三项式点火增长模型及各参量调控机理研究

为了探明Lee-Tarver三项式点火增长模型各参量的调控机理,根据三项式反应速率方程,分析预测了Lee-Tarver三项式点火增长模型各参量对冲击起爆特性的影响。建立以HMX为施主炸药、H6JJ1为受主炸药的小隔板试验有限元模型,确定了该模型起爆成功时小隔板的临界厚度区间为1.2~1.3 mm。调节受主炸药的各三项式点火增长模型参量,得到了该模型起爆成功时小隔板的临界厚度区间变化,明确了Lee-Tarver三项式点火增长模型各项系数对冲击起爆特性的影响。内向的球形颗粒燃烧b和c取值为0.667;a,d,e,g,λ_(G2min)与冲击起爆所需压力为正相关关系;I,x.G_(1),G_(2),λ_(igmax),λ_(G1max)与冲击起爆所需压力为负相关关系;y和z为压强指数,当0<p<1时,冲击起爆所需压力为负相关关系,当p≥1时,冲击起爆所需压力为正相关关系。本文研究揭示了三项式点火增长模型各参量的调控机理。

膛内积水对火炮发射相关参量的影响模式

为探明膛内积水对火炮发射的影响,采用SolidWorks三维建模软件建立空气-积水-发射药-药室-身管-弹丸耦合的三维模型,并考虑空气-积水-发射药-身管-弹丸结构间流固耦合的作用,利用LS-DYNA有限元软件对不同积水状况下的火炮发射过程中药室所受的压力以及弹丸的速度、加速度、所受压力进行了仿真模拟,研究了在不同积水状况下火炮发射时药室内的压力变化以及对弹丸的影响模式。研究结果表明:膛内积水可以消耗部分弹丸动能;火炮发射时,膛内积水会使药室内侧壁压力增加5%~7%,而膛底压力随着膛内积水的增加而减小;弹丸的速度与加速度随着膛内积水的增加而减小,弹丸达到最大加速度的时间随着膛内积水的增加而延后。

PBX模拟材料动态力学响应及细观损伤模式

基于分离式霍普金森压杆（SHPB）装置对高聚物粘结炸药（PBX）模拟材料进行高应变率（1763～2650 s -1）动态压缩实验，采用铅整形器得到正弦入射脉冲。聚偏氟乙烯（PVDF）压力传感器监测试件两端的应力状态，高速相机拍摄试件的变形和破坏过程，激光位移计测量试件的轴向应变，采用电子显微镜观测细观结构形貌和损伤模式。结果表明，PBX 模拟材料具有应变率相关性；结合界面脱粘和晶体断裂理论，认为晶粒与粘结剂的分离，晶粒脆性断裂是该 PBX 模拟材料的主要细观损伤模式。

重型汽车变速箱箱体有限元模态分析

变速箱是汽车传动系统的主要部件之一,它的振动必然带来汽车整车的振动和噪音,影响汽车的整车性能。以重型汽车变速箱箱体为研究对象,应用PRO/E软件建立箱体的三维实体模型,并利用ANSYS软件建立箱体的有限元模型,完成了箱体的有限元模态分析。分析结果可为寻找变速箱箱体产生振动的敏感部位和箱体的结构优化设计提供依据。

一维应力动态加载下战斗部装药力学响应预报模型

为获得战斗部装药在高过载侵彻下的动力学行为,对战斗部装药(黑索今(RDX)基高聚物粘结炸药(PBX))在高应变率下的动态力学响应特性进行了研究。采用改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术对RDX基PBX炸药动态力学性能展开研究、压电传感器监测试件两端应力状态、高速相机拍摄实验中的试件变形过程,确保实验试件变形在动态应力平衡和常应变率加载条件下进行,保证实验数据的有效性。结果表明,该RDX基PBX炸药具有明显的密度效应及应变率效应,当应变超越0. 075时应变率效应显著增强。基于应变能函数,建立该RDX基PBX炸药在一维应力状态下修正的Rivilin本构模型,模型拟合结果与实验结果基本相符,仿真结果得到的应变时间信号及试件变形模式与实验结果基本吻合。

