHf系多主元高熵合金(HEA)为研究对象,结合SHPB试验系统与高速摄像系统,开展不同温度下高熵合金的动态压缩实验及点火特性实验,获得了弹性模量、应力峰值、硬化模量以及应变率与温度、元素种类的关联规律,并明确了元素种类对火焰面积、点火延迟时间、点火对应时刻以及剧烈反应持续时间的影响规律。结果表明,低温条件下3种HEA的应力-应变曲线均经历弹性、强化以及卸载阶段;在相近载荷条件下(~20 m/s,-40℃),含Cu和Ni的2类试件均发生了点火现象,而含Al试件只有细微点火,试件的点火延迟时间均为25μs,含Cu试件的剧烈反应持续时间与点火持续时间均大于含Ni试件。

Al/Teflon反应材料的冲击压缩特性与点火行为

为探究Al/Teflon反应材料的力学特性和撞击点火行为,加压烧结Al/Teflon反应材料试件并进行霍普金森压杆实验(SHPB),通过分析动态压缩过程中材料压缩-强化-卸载各阶段特性,获得在不同加载速度下的应力、应变时程曲线;并且,通过SHPB实验系统对Al/Teflon反应材料进行高速度加载研究材料的点火行为。结果表明:Al/Teflon材料具有应变率强化效应;点火反应普遍发生在2~3次冲击过程中,且材料的反应过程均处于μs级;火焰演化面积随时间呈先增长后下降的趋势,点火延迟时间随加载速度增加逐渐减小,发生反应的临界应力随加载速度的增加而增大。

Al/PTFE弹丸冲击反应释能及Al颗粒粒径的影响

基于简化的反应释能评价方法,构建了准密闭容器实验系统,以超压传感器测试的容器内超压评价反应气体焓变,以红外热像仪和瞬态响应热电偶采集的温升评价容器材料吸收的内能,开展了2种不同Al粉粒径活性弹丸的冲击反应释能研究。结果表明:在500 m/s速度加载下,2μm和100μmAl粉粒径活性弹丸的单位质量冲击释能分别为2.9 kJ/g和1.3 kJ/g;测试系统总能量中容器材料吸收的内能最多,均占80%以上;计算得到Al粉颗粒的反应厚度为8.8μm,即在实验条件下活性弹丸中的Al组分在其粒径小于17.6μm时能完全反应,原料Al颗粒粒径选择亦需要在17.6μm以下。

冲击载荷下冰的动态压缩力学特性数值模拟

为进一步研究冰材料的力学性能,基于冰试件的分离式霍普金森压杆实验,结合MAT10的拉格朗日算法与MAT155的SPH算法的适用性,开展了对应工况条件下冰动态压缩特性的ANSYS/LS-DYNA数值模拟,结果表明:应力应变曲线上结合MAT10的拉格朗日算法的模拟结果优于SPH算法,而SPH算法的冰模型破坏形态更接近实验结果。

超高速碰撞蜂窝铝单层盖板的破坏及吸能特性仿真

为了研究蜂窝铝单层盖板结构遭遇超高速碰撞后的破坏和吸能特性,采用光滑粒子流体动力学(SPH)法,应用Johnson-Cook本构模型、Tillotson状态方程,利用UIDL语言将APDL程序嵌入到ANSYS软件中进行结构的三维建模;开展了铝弹丸超高速碰撞相同盖板厚度的蜂窝铝单层盖板结构的数值模拟,研究不同碰撞速度、不同弹丸入射角度及蜂窝铝厚度下蜂窝铝的破坏和吸能特性。结果表明,蜂窝铝芯层越厚吸能效果愈好,碰撞角度对蜂窝铝吸能效果影响不大,破坏模式与吸能特性关系密切。

基于FDTD的探地雷达典型形状目标二维散射仿真

探地雷达以其无损、高效、使用灵活、分辨率高等优势在工程物探领域得到了广泛应用,研究探地雷达回波的正演数值模拟将有利于提高对探测目标解释的精度和准确性。采用时域有限差分法和完全匹配层边界条件建立了探地雷达正演模拟方程,利用该方程对地下层状结构、矩形模型和球状模型的进行了正演模拟,结果表明:建立的数学模型可以实现探地雷达典型形状目标的二维散射回波模拟,利用其算法将为提高雷达回波图像解释的精度和准确性提供理论参考。

热加载条件下Al/PTFE烧结药柱的数值模拟

利用COMSOL软件对Al/PTFE药柱烤燃过程进行数值模拟,获得了药柱在烤燃过程中温度变化情况。结果表明,数值模拟能够较好反应药柱在持续的热刺激加载下温度变化情况,为烤燃机理的研究提供了依据。

形状记忆合金-玻璃纤维/环氧树脂复合材料在振动边界条件下的低速冲击数值模拟

采用有限元方法(FEM)研究了振动边界条件对形状记忆合金(SMA)-玻璃纤维/环氧树脂复合材料的抗低速冲击性能的影响。在数值模拟过程中,将改进的三维Hashin失效准则和Brinson模型分别应用于玻璃纤维/环氧树脂复合材料层合板和SMA,以表征其本构关系。首先通过与固定边界条件下的SMA-玻璃纤维/环氧树脂复合材料板低速冲击实验进行比较,验证了数值模拟过程中所用模型及材料参数的准确性。其次,在模拟过程中,应用了包含不同振幅的一系列振动边界条件,对其进行模拟,揭示了振动边界条件对其抗低速冲击性能的影响。数值模拟结果表明,在大振幅条件下,无SMA复合材料的抗冲击性能比小振幅条件下弱;在相同振动边界条件下,SMA-玻璃纤维/环氧树脂复合材料与无SMA复合材料相比,其抗低速冲击性能提高。