基于落石模型试验的棚洞垫层力学响应及优化设计

结合边坡落石灾害现状,基于落石模型试验,系统分析落石质量、下落高度、垫层厚度、加筋位置、加筋材料等因素对落石冲击力及其动态演化的影响,揭示落石冲击棚洞的动力响应规律,结合垫层自重与落石冲击作用双因素影响确定垫层最优厚度,并对垫层设计提出优化建议。结果表明:随着垫层厚度增加,棚洞所受落石冲击力呈非线性减小,减小幅度先大后小而后趋于稳定;在同一垫层厚度下,棚洞所受落石冲击力随落石高度和落石质量近似呈线性增大;当复合垫层设计为“5 cm河砂+聚苯乙烯泡沫(EPS)+10 cm河砂”时,落石中心处土压力峰值相较于纯河砂垫层降低约60%,缓冲耗能效果最佳;通过多元回归分析得到了落石冲击力计算公式,且计算结果与实验数据吻合良好。

民机典型机身框段垂直入水冲击特性研究

为了研究民机典型机身框段垂直入水冲击特性,采用入水冲击试验系统开展不同高度下的圆柱体入水冲击试验,研究其入水冲击响应;基于LS-DYNA任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)方法建立流体域均匀网格及局部加密网格模型,通过对比圆柱体入水冲击试验结果验证网格收敛性及流体域模型;基于验证的流体域模型及机身框段模型,研究机身框段在6.02 m/s速度下的入水冲击特性,并分析与刚性地面冲击特性的差异性以及不同入水冲击速度下的机身框段冲击响应特性。结果表明:ALE方法在结构入水冲击方面具有较高的模拟精度,且采用局部加密网格时可以极大减少流体域模型网格数量和入水冲击计算时间。机身框段入水冲击时的失效模式与刚性地面冲击时的失效模式较为一致,但机身框段结构整体变形程度减小,客舱地板横梁变形程度增大;机身框仍是吸能最多的部件,但水也吸收了大量的冲击能量,使得地板导轨处的加速度始终小于刚性地面冲击时的加速度;随着机身框段入水冲击速度的增大,机身框发生弯折和上翘的程度加剧。

轴向串联式吸能管的缓冲吸能特性

针对工程技术领域的碰撞载荷削峰减载问题,采用数值模拟与试验相结合的方法研究了轴向串联式吸能管的吸能特性:首先基于材料高速拉伸试验,构建吸能管的材料Johnson-Cook动态本构参数,并对拟合参数有效性进行评估;随后通过数值模拟与高速冲击试验研究高速撞击过程中吸能管的缓冲吸能特性,评估仿真与试验的一致性;最终通过数值模拟对吸能管轴向串联构型与单管构型之间的吸能评价指标开展对比分析。分析研究表明:数值模拟与冲击试验的变形模式、载荷曲线、吸能评价指标均吻合较好,材料性能参数准确,仿真预示方法有效,高速冲击试验方案合理可信;与相同结构参数的串联构型吸能管相比,单管构型吸能管在压缩过程中会出现非轴对称、不稳定的扭曲变形,单管构型的有效压缩行程减小了13%,峰值载荷提高了33.4%,撞击瞬间载荷提高了15%,平均压缩力提高了13%,载荷峰均比提高了17.7%;吸能管的串联构型是更为理想的缓冲吸能结构。

客车侧面碰撞安全研究进展

为了完善并制定具有中国特征的客车侧面碰撞安全法规,首先,阐述了欧洲及美国的汽车侧面碰撞安全法规,并介绍了中国客车法规的现状,从碰撞形式、假人类型、碰撞速度、假人位置及评价指标等方面对比了欧洲和美国汽车侧面碰撞法规的差异性;其次,从碰撞实验的角度,在实车碰撞、台车实验及计算机模拟仿真实验等方面总结了目前国内外对大客车侧面碰撞安全的研究现状,并对计算机模拟仿真实验从强度、结构、刚度等方面进行阐述;最后,基于当前国内外大客车的碰撞安全研究现状,预测了提高客车被动安全的发展趋势,即虚拟测评技术、主被动安全一体化、碰撞相容性等。研究结果可以为我国推出客车侧面碰撞法规提供理论参考。