高应变率下颗粒增强复合材料动态力学行为

针对巡航导弹攻击地下目标过程中,在非预定目标深度出现战斗部颗粒增强复合材料装药提前起爆现象,研究颗粒增强复合材料装药在不同高应变率下的动态力学响应。基于改进的SHPB试验技术,实现常应变率加载及试件均匀变形,确保试验数据的可靠性,结合试验研究结果探索应变率效应对颗粒增强复合材料动态力学响应的影响规律,将应变与损伤变量耦合,揭示应力-应变比与颗粒增强复合材料弹性损伤的内在关联。结果表明:颗粒增强复合材料在高应变率为(400~2 200)s-1加载条件下的动态力学响应曲线呈非线性关系,具有明显应变率效应,随应变率的增大,应变强化效应由上凸特性转变为线性关系;结合有效应力及应变等效关系,将应变与损伤变量耦合,可描述颗粒增强复合材料在不同加载时期内损伤变量与轴向应力-应变比值之间的关系。

复杂应力动态加载下颗粒增强复合材料失效模式研究

为解决战斗部颗粒增强复合材料因装药损伤引起局部"热点"而发生提前起爆问题,对颗粒增强复合材料在复杂应力动态加载下的损伤特性进行研究。基于一级轻气炮,对颗粒增强复合材料在三轴向冲击载荷作用下的损伤失效模式进行试验研究,分析轴向和径向边界约束条件对颗粒增强复合材料宏观损伤形式的影响,利用扫描电子显微镜(SEM)探索冲击载荷与细观损伤模式的内在关联。结果表明:颗粒增强复合材料宏观损伤特性主要表现为挤压变形;晶体颗粒表面与黏结剂剪切脱黏强度约为0.3 MPa,在较小冲击载荷作用下,颗粒表面与黏结剂已产生剪切脱黏,随冲击载荷的增大,出现晶体颗粒"孪晶带",大尺寸颗粒易受到应力集中影响,先于小尺寸颗粒发生断裂破坏,急剧冲击波能量迫使颗粒表面微裂纹发生断裂,从而演变成整个颗粒破碎情况,甚至部分出现融化现象。

冲击载荷作用下导弹战斗部装药起爆特性研究

针对远程导弹在攻击地下目标过程当中时常发生对战斗部PBX炸药装药起爆毁伤效应估计不足情况,进而对导弹战斗部PBX炸药装药在高过载冲击载荷作用下的起爆响应特性进行研究。基于二级轻气炮,对导弹战斗部PBX炸药装药跨声速冲击载荷起爆特性进行一系列试验研究,结合试验结果、数值模拟、以及相关理论分析,探索能量释放行为与冲击载荷之间的相互关联,并建立相互影响机制模型。结果表明,PBX炸药装药的临界起爆压力为5. 34 GPa,完全起爆压力为12.39 GPa;建立的能量释放量和相对反应率与冲击载荷之间的相互关系与试验数据基本吻合,研究结果可为国防防御技术研究提供一定的参考价值。

三轴向冲击载荷作用下RDX基PBX炸药损伤模式与表征

导弹战斗部在攻击地下目标高速侵彻过程时常因损伤而发生提前起爆,极大削弱了对攻击目标的毁伤作用,甚至影响整个战略局势,针对这一急迫需要解决的问题,进而对导弹战斗部中的RDX基PBX炸药在高g值加载方式下的损伤特性进行研究。基于一级轻气炮对PBX炸药试件在三轴向冲击加载方式下的损伤特性进行了一系列的实验研究,结合数值模拟、Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度和扫描电子显微镜(SEM),对PBX炸药试件损伤模式进行研究和表征,并探索实验后的试件密度与冲击载荷之间的量化关系。结果表明,晶体颗粒表面与黏结剂之间的剪切强度约为0.6 Mpa,因此,在较小冲击载荷作用下就已发生剪切脱黏现象,随着三轴向冲击载荷压力的增大,逐渐出现晶体颗粒孪晶带,颗粒破碎和融化细观损伤模式;实验后的试件密度与冲击载荷压力之间修正的玻尔兹曼关系与实验结果基本相符;Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度预测结果与SEM测试分析结果基本吻合,可为该PBX炸药细观损伤机理研究提供重要依据。

冲击载荷作用下武器战斗部装药Grüneisen物态方程

针对武器战斗部装药(PBX炸药)在高过载作用下出现提前起爆现象,进而对其在平面正冲击波作用下的物态方程形式进行了研究。基于平面正冲击波关系式及雨贡纽曲线,应用冲击波速度与粒子速度的相互关系,采用"对称碰撞"实验方式进而对不同密度PBX炸药在不同冲击波阵面后的物态方程进行了研究。获得了不同密度PBX炸药的冲击因子及声速;给出了Grüneisen物态方程的相关参量,为预测PBX炸药在更大冲击波阵面后的内部压强、密度、能量状态提供了重要的依据;揭示了Grüneisen系数Γ与体应变ξ呈高度线性关系。

