近爆荷载下聚氯乙烯泡沫夹芯板的动力学模型研究

为研究近爆荷载下聚氯乙烯(PVC)泡沫夹芯板动态响应,对PVC泡沫夹芯板变形的3个阶段进行分析,推导考虑面板局部化特征的变形挠曲面函数,建立了考虑面板和夹芯的弯矩和膜力效应对变形影响的单自由度刚塑性动力学模型。利用非线性数值计算软件,计算不同面板和夹芯厚度的PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应,分析面板变形和速度变化,验证了动力学模型中各阶段面板和夹芯的受力和运动情况。研究结果表明:建立的挠曲面函数能反映近爆荷载下面板的局部化特征,且在变形过程中面板的局部化程度不断减弱;基于动力学模型计算的面板中点挠度和速度时程曲线与数值计算结果较为吻合且面板中点挠度与实验结果误差较小,该动力学模型可以有效预测PVC泡沫夹芯板在近爆荷载下的动态响应。

PBX炸药有效弹性模量的有限元模拟

采用代表体积元法,建立了炸药颗粒圆形随机分布和六边形规则分布细观力学模型,通过ANSYS有限元软件对PBX炸药的有效弹性模量进行了计算,计算结果和实验结果吻合较好.计算分析了炸药颗粒的性质、体积分数、形状和级配以及黏结剂性质等因素对PBX炸药有效弹性模量的影响.结果表明,炸药颗粒形状和分布方式对PBX炸药的有效弹性模量影响较小;颗粒级配对PBX炸药的有效弹性模量影响较大.PBX炸药的有效弹性模量随炸药颗粒体积分数以及弹性模量的增加而增大,在炸药颗粒体积分数较高时,炸药颗粒性质对PBX炸药有效弹性模量的影响较明显.黏结剂的体积分数虽然很少,但黏结剂的弹性模量对PBX炸药有效弹性模量的影响较大.

基于XFEM的PBX炸药巴西实验断裂行为研究

为研究巴西实验测量PBX炸药间接拉伸力学行为中加载方式的影响,采用扩展有限元方法对标准巴西实验、圆弧巴西实验和橡胶垫巴西实验中PBX炸药的裂纹起裂、扩展和断裂行为进行了数值模拟,计算得到了位移和应力分布,分析了不同加载形式对圆盘试样的力学响应及变形破坏的影响.结果表明,计算得到的破坏过程,位移分布和应力分布与实验值及理论值相吻合,圆弧和橡胶垫巴西实验均可起到减小加载部位接触应力的作用,有助于防止次裂纹的产生,橡胶垫巴西实验最适合PBX炸药间接拉伸强度的测量.

闭孔泡沫铝压缩力学性能的实验和三维有限元模拟

基于X射线电子计算机断层扫描技术,建立了反映闭孔泡沫铝真实结构的三维有限元模型.对闭孔泡沫铝准静态和动态压缩力学性能进行了实验和数值模拟,分析了闭孔泡沫铝的变形特性及力学性能,验证了模型的可靠性.结果表明,准静态压缩下,试件主要沿加载轴45°方向产生塑性变形.压缩速率为低速时,其变形模式与准静态相同.闭孔泡沫铝试件截面上结构薄弱处首先出现应力集中,材料达到塑性屈服.在高速压缩下,试件加载端首先达到塑性屈服.比较闭孔泡沫铝不同应变率下的屈服强度,动态压缩下的屈服强度远高于准静态压缩下的.应变率280~700 s^(-1)下,其屈服强度变化不明显,应变率继续升高至2000 s^(-1),屈服强度略微提高.