低应变率冲击荷载下节理花岗岩的动力响应规律

岩体中节理面的存在是引起冲击应力波衰减的主要原因,会造成爆炸能量的衰减及降低爆破效果。为探讨低应变率下不同节理倾角花岗岩在冲击荷载作用下的动态力学性质、应力波传递规律和能量传递规律,利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)试验装置对低应变率下3种不同冲击气压、4种不同倾角的节理花岗岩进行冲击试验。结果表明:(1)在含节理的岩样中,其峰值应力随节理倾角的增大呈下降趋势,随冲击荷载的增大呈上升趋势;(2)透射系数随节理倾角的增加先增大后减小,随冲击荷载的增大先减小后增大;(3)能量传递系数随节理倾角的增加先增高后降低,完整岩样、节理倾角θ=0º和45º的岩样,其能量传递系数都随着冲击荷载的增大而减小,而节理倾角θ=15º和30º的岩样,其能量传递系数随着冲击荷载的增大先减小后增大。

一种新型引磁式磁流变阻尼器研究

针对特定结构限制下磁流变阻尼器工作性能的优化问题,在传统磁流变阻尼器的基础上设计了一种新型引磁式磁流变阻尼器,建立了磁场与流场耦合动力学模型;以输出阻尼力和动态可调系数为优目标函数,基于多目标遗传算法对该型磁流变阻尼器内部活塞进行了优化;建立了多物理场耦合模型并进行了仿真和冲击试验。仿真结果表明:在相同外形尺寸条件下,新型磁流变阻尼器的有效阻尼通道长度为64 mm,相比普通磁流变阻尼器提高了60%;新型磁流变阻尼器的力学特性与动态可调性更加优越,当施加2.0 A电流、活塞运动速度为0.09 m/s时,新型磁流变阻尼器的输出阻尼力为55.9 kN,相比普通磁流变阻尼器(32.4 kN)提高了72.5%;施加不同大小电流时新型磁流变阻尼器的峰值压力与吸能容量均明显高于普通磁流变阻尼器。冲击试验结果表明:当施加2.0 A的电流、冲击速度为2.45 m/s时,相比普通磁流变阻尼器,其峰值压力达到11.64 MPa、峰值压力提高约41%。峰值压力试验结果与仿真结果对比表明:仿真结果和试验结果的趋势是一致的,其相对误差在0.1之内,表明了仿真模型的有效性。

高应变率冲击荷载下节理花岗岩损伤机制研究

针对冲击荷载作用下贯通节理花岗岩动力响应特征和能量演化规律这一研究目标,以含不同倾角节理花岗岩为研究对象,基于不同倾角节理岩体损伤力学理论模型,开展了高应变率下不同节理倾角花岗岩的分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,简称SHPB)冲击试验,完成了高应变率下花岗岩的损伤特征研究,获取了岩体动态力学性质和能量耗散特征。研究结果表明:(1)基于Druck-Prager准则和Weibull强度分布准则,结合弹性波理论,建立了不同倾角节理岩体的应力-应变理论模型,该模型能够较好地反映花岗岩的抗压强度、弹性模量随节理倾角变化的动态力学特性,具有较强的倾角效应;(2)相同冲击荷载下,随节理倾角的增大,能量反射系数呈线性上升趋势,能量传递系数呈线性下降趋势,岩样的峰值应力逐渐而减小;相同节理倾角下,随冲击荷载增大,能量反射系数先增大后减小,能量传递系数先减小再增大,能量吸收率随节理倾角的增大而减小;(3)当冲击荷载相同时,完整岩样、节理倾角θ=0°和θ=15°岩样的破碎程度较大,而节理倾角θ=30°和θ=45°岩样的破碎程度较小;当节理倾角相同时,随冲击荷载增大,超过岩样最大抗压强度时,岩样由剪切和拉伸破坏逐渐转化成压碎破坏,且破碎程度也随之增大。