高应变率下导弹战斗部装药动态力学响应及细观损伤模式

应用改进的SHPB实验技术实现了常应变率加载,激光测量系统监测实验试件轴向工程应变,高速相机拍摄试件变形过程,确保实验数据的可靠性,进而对导弹战斗部装药在高应变率下的动态力学响应及损伤形式进行实验研究,并结合扫描电子显微镜探索其细观损伤模式与高应变率加载条件的内在关联。结果表明,该导弹战斗部装药具有明显的应变率效应,当其应变值超越0.05时应变率效应显著增强,随着加载应变率的提高,其应力应变曲线应变硬化效应显著增强,由上凸形式变为线性硬化;在860~1 380 s^-1加载应变率下,其主要细观损伤形式为颗粒表面与粘结剂剪切脱粘,当加载应变率在1 380~2 300 s^-1区间时,充足的冲击波能量迫使晶体颗粒表面产生损伤裂纹,并沿应力集中薄弱路径不断扩展,传播路径错综复杂,进而产生晶体颗粒破碎现象。

Taylor冲击载荷作用下PBX炸药细观损伤模式及机理研究

空对地钻地弹在高速侵彻过程中,装药部的提前起爆严重影响到对攻击目标的毁伤作用,针对这个急迫需要解决的问题,对装药部(PBX炸药)在高g值载荷作用下的细观损伤模式及机理进行研究。基于一级轻气炮,应用激光测速系统监测实验试件击靶速度,由压电传感器采集实验试件应力状态,进而通过Taylor冲击加载方式对PBX炸药损伤形式进行实验研究。基于细观损伤理论,结合扫描电子显微镜(SEM)对其损伤模式进行分析,结果表明,在较小冲击载荷作用下,晶体颗粒表面与粘结剂之间的剪切脱粘细观损伤模式最先发生;随着冲击载荷能量的增加,产生了细观损伤裂纹,并不断沿应力薄弱路径急剧传播,且萌生新的损伤裂纹,裂纹传播错综复杂,进而导致颗粒破碎,发生穿晶断裂、粘结剂劈裂等细观损伤模式,从而导致该PBX炸药宏观损伤裂纹的出现。PBX炸药细观损伤理论对该PBX炸药细观损伤模式的预测结果与实验分析结果基本相符,该细观损伤理论为其细观损伤机理研究提供了重要依据。

汽车后桥壳胀形工艺加载路径研究

针对液压胀形工艺费用昂贵、结构不合理性及周期长3个急需解决的问题,应用大变形弹塑性有限元理论对某汽车后桥壳液压胀形工艺进行仿真探索研究.建立管坯、模具及挡板三维有限元模型,经计算分析,将胀形工艺加载路径分为两个工步较为合理,并分别研究两个工步加载路径、以及模具和挡板与管坯接触表面摩擦系数对胀形结果的影响.理想胀形仿真结果表明,第1步胀形工艺多项式加载路径使得轴向进给位移与管坯内部载荷压力匹配度达到最佳值,从而避免胀形过程中出现屈曲、褶皱以及破裂等失效现象;在第2步胀形工艺最优线性相关载荷作用下,管坯胀形壁厚分布均匀、最大胀形系数远小于许可胀形系数,获得了理想胀形结果,其胀形工艺加载路径可为试验研究提供重要依据.

高g值载荷作用下离散颗粒增强复合材料损伤特性研究

针对钻地弹攻击地下深层目标过程中,战斗部离散颗粒增强复合材料装药提前起爆现象进行高g值加载条件下的损伤形式研究。基于一级轻气炮,应用激光测速系统测量试件击靶前速度,压电传感器监测试件击靶端面应力状态,在Taylor冲击加载下的损伤特性进行试验,分析冲击载荷压力对离散颗粒增强复合材料宏观损伤特性的影响及其细观损伤模式及机理。结果表明:随冲击载荷压力不断增大,细观损伤模式为晶体颗粒表面与黏结剂间的剪切脱黏、孪晶带、穿晶断裂以及黏结剂劈裂等,细观损伤裂纹的加剧引起宏观裂纹产生,裂纹扩展断裂从而导致试件宏观损伤。晶体颗粒剪切脱黏强度模型和裂纹扩展断裂强度模型计算与试验结果基本吻合,为离散颗粒增强复合材料细观损伤机理研究提供重要参考依据。