炸药损伤及其对冲击起爆的影响

研究炸药损伤及其对冲击起爆的影响有助于认识冲击起爆的本质,可以为炸药起爆装置的设计提供理论依据,以及对于研究炸药外加载荷条件下的力学响应及安全评估等都具有重要的意义。本文对炸药损伤和其对冲击起爆的影响进行了论述,对炸药损伤的产生,损伤对冲击感度及冲击起爆的影响、损伤的理论以及数值模拟方面的内容进行了介绍和分析,最后就今后需要开展的工作发表了一些看法。

高聚物粘结炸药Steven试验低速撞击破坏和点火的数值模拟

建立了Steven撞击试验有限元计算模型。采用热力耦合模型和Arrhenius方程描述炸药的热反应,用节点分离方法模拟炸药的破坏,对不同形状弹头低速撞击高聚物粘结炸药的响应过程进行了数值模拟研究。计算得到的破坏模式、点火区域和点火阀值速度与试验结果吻合较好。分析了弹头形状对炸药受力和反应的影响。计算结果表明,弹头形状会影响炸药的受力,从而导致炸药的点火阀值速度和点火位置的不同。

基于EFG方法的PBX炸药圆弧巴西实验的数值模拟

为了对准静态圆弧巴西实验过程中PBX试样的裂纹形成和扩展过程进行模拟,基于EFG方法和内聚力模型,利用LS-DYNA软件的隐式分析模拟计算了实验过程。结果表明,计算结果和文献报道的实验结果吻合较好,证明了该方法的可行性;采用线性内聚力模型可较好地描述PBX炸药的断裂过程,PBX试样的起裂发生在压缩载荷达到峰值后,随着压头的进一步压缩,试样中心的裂纹沿直径向压头方向扩展。

PBX 9501炸药动态增强因子的预测公式

为量化应变率效应对PBX炸药力学性能的影响,引入动态增强因子的概念。以PBX 9501炸药为研究对象,总结并收集了其在不同温度和不同应变率下的压缩强度和拉伸强度数据,利用WLF时温等效原理将不同温度下的数据换算成室温条件对应应变率下的值,补充了缺少的强度数据。基于实验数据,分别拟合了PBX 9501炸药压缩强度和拉伸强度的动态增强因子的预测公式。结果表明,随着应变率的变化,PBX 9501炸药的压缩强度和拉伸强度在双对数坐标下均呈现双线性增长趋势,但是压缩强度和拉伸强度的变化趋势是不同的。在给定的应变率范围内,压缩动态增强因子的最大变化值超过40,而拉伸动态增强因子的最大变化值小于10。用这些经验公式,可预测不同应变率下PBX 9501炸药的强度变化,便于工程应用。

基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态巴西实验的数值模拟

高聚物粘结炸药(PBX)是战斗部的关键组成部分,其动态力学行为,特别是动态断裂特性关系到战斗部的安全性和使用可靠性。基于内聚裂纹模型,对PBX模拟材料(PBX-M)的动态巴西实验进行数值模拟,对比霍普金森杆实验中测得的拉伸应力曲线,以及高速摄像结合数字图像相关方法得到的试样表面位移场和应变场。对比结果发现,拉伸应力峰值的数值模拟结果比实验结果小约5%,拉应变集中带的数值模拟结果与实验结果的偏差小于15%,验证了内聚裂纹模型的有效性。根据数值模拟结果,探讨了PBX-M试样在动态巴西实验过程中的起裂和裂纹扩展规律,给出了裂纹宽度的定量化信息。

战斗部侵彻过程中PBX装药动态损伤数值模拟

为研究战斗部侵彻过程中PBX装药的动态力学性能及损伤情况,进行缩比弹侵彻半无限大混凝土靶板的数值模拟。PBX装药采用内聚力裂纹模型,通过计算PBX装药的损伤演化过程,获得单元裂纹宽度等关键参数,并分析过载、轴向应力及损伤程度,同时计算分析有机玻璃、聚四氟乙烯等材料作为缓冲层对装药动态损伤的影响。结果表明:1)基于内聚力裂纹模型的PBX装药自定义材料模型能很好地模拟装药的动态力学性能及损伤;2)使用缓冲层可以有效地保护战斗部内部装药;3)有机玻璃作缓冲材料用于改善装药力学环境的效果更加明显。

侵彻过程中弹头形状对PBX炸药损伤的影响

侵彻过程中,弹体头部形状会对内部装药的力学性能产生较大影响。文中基于内聚裂纹模型,编写了PBX炸药的自定义材料模型,利用有限元软件LS-DYNA进行了缩比弹侵彻混凝土的数值模拟,计算得到了PBX炸药的损伤演化过程。通过单元裂纹宽度、裂纹含量等关键参数,分析了尖卵形弹头曲径比对装药动态损伤的影响。结果表明,尖卵形弹弹头形状的变化对装药动态损伤影响较大,控制弹头曲径比有利于减小装药损伤。

