复杂边界条件下功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性分析

提出一种可用于分析复杂边界条件下功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性的谱几何法‑虚拟激励法(spectro geometric method‑pseudo excitation method,SGM‑PEM)。采用沿圆环板边界均匀分布的边界约束弹簧来模拟复杂边界条件,通过虚拟激励法将平稳随机载荷转化为虚拟简谐载荷。在一阶剪切变形理论框架下,采用以简洁三角函数为内核的谱几何法来描述圆环板结构的位移容许函数。基于Rayleigh‑Ritz法推导了平稳随机激励作用下功能梯度圆环板的动力学分析模型。通过与有限元法结果对比分析,验证了文中构建的分析模型的有效性和准确性。分析了梯度指数、厚度参数、边界条件等因素对功能梯度圆环板平稳随机振动响应特性的影响规律。

简单拉伸下高聚物粘结炸药的损伤测量及损伤演化研究

在简单拉伸载荷下高聚物粘结炸药呈现出非线性力学行为 ,这种非线性特性是由于材料内部损伤的演化和发展所致。采用弹性模量下降法测量了高聚物粘结炸药的损伤变量 ,据此建立了这类材料的损伤演化方程和本构关系 ,理论结果与实验结果吻合 ,并进一步讨论了高聚物粘结炸药的损伤度量方法和损伤特性。

高聚物粘结炸药断裂特性实验研究

研究了高聚物粘结炸药在室温下的断裂特性 ,结果表明这类材料的断裂韧性与裂纹长度有关 ,所测试的断裂韧性值随着裂纹长度的增加而降低 ,并且不趋于一个较稳定的值 ,这与金属材料的结果不一样。断面观察发现断面上有分布的颗粒 ,且周围与基体界面的微裂纹使得材料的断裂性能降低。分析表明 ,对工程应用来讲 ,可以选取 0 .2≤a/W≤ 0 .3范围内的裂纹长度来确定这类材料的断裂韧性。

简单拉伸下高聚物粘结炸药的非线性本构关系

根据两种高聚物粘结炸药在不同温度 (- 10～ 4 5℃ )和应变率 (10 - 6～ 10 - 4 s- 1 )下的准静态拉伸实验结果 ,建立了考虑温度和应变率效应的非线性本构关系。理论预测与实验结果吻合 ,为这类材料的力学性能分析提供了依据。

两种高强钢在高加载速率下的Ⅱ型动态断裂韧性

采用实验-数值相结合的方法对40Cr和30CrMnSiNi2A两种高强钢剪切试样在冲击载荷作用下的Ⅱ型动态断裂韧性进行了测试．实验在Hopkinson压杆系统上完成,试样的起裂时间采用应变片法测得．结合有限元三维动态模拟,得到了不同加载速率下试样动态应力强度因子的时间历程,并由实测的起裂时间确定两种钢的动态断裂韧性．结果表明,在现有加载率范围 (2×106-7×106MPa．m1／2／s)内,两种高强钢试样几乎全部由绝热剪切模式引发断裂,其动态断裂韧性均随加载速率的增加而呈现上升趋势,且在相同加载速率下后者的动态断裂韧性大于前者的动态断裂韧性．并对韧带尺寸对试样断裂韧性的影响进行了研究．

40Cr材料动态起裂韧性K_（Id）（σ）的实验测试

描述了利用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆技术加载三点弯曲试样测试４０Ｃｒ，材料动态起裂韧性ＫＩｄ（σ）的试验方法。试样上的动态载荷历程由Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ杆直接测得，并分别代入动态有限元程序及近似公式求得动态应力强度因子历史；由贴在试样裂尖附近的应变片确定起裂时间，最终确定起裂时的动态应力强度因子值，即动态起裂韧性ＫＩｄ（σ）。试验结果表明：利用Ｈｏｐｋｉｎｓｏｎ压杆技术加载三点弯曲试样测试材料动态起裂韧性的方法是可行的，起裂时，动态有限元的位移法、应力法及近似公式法求得的动态应力强度因子值比较吻合；在本文的载荷速率下，４０Ｃｒ材料动态起裂韧性ＫＩｄ（σ）与准静态裂韧性ＫＩｄ（σ）相比，降低了约２８％。

多螺栓连接结构预紧力实验研究

开展多螺栓连接结构预紧力实验研究,获得了其在纯拧紧力矩作用下的预紧力及其响应规律。研究采用应变片测试方法,首先对单螺栓连接结构进行了预紧力实验,获得了不同拧紧力矩条件下螺杆上的轴向应变、轴向应力及预紧力,并通过与经验公式计算结果比较,验证了预紧力测试方法的合理性。在此基础上,开展了多螺栓连接结构预紧力实验研究。为比较相同拧紧力矩条件下,多螺栓连接结构与单螺栓连接结构预紧力水平间的差异,定义了预紧力比例因子Kpro。实验结果表明,由于螺栓组内部各螺栓间的相互影响,其预紧力水平明显低于单螺栓结构,并与螺栓拧紧状态相关。就本文所采用的多螺栓连接结构而言,在拧紧力矩较低、螺栓尚未完全拧紧时,Kpro为0.70.8,其预紧力水平为单螺栓结构的0.70.8倍;当拧紧力矩较高、螺栓处于稳定的拧紧状态时,Kpr为0.6左右,其预紧力约为单螺栓结构的0.6倍。