非药式水下爆炸冲击波加载装置研究

非药式水下爆炸冲击波加载装置作为实验室范围内一种新型水下爆炸冲击波加载技术,具有耗费低、危险性小、可重复性高等优点,对进一步研究水下冲击波毁伤效应具有重要意义。该装置通过一级轻气炮发射飞片正撞击水舱端部活塞在水舱中产生呈指数型衰减的水下冲击波。本文中采用实验与数值模拟相结合的方法对该装置产生的冲击波可靠性进行了研究,确定了一定工况内的初始冲击波强度及衰减时间常数,实验结果表明,该装置能够有效模拟水下爆炸冲击波载荷。

思政元素在材料力学课程的挖掘、梳理和隐性融合的研究

材料力学是理工科高校大部分工科专业的技术基础课,承担着工科学生从基础课到专业课顺利过渡中逻辑思维、知识结构、科学素养能力培养的重要任务;材料力学课程中的知识点、逻辑思维、知识结构是显性教学目标,而材料力学课程中所包含的众多思政元素则是隐性教学目标,文章针对材料力学课程中隐性思政元素的挖掘、梳理和显性教学目标的有机融合进行了探索研究。

爆炸载荷作用下含预制损伤膜片力学响应特性

为了准确评估小型密闭舱内爆炸载荷对泄压口处金属结构的损伤效应,对含预制损伤膜片在爆炸冲击载荷作用下的力学响应特性进行了研究。采用AUTODYN软件建立装药-空气-爆炸舱-膜片三维耦合数值模型,并考虑Q235钢材料动力学本构特性及装药-空气-结构间流固耦合作用,分析爆炸舱内爆过程中冲击波压力波形,探索不同药量下爆炸冲击波载荷特性和传播规律,揭示膜片损伤模式与冲击载荷的内在关联。结果表明,爆炸舱内爆过程中冲击波会发生多次反射和叠加,角隅处效果最为明显;随着装药量的增大,膜片由外翻弯曲塑性大变形转变为拉伸撕裂,直至完全脱落,产生的碎片随着高压气体抛出舱外。

高g值冲击下阶梯形金属壳缓冲吸能特性研究

为了对测控电路进行更好的缓冲保护,提出阶梯形金属壳的几何构型。利用LS-DYNA对3组不同厚度的阶梯形壳在不同载荷作用下进行仿真模拟,从屈曲模态、比吸能、加速度缓冲效果等方面进行缓冲吸能特性评估,并通过落锤试验进行验证。结果表明:阶梯形壳屈曲模态为轴对称叠缩模式,且相比等效厚度的圆柱壳,阶梯形壳具有更好的比吸能与加速度缓冲效果。

高压输电线路覆冰清除爆破参数研究

针对高压输电线路覆冰严重威胁到国家电网稳定正常运行的问题,对高压输电线路覆冰爆破除冰进行了研究.应用LS-DYNA计算最优控爆参数,确定输电线路覆冰最佳装药量、以及装药与输电线路最优间隔值,并通过缩比爆破除冰实验验证了仿真计算结果.结果表明,有效覆冰参数,以及高压输电线与覆冰表面摩擦系数的确定为爆破除冰控爆参数的计算提供了有力保证;通过高速相机全程拍摄可知,缩比爆破除冰实验研究获得了较好的除冰效果,表明高压输电线路覆冰爆破除冰控爆参数具有可靠性及可行性,可为高压输电线路爆破除冰方案设计提供依据.

高能气体冲击载荷作用下高压容器仓排放孔膜片损伤模式及机理研究

针对高压容器仓内高能爆炸气体对排放口膜片结构毁伤模式无法准确有效预估,常出现提前破膜和不破模危险情况,进而对含预制损伤孔洞Q235钢结构膜片在爆炸冲击载荷作用下的宏细观损伤特性进行研究。基于高压爆炸装置,对含预制损伤孔洞Q235钢结构膜片抗爆毁伤效应进行一系列试验研究,结合试验研究结果,探索七孔枪药爆炸冲击载荷能量释放行为与相关参量之间的量化关系,进而为膜片毁伤机理研究提供理论依据,并建立膜片损伤孔洞尺寸与爆炸冲击载荷峰值压力之间的联系规律,最后,基于J-C模型的动态本构关系及失效准则对膜片破坏模式进行数值模拟研究。结果表明,随着爆炸冲击载荷压力地不断增大,含预制孔洞损伤膜片主要呈现均匀性损伤孔洞、边缘性应力集中撕裂、以及剪切冲塞等宏观损伤模式;建立的能量释放关系、以及含预制损伤膜片损伤孔洞尺寸与爆炸峰值压力之间地内在关联为多尺度损伤机理研究提供了量化依据;数值模拟中的膜片破坏形态及损伤孔洞尺寸与试验结果基本吻合,该数值模拟研究可为多尺度试验研究提供借鉴。