动态力学模拟试验信号产生系统结构设计

为解决现存高速碰撞动态力学模拟冲击试验存在的试验成本高、试验周期长,且无法实现连续多次高幅值冲击等问题,对高速连续冲击动态力学模拟试验信号产生系统结构进行了设计。通过对高速连续多次冲击信号进行靶场实测、仿真分析,揭示冲击信号特征,提出技术要求;根据信号特征,确定设计方案,利用“旋转式转盘+退让式冲击头”装置,产生连续多次高幅值、短间隔的冲击过载信号;通过模态分析及数值模拟,验证方案设计的可行性,并进行样机测试。结果表明:设计可实现模拟连续冲击大于10次,冲击幅值高于5000g,冲击时间间隔小于3 ms,且冲击时间间隔可调。设计可满足在实验室中对高速碰撞动力学信号的模拟检测,为实验室模拟高速连续冲击过程并进行冲击信号动态性能研究提供参考。

对冲式冲击试验机的设计及其动力特性的研究

为了对舰船内部电子设备进行高加速度冲击检测,提高冲击试验机的检测能力,对传统的冲击试验机进行了结构上的改进,提出了一种新型的对冲式冲击试验机,并对设计参数及其动力特性进行了研究。首先,介绍了对冲式冲击试验机的机械结构和控制原理,建立了设备的运动学模型,将试验动作划分成了四个过程(分别为蓄能、释放、碰撞与刹车阶段),并对各阶段进行了数学建模分析,确定了最大能量碰撞点;然后,建立了实体模型,使用ANSYS软件对其进行了计算机仿真,评估了结构稳定性,预测了其冲击加速度;最后,通过多次试验检测了动力特性,在不同位置下重复测试了该设备碰撞点位置与产生的冲击加速度大小,采集了加速度与位移信号,对信号进行了降噪滤波处理与微分计算,验证了设备性能的可靠性。研究结果表明:该试验机结构简单、操作容易,可重复试验;每次试验中碰撞点距理想位置分布数据散度在30 mm以内,数据稳定可靠,符合设计需求,控制方法合理;通过调节试验台与冲击台的释放位置可以改变冲击产生的加速度大小,在极限位置释放时最高能产生2 000 g左右的冲击加速度,满足各种元器件对耐冲击测试的试验要求。

公路转弯段线形指标对混凝土护栏安全性能的影响

公路转弯段的线形设计指标对护栏的安全性能有重要影响。文中基于路侧安全领域广泛使用的有限元软件LS-DYNA,通过模拟和实车试验对比验证模型的有效性,建立货车与混凝土护栏复杂碰撞试验模型,模拟计算得到车辆碰撞护栏的详细动画,作为平曲线路段上护栏安全性能的直观感受,将行车道半径、路面超高、车辆速度作为变量,研究和量化主要线形指标对混凝土护栏安全性能的影响。结果表明:道路半径接近与设计速度对应的极限最小半径时,车辆的翻滚角增大,车辆易碰撞护栏发生侧翻;行车道路面超高6%为混凝土护栏安全性能的临界点,采用大于6%的超高会使车辆沿护栏迎撞面爬坡跃升的高度增加,车辆更容易发生侧翻,设计时应避免大超高(6%以上)和小半径极值的组合;在曲线路段,碰撞速度对护栏安全性能的影响明显,整体式货车车速达90 km/h后,发生侧翻的风险明显增加。文中研究成果可为道路曲线路段路侧的线形安全设计提供理论基础。

适应我国高集中度电力现货市场的发电侧市场力辨识方法

我国电力现货市场发电侧拥有高市场集中度的特点,市场力的滥用辨识变得尤为重要。对美国事前市场力的辨识方法进行了详细综述,分析指出了行为-影响测试方法更适用于我国电力现货市场。在此基础上,进一步研究提出了高市场集中度下的事前-事后市场力辨识方法,包括用于辨识潜在市场力的剩余供给指标测试法和市场模拟仿真法、用于辨识事中市场力的行为-影响测试方法和从市场整体运行情况、用户侧、发电侧和电网侧4个维度进行全面评估的事后市场力辨识方法。最后,通过算例分析,论证了所提市场力辨识方法的合理性和可行性。