利用声发射技术监测颗粒填充聚合物材料的裂纹扩展过程

利用声发射技术监测了颗粒填充聚合物材料含单边缺口试样承受三点弯曲载荷时裂纹尖端形成损伤并断裂的全过程 ,明显地区分了裂纹尖端起裂和扩展的不同阶段 ,有效地识别了颗粒填充聚合物材料的破坏模式。研究表明 ,在承载状态下 ,裂纹尖端损伤起始和扩展分为三个阶段 ,且裂纹起裂至快速扩展存在一个演变过程 ;结合SEM观察结果 ,判定该材料的断裂模式以颗粒与基材的界面分离为主。

冲击载荷下镁铝合金裂纹动态扩展过程的数值模拟

采用基于黏聚裂纹模型的扩展有限元方法,开展了镁铝合金结构冲击破坏过程的数值模拟研究。通过镁铝合金三点弯曲试样冲击实验,获得了不同子弹撞击速度下试样的冲击破坏模式。在此基础上,建立了实验结构的扩展有限元模型,并采用最大主应力准则,以及含损伤型的本构关系模拟材料的冲击断裂行为。对于裂纹尖端附近区域,采用黏聚裂纹模型模拟裂纹的断裂过程。对子弹速度分别为12.2、15.1、26.3m/s的3种工况下镁铝合金试样的动态破坏过程进行了数值模拟研究,获得了与实验相一致的断裂模式。计算结果表明,试样以Ⅰ型断裂模式为主,裂纹沿初始预制裂纹方向扩展。当裂纹扩展到一定程度后,在试样韧带区域被撞击端附近,由于应力波及边界效应导致该区域处于复杂应力状态,试样出现复合型断裂模式,裂纹偏离原扩展路径,与本文实验结果相吻合。

炸药爆炸条件下释放气溶胶扩散研究

针对炸药爆炸事故造成的气溶胶污染物为瞬时体源的特点,根据事故应急时效性的原则,利用后置虚拟源等效的方法和点源扩散的高斯公式,探讨了炸药爆炸事故造成的气溶胶污染物扩散范围和浓度的计算方法,并分析干沉积和物质放射性衰变等因素对扩散浓度的影响。运用该方法对钚气溶胶扩散进行了计算和分析,其结果表明:该计算方法具有一定的有效性和实用价值,能为该类事故早期实施各种应急计划和措施提供参考依据。

约束阻尼结构的模态损耗因子计算的一种修正方法

利用Reissner夹层板理论研究了约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子的计算。由于Reissner理论的基本假定简化较多,计算精度相对较低,因此,对该约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子的计算方法进行了修正。其计算结果与Ansys计算结果较为接近。计算结果表明:利用修正后的计算方法具有较高的计算精度,可用于约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子计算。

基于Hoff夹层板理论计算约束阻尼结构的结构损耗因子

利用Hoff夹层板理论研究约束阻尼结构的固有频率和模态损耗因子的计算问题。计算结果表明,利用Hoff理论计算约束阻尼结构固有频率和模态损耗因子方法具有较高的计算精度,与Ansys计算结果较为接近,可用于约束阻尼结构固有频率和结构损耗因子计算。

核事故应急后果评价系统研究综述

通过简要分析核武器事故的特点,回顾国内外民用核设施事故后果评价系统功能及特征,总结美国武器事故后果评价系统的研究进展,对比分析民用核设施同核武器事故后果评价系统的异同,探讨核武器事故后果评价系统的发展趋势。分析表明,核武器事故与民用核设施事故在功能和结构上具有相似之处,开发适合多种事故源项、环境条件的后果评价系统是未来核事故后果评价系统的发展方向。

旋转惯性过载作用下结构拓扑优化设计研究

为实现再入体结构轻量化设计,开展了旋转惯性过载作用下再入体结构拓扑优化设计技术研究。本文利用灵敏度"逻辑与"综合方式的多工况结构拓扑优化设计方法,结合惯性载荷作用下拓扑灵敏度分析,研究了旋转惯性过载作用下再入体结构拓扑优化设计。针对锥筒形支架结构,以整体刚度最大化为目标函数,材料用量为约束条件,进行了结构拓扑优化设计,得到了合理的优化构形。

