基体表面粗糙度对冷喷涂粒子沉积过程影响的物质点法数值分析

目的 解决有限元法模拟冷喷涂粒子沉积过程时存在的网格畸变等问题,并探讨粒子和粗糙基板的结合方式。方法 基于物质点法建立冷喷涂粒子沉积的仿真模型。利用FORTRAN语言自编程序对铜粒子冷喷涂铜基板的过程进行仿真分析,并与其他研究中的试验结果进行对照,结果吻合较好,表明物质点法模拟冷喷涂粒子沉积问题是可行且有效的。此外,分析基体表面粗糙度对粒子沉积过程的影响规律,并探讨粒子在不同位置沉积的结合机理。结果 随着表面粗糙度的增大,粒子扁平化趋势增大,回弹动能减小。表面粗糙度足够大时,粒子射流可能和基板形成机械咬合结构;粒子在波谷处沉积时受两侧波峰作用难以扁平化,但是凹坑深度增大,回弹动能减小,粒子基板结合强度增大;粒子在左侧半腰处沉积时,其在切向速度分量作用下与右侧波峰形成二次接触,形成了较长的射流。结论 粒子与基板的结合强度随着表面粗糙度的增大而增大。粒子在波峰处可以形成机械咬合结构;在波谷处凹坑深度增大、回弹动能减小,起填充作用;在半腰处能够与右侧波峰产生二次接触,增大结合强度。研究结果可为冷喷涂工艺生产提供一定指导。

基于物质点法Ti/Al_(3)Ti层状复合材料抗斜侵彻性能研究

为研究Ti/Al_(3)Ti层状复合材料在弹体斜侵彻下的防护性能以及解决有限元法模拟侵彻过程存在的网格畸变问题,利用物质点法建立了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的数值模型,模拟了弹体侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程,得到的弹道冲击靶板应变云图和弹体剩余速度时程曲线与已有文献结果对比,吻合较好。并基于物质点法模拟了卵形弹以不同入射角度侵彻Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的过程。当弹体入射角度θ从0°增加到45°时,弹体垂直靶板方向弹体剩余速度减少,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的能量吸收率从43.4%增加至99.9%。且当弹体入射角度为45°时,发生了明显的跳弹现象。结果表明:随着弹体入射角度的增加,Ti/Al_(3)Ti层状复合材料的抗斜侵彻性能提升。

基于物质点法弹丸侵彻靶板的仿真与结构优化

为了避免有限元法模拟侵彻时因材料大变形导致的网格畸变及其他问题,基于物质点法建立了弹丸侵彻靶板的数学模型,利用FORTRAN编写程序对案例进行仿真,通过与已有文献中有限元法仿真结果进行了对比和分析,验证了物质点法模拟弹丸侵彻靶板的可行性。通过该方法对弹丸侵彻三层蜂窝夹芯靶板的过程进行了模拟仿真,结果表明同等质量的蜂窝结构三层夹芯靶板的抗侵彻能力显著提高。采用优化后的蜂窝夹芯靶板结构,对相同入射速度的弹丸侵彻不同蜂窝胞元壁厚、不同厚度蜂窝板的蜂窝夹芯靶板进行了模拟,分析蜂窝结构参数对靶板抗侵彻能力的影响规律,发现随着蜂窝胞元壁厚和蜂窝板厚度的增加,蜂窝夹芯靶板的抗侵彻能力先上升后趋于平缓。研究结果为弹丸侵彻蜂窝夹芯靶板的研究提供了新的研究方法,对装甲防护结构的选取和研究提供了一定思路,同时扩展了物质点法的应用范围。

基于物质点法的射弹侵彻双层隔板充液结构的数值模拟

在充液结构内设置双层隔板空气夹层可以有效减弱水锤效应带来的危害。为了研究双层隔板间距及位置对水锤效应的影响机理,通过已发表的试验数据对数值模拟方法进行验证后,基于物质点法开展了射弹侵彻双层隔板充液结构的数值模拟,分析了空穴形成过程、射弹剩余速度、固定点液体压力峰值、出入射壁及双隔板壁变形等情况。结果表明:随着双层隔板间距增大,充液结构的变形程度呈先减轻后加重的趋势;双层隔板位置越靠近入射壁,对压力冲击波传导的阻碍作用越强,充液结构的抗侵彻能力越好。