点阵构型对夹层结构抗鸟撞性能的影响

空心夹层叶片由于同时具备轻量化与吸能特性而被广泛应用于航空发动机设计,研究了四种不同点阵构型对填充式叶片等效模拟件的抗鸟撞能力的影响。通过均匀化方法给出四种点阵构型的等效刚度,然后基于随形自适应点阵填充结构的建模方法建立点阵填充的曲板模型,通过3D打印将单胞填充平板结构制造出来进行鸟撞试验并进行数值仿真。从变形机理和能量吸收的角度分析了四种不同单胞下填充结构的抗鸟撞性能,BCC具有更好的抵抗z方向挠度和面内y方向的褶皱两种变形的表现且相比于其他几种结构的吸能作用更优,所以BCC具有更好的抗鸟撞能力。

不同钢纤维掺量全轻混凝土梁落锤冲击试验研究

由于全轻混凝土结构抗剪承载力较低,因此有必要探究钢纤维的加入对全轻混凝土梁动力性能的影响。设计钢纤维体积掺量为0%、1%、2%共3根适筋梁,对其跨中区域进行落锤冲击试验,并利用LS-dyna有限元软件进行数值模拟,对比分析各试件破坏形态、冲击力时程曲线、跨中位移时程曲线。试验结果表明:在相同冲击荷载作用下随着钢纤维体积掺量的增加抑制裂缝产生和发展的现象越显著,并且裂缝相对更加集中于梁跨中区域,支座处裂缝相对减少。钢纤维的加入不影响试件冲击力最大值,但随着钢纤维体积掺量的增加,各试件冲击力第二峰值与最大值之比增加14%和26%,跨中位移最大值与残余位移分别降低3、8mm与3、7mm。经研究得出钢纤维的加入显著提高全轻混凝土梁抗冲击性能。

TA1纯钛绝热剪切行为及变形机制

利用分离式霍普金森压杆实验装置,对TA1纯钛帽形试样进行高应变速率下的动态冲击实验,并利用金相显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术研究了不同应变速率下纯钛的绝热剪切行为及变形机制。结果表明:在动态加载下,纯钛帽形试样的强迫剪切区出现明显的绝热剪切带。随着应变速率的增加,绝热剪切带宽度变窄,长度增加,表现出较大的绝热剪切敏感性。纯钛绝热剪切带中心区的变形机制是由绝热温升和剧烈塑性变形的共同作用而发生的几何动态再结晶,过渡区的变形机制以位错滑移为主,孪生变形辅助,而基体的塑性变形机制为位错滑移和孪生共同主导。

细长桁架臂卸载反弹动应力分布规律及试验

为研究细长桁架臂在卸载冲击下的动态响应变化规律,提出了基于等效梁振型函数的桁架臂动应力分布计算模型。根据等效梁振型函数,探讨了卸载后桁架臂动应力分布假设,分析了影响桁架臂卸载反弹动响应的相关参数。以装备细长桁架臂的动臂塔机为对象,建立了桁架臂精细化有限元模型和起重机刚柔耦合模型,通过仿真辨识了应力分布模型的关键参数。实施了动臂塔机系列载荷卸载冲击试验,桁架臂上主弦杆的动应力试验值与理论计算结果误差小于7%,表明动应力分布理论模型与实际相符。通过理论模型预测了极限工况下桁架臂上主弦杆动应力分布状态,发现在最大载荷卸载条件下起重臂动应力峰值超过结构承载极限,为卸载条件下起重机关键结构的优化设计提供依据。

装药过载环境力等效模拟实验技术研究

为解决装药安全可靠性能实验成本高、强过载环境测试难度大等瓶颈问题,以等效模拟弹体侵彻钢板时内部装药过载环境力为目标,基于数值模拟方法,设计了装药过载环境力等效模拟实验装置,并开展了等效模拟实验,突破了同时满足加载压力大于1 GPa和脉冲宽度大于100μs的技术难点。结果表明,弹丸侵彻钢板时装药受到的过载为正弦波单脉冲。在装置中采用波形调整器不仅能够调控加载到待测药表面的波形,还能对压力的衰减产生大幅影响。随着波形调整器厚度的增大,加载在待测药表面的压力逐渐减小,脉冲宽度显著增大;随着飞片厚度增大,飞片获得的驱动速度逐渐减小,加载在待测药表面的压力明显减小,脉冲宽度变化不明显。装药过载环境力模拟装置形成的脉冲特征值与弹丸侵彻钢靶过程的数值模拟结果对比,超压峰值误差最高为5.71%,脉宽误差最高为14.8%,均低于15%,验证了用该装置模拟弹体侵彻钢靶时装药加载状态的等效性。