预紧力状态螺栓连接结构动力学响应的一种数值方法研究

基于螺纹连接的精细有限元模型,提出了预紧力状态螺栓连接结构动力学响应的一种数值模拟方法。针对螺纹接触,采用常规接触面定义方法定义了两组螺纹接触对,以对称罚函数法处理螺纹接触,并采用指数型接触压力-过盈关系;在已建立螺纹连接旋转模型条件下,采用直接在六角螺母的一对侧面上直接施加力偶矩的方法定义预紧力载荷,较传统方法更简单,且与实际更相符;采用先进行纯预紧力状态下的静力学响应分析,再将分析结果作为动力学响应分析的初始构型的方法,解决了预紧力载荷静态响应和冲击载荷动态响应间的静动耦合问题。最后,针对预紧力状态下口型含螺栓连接结构在钢球撞击下的响应问题,采用该方法进行了动力学响应分析,并将计算结果与实验结果进行了比较。误差分析结果表明,小球3 m和5.5 m跌落撞击条件下,应变响应前两个波脉宽以及幅值,计算结果与实验结果误差在20%以内。

三点弯曲试样动态应力强度因子计算研究

利用Hopkinson压杆对三点弯曲试样进行冲击加载,采集了垂直裂纹面距裂尖2mm和与裂纹面成60°距裂尖5mm处的应变信号。根据裂尖附近测试的应变信号计算试样的动态应力强度因子,并与有限元计算结果进行比较,结果表明由于裂尖有一段疲劳裂纹区,通过裂尖附近应变信号来计算动态应力强度因子时,如果裂尖位置确定不准及粘贴应变片位置不够准确对计算结果将带来很大影响。因此利用应变片法计算动态应力强度因子时,为了获得更准确的计算结果,在实验后应对试件裂纹面进行分析测量,重新确定裂尖位置,必要时需对应变片至裂尖距离进行修正后再计算动态应力强度因子值。

一种基于精细有限元模型的螺纹连接结构数值方法研究

针对螺纹连接结构力学响应和螺纹上应力分布问题,提出了一种基于Patran软件的螺纹连接结构的精细有限元建模方法。利用Patran软件的前处理功能,将结构的含螺纹区域离散为螺纹层、过渡层和常规层。常规层采用常规方法单独建模,螺纹层、过渡层则采用双导线法建模。首先建立两条螺旋线,以及螺纹层和过渡层截面的平面单元,通过一定的方法将平面单元绕两条螺旋线旋转生成三维实体单元,最后合并过渡层与常规层的对应节点形成含螺纹区域的整体有限元模型。采用该方法对口型含螺纹连接结构在不同预紧力状态的响应进行了建模分析,获得了螺纹上的应力分布、结构的最大应力,以及螺杆中部的应力响应。结果表明,螺纹的应力分布特征和结构最大应力位置与已有的研究结果比较吻合。在预紧力10 N·M到70 N·M的七种工况下,计算所获得的螺杆上应力与实验结果相比,最小相对误差为0.5%,最大相对误差为4.8%,两者吻合较好。

基于微裂纹统计模型的PBX力学行为

将微分形式的Visco-SCRAM模型简化为单轴应力下的增量形式,用其拟合出PBX在不同应变率的单轴拉伸与单轴压缩下的应力应变曲线,然后根据微裂纹平均半径的变化分析其相应的细观物理过程,并分析了黏性对PBX力学性能的影响。结果表明,Visco-SCRAM模型能反映PBX强度与模量的拉压不对称性和应变率效应。破坏时的微裂纹平均半径随应变率的增大而增大,且该值在拉伸加载下明显小于压缩的情况。在一定范围内,随着黏性的减小,模量和强度增大,而破坏应变减小。

冲击载荷下三点弯曲试样的有限元分析

对三点弯曲试样建立三维有限元分析模型,取其1/4模型进行有限元分析、计算出裂尖附近节点垂直于裂纹面的位移值,利用位移法计算出每节点相应的动态应力强度因子。将曲线外推到裂尖处即得到裂尖动态应力强度因子。结果表明裂尖动态应力强度因子值沿试样中部向表面逐渐减小,只要通过实验确定起裂时间,便可得到试样的动态起裂韧性。

循环载荷下PBX力学行为研究

为了研究高聚物黏结炸药(PBX)在循环载荷下的力学响应特征及细观机理,将微分形式的ViscoSCRAM模型简化为单轴应力下的增量形式,用其拟合PBX在循环载荷作用下的应力应变曲线,并以加载过程中微裂纹平均尺寸的变化,分析相应的细观物理过程。结果表明:循环加载后,PBX的破坏应力、破坏应变减小,微裂纹平均尺寸增大,同时产生一定的不可恢复应变;随着循环应力水平和循环周数的增加,破坏应力、破坏应变和微裂纹平均尺寸变化幅度增大,不可恢复应变量增大。