射流冲击固体发动机起爆阈值的数值模拟

通过射流对固体火箭发动机的冲击起爆的数值模拟,根据Held起爆判据,确定了固体发动机的起爆阈值。数值仿真结果表明,81 mm标准射流弹能够形成头部速度达到6100 m/s的聚能射流,当该聚能射流直接冲击发动机后,推进剂受到射流侵彻发生剧烈反应,球形冲击波向另一侧推进剂径向传播,导致推进剂发生二次反应,推进剂内部观察点的压力峰值达到40 GPa以上,反应度为1,表明推进剂发生了完全爆轰;通过调节靶板的厚度获得不同的射流能量,计算发动机的临界起爆阈值v^(2)d约为126.03 mm^(3)·μs^(-2)。

爆炸冲击波作用下抗爆传递窗的力学响应研究

为研究抗爆窗在爆炸载荷作用下的力学响应及反弹力,设计了一种测量抗爆传递窗在爆炸载荷作用下的反弹力的试验,将难以测量的反弹力转换为测量螺栓拉力,并通过试验及数值模拟证明了方法的可行性,在此基础上研究了等效静荷载与抗爆窗最大位移、板面应变以及反弹力的关系,结果表明存在明显的线性关系。

面向力学工程创新能力培养的集成式实践课程探索与建设

在新工科建设的大背景下,依托北京理工大学力学工程系的建设任务,进行创新能力培养的集成式实践课程探索与建设。通过精心设计实验内容构建全新的实验教学模式、教研相结合来培养学生的创新思维、优化规划设计构建力学课程前后衔接的实验实践体系等方法,培养学生综合解决问题能力、知识运用能力,提升创新能力,激发学生实践创新兴趣,实现学生想做科研,能做科研的目的,探索建立实验实践和素质教育相融合的实践育人新模式。

Numerical study on rock fracture and vibration due to blasting

Fracture and ground vibration of rock subjected to different decoupling decked charges are investigated based on the numerical simulation. The dynamic pressure value is studied, which demonstrates that simulation of fracture zone is feasible. Attenuation index of dynamic pressure is 2.06, 2.05 and 1.93 for air, water and sand intervals respectively. The small attenuation of sand in- terval results in the large ground vibration. The predicted vertical vibration waveform and peak parti- cle velocities （PPV） in far-field are in agreement with the monitoring results. The results show that the air and water decked charges can improve the effect of rock fracture in near-field and reduce ground vibration in far-field.

固体推进剂/衬层粘接界面脱粘失效的数值模拟

基于SEM(scanning electron microscope)得到的细观形貌和颗粒分布建立了复合固体推进剂/衬层细观有限元模型。使用Cohesive单元来模拟复合固体推进剂基体/颗粒界面和复合固体推进剂/衬层界面的脱粘。计算分析了单轴准静态拉伸作用下复合固体推进剂/衬层界面处不同颗粒含量和不同强化/老化程度对脱粘过程的影响。计算结果表明,衬层界面的老化和颗粒数量的增加都会导致衬层界面更容易脱粘失效,失效应变随推进剂/衬层界面处颗粒含量的增加而增大,而峰值应力先减小而后增大。峰值应力和失效应变随衬层老化而减小,但对衬层界面强化不敏感。

Ultrasonic Evaluation of the Impact Damage of Polymer Bonded Explosives

The damage properties of polymer bonded explosives under dynamic loading were studied by using ultrasonic evaluation. Explosive samples were damaged by a low-velocity gas gun at different impact velocities. Ultrasonic examination was carried out with a pulse through-transmission method. Spectra analyses were carried out by using fast Fourier transform. Characteristic ultrasonic parameters, including ultrasonic velocities, attenuation coefficients, spectra area and master frequency, were obtained. The correlation between the impact damage and ultrasonic parameters was analyzed. A damage coefficient D was defined by considering a combination of ultrasonic velocity and amplitude. The results show that ultrasonic parameters can be used to quantitatively assess the damage extent in impacted plastic bonded explosives..