Ⅳ型LPG气瓶冲击试验的国内外标准探讨

T/CATSI 02005—2019《液化石油气高密度聚乙烯内胆玻璃纤维全缠绕气瓶》的编制是在理论分析和研究的基础上,修改采用了EN14427:2014《液化石油气设备及配件用于液化石油气的可运输的可充填全封闭复合气瓶设计和施工》有关热塑性非金属内胆全缠绕气瓶部分制定的。通过对冲击试验结果进行分析来探讨T/CATSI 02005—2019和EN14427:2014两个标准的差异性。建议在不影响试验结果的前提下优化试验方法,验证气瓶受外来物体冲击后的抗冲击性能,同时保障试验过程中的生命、财产安全。

半刀宽插铣冲击力有限元分析与实验研究

半刀宽插铣是一种常见的型腔加工方式,在顺铣切入和逆铣切出时由于刀—屑接触宽度突变会产生较大冲击,严重影响刀具使用寿命。通过有限元计算与实验相结合的方式,对半刀宽逆铣加工中的冲击力学行为进行研究。以40Cr合金钢为研究对象,建立半刀宽逆铣有限元计算模型,根据加工中刀—屑接触宽度与切削力的变化特点,以刀—屑接触宽度发生突变对应时刻的切向力表征冲击力,采用极差分析法与单因素分析法研究各切削参数对刀具冲击力的影响规律,并通过实验验证了模型的有效性。实验结果表明,仿真与实验冲击力的相对误差在10%以内,证明该有限元模型可用于半刀宽插铣冲击力预测和切削参数优化;冲击力与插铣步距和每齿进给量成正比,随着切削速度的增加,冲击力先增加后减小。

养殖肥水喷灌条件下摇臂式喷头水力性能研究

【目的】研究不同喷灌介质对喷头水力性能的影响。【方法】以20PY2H摇臂式喷头为研究对象,在不同工作压力下测定了清水和养殖肥水2种喷灌介质对喷头压力-流量、喷头水量分布的影响。通过模拟计算和田间喷灌试验分析相结合的方法,探查喷灌介质、工作压力、组合间距、田间气象条件与喷灌均匀性之间的关系。【结果】(1)与清水灌溉相比,养殖肥水运行下喷头流量降低了2.06%~5.38%,射程前中段径向水量分布差异较大;(2)工作压力为200~300k Pa、组合间距为1.0R~1.4R条件下,MATLAB拟合出的CU模拟值为0.74~0.88,CU试验值为0.66~0.79。复杂的大田气象条件导致喷灌均匀系数下降了6.28%~12.78%。工作压力、喷头组合间距对清水运行喷灌均匀性的影响大于养殖肥水运行。【结论】养殖肥水喷灌更利于喷灌系统降低工作压力和增加喷头布置间距以降低设计成本。

舰载飞机着舰撞击载荷实测技术研究

针对国内飞机起落架载荷测量中普遍存在的静标动测问题,从理论和机理上分析了静标定的应变法实测动态载荷存在问题的原因。同时,考虑到舰载飞机因定点着舰方式遭受严重的动态载荷,重点研究了舰载飞机着舰撞击载荷的静标动测问题。通过动态落震试验模拟飞机着舰过程,根据测力平台的实测载荷分析,获取了应变法实测载荷精度受动态影响的程度,提出一种改进的惯性修正方法,即:通过落震试验数据辨识质量矩阵,通过辨识的质量矩阵和实测加速度修正应变法的实测载荷。试验结果表明,改进的惯性修正方法进一步提高了垂向载荷的测量精度,显著提高了航向和侧向载荷的实测精度。