动载作用下高强度钢的层裂特性研究

结合VISAR测试技术,进行平板撞击试验,得到G50和30CrMnSiNi2A钢试件的自由面速度-时间曲线,分析材料的层裂强度、层裂片厚度及各自的应变率;用LS-DYNA结合Johnson-Cook本构模型和最大拉应力断裂准则,数值模拟了平板撞击层裂现象。结果表明:G50钢抵抗冲击的能力优于30CrMnSiNi2A钢;层裂强度和弹性屈服极限随应变率增加而增加;最大拉应力断裂准则较好地描述了这两种材料的层裂现象;数值模拟结果与试验结果较吻合,验证了模型的可靠性。

泡沫铝夹芯板重复击穿塑性响应及失效破坏

文中基于泡沫铝夹芯板的重复冲击实验,研究了冲头形状对夹芯板塑性响应及失效破坏的影响,并分析了其变形累积和能量耗散特性.结果表明:冲头直径与夹芯板边长比α直接影响夹芯板的变形模式,进而影响夹芯板的失效破坏模式.当α为0.2时,夹芯板主要产生局部凹陷,芯层通过局部压缩耗散能量,正面板首先发生破坏;当α达到0.4时,夹芯板主要产生整体弯曲和拉伸,芯层通过整体压缩耗散能量,背面板首先发生破坏.α越大,碰撞力峰值越大,碰撞时间越短,夹芯板的抗击穿次数越大.冲击能量越大,夹芯板在重复冲击下的能量恢复系数越小.

基于冲击回波法的钢衬混凝土内部缺陷探测研究

针对冲击回波法多用于单一结构厚度和缺陷检测且在组合结构缺陷识别领域应用较少的问题,提出了基于冲击回波法检测钢衬混凝土组合结构构件厚度公式。首先采用数值模拟方法探究弹性波在钢衬混凝土内部的传播特性,分析缺陷埋深对冲击回波法特征参数的影响,然后开展室内模型试验研究,进一步验证公式的准确性。结果表明,提出的冲击回波法检测组合结构构件厚度计算公式能较好地适用于钢衬混凝土构件现场检测,现场冲击回波法检测获取的卓越频率可真实反映钢衬混凝土结构混凝土内部质量缺陷。

冲击载荷作用下新型加筋板损伤变形试验研究

船舶在遭遇碰撞搁浅事故时,加筋板是最先受到载荷的构件,其耐碰撞性能直接影响船体结构的安全性.文中以船体典型加筋板结构为研究对象,基于重量等效原则设计了结构近似的传统加筋板与U型加强筋加筋板,通过开展落锤碰撞试验,从损伤变形、碰撞载荷方面分析结构响应.结果表明,在相同撞击能量的情况下,U型加强筋加筋板的极限撞深与残余变形均小于传统加筋板,在碰撞后期,U型加强筋加筋板的碰撞力明显高于传统加强筋加筋板.

碳/芳纶纤维混杂复合材料层合板弹道冲击特性研究

为了探究碳纤维、芳纶纤维、碳/芳纶纤维混杂平板的抗冲击特性,分别对T700SC-12K-50C碳纤维层合板、1000D629T芳纶纤维层合板以及两种碳/芳纶纤维混杂平板进行弹道冲击试验,通过抗冲击性能评估参数对其弹道冲击特性进行评估;同时借助CT扫描结果分析了层合板的内部损伤情况,揭示了其破坏吸能机理,并进一步探究了纤维混杂对弹道冲击特性的影响。结果表明:随着弹体入射速度的增大,平板的能量吸收能力升高,直至饱和达到峰值。当弹体入射速度超过弹道极限时,随着入射速度的升高,平板的吸能量保持稳定或略有下降,而能量吸收率逐步下降。与纯碳纤维平板相比,纯芳纶纤维平板的抗冲击性能更优,将纯芳纶纤维平板两侧替换为碳纤维铺层,可有限提高整体的吸能效果,但替换的碳纤维占比较多时,反而使平板的抗冲击性能下降。在圆柱弹体冲击下,纯碳纤维平板为切孔型损伤,以剪切破坏为主,且损伤集中在弹体冲击部位附近。纯芳纶纤维平板、碳/芳纶纤维混杂平板为炸裂型损伤,弹孔形貌靠近迎弹面区域呈圆孔状,在背弹面损伤区域呈锥状隆起。损伤形成过程分为挤压变形、剪切侵彻和拉伸侵彻三个阶段。

铝制板翅式冷凝器更换芯体修复技术应用试验

针对某型采用铝制板翅式结构的冷凝器内部冷热路串气的故障,进行更换芯体修复技术方案研究,重点对修理后是否满足互换性要求进行了可行性分析,并对按方案修复后的冷凝器热动力学性能进行了充分验证。结果表明,更换芯体修复能将产品热动力性能恢复至设计水平,并能保证产品在耐冲击、耐振动等方面满足装机使用需求。

基于DOE的电池包底部球击的仿真分析研究

基于电池包底部球击工况的仿真,以预浸料模压成型(PCM)底板替代钢底板,以实现电池包底板的减重。通过RADIOSS软件建立电池包底部球击仿真模型,分析球击完成后底板为钢板和PCM板时,应力应变分布和模组变形情况。钢板方案下,模组变形量为2.03 mm,PCM方案下,模组变形量为2.62 mm,PCM板方案较差,不满足要求,进行试验设计(DOE),对PCM板材料参数进行因子筛选,得到最优方案。选取部分底板进行试验,并与模拟结果进行对比分析,验证复材仿真建模的准确性。将优化后的PCM底板代入整包模型再次仿真,模组变形量为2.27 mm,结果满足模组变形量小于2.5 mm的要求。通过研究,PCM底板可以替代钢板,在满足要求的前提下,质量减轻40%。此研究可以为电池包的底板设计和轻量化提供指导。

弹性应力波的双脉冲结构与平板冲击试验验证

对传统弹性应力波理论以及平板冲击下的应力波传播提出了重要修正.现有的弹性应力波理论在旋转运动以及与内力的对应关系、波动方程等方面存在理论缺失和不完备性.提出弹性体存在体积波和偏斜波,体积波可独立传播但偏斜波受体积波的影响,两种波构成一个弱耦合波系.平板冲击应为三维应变状态,体应变和偏应变两个波动变量依然保持二阶张量状态,但独立的波动变量可简化为一个体应变和一个偏斜主应变,波动方程简化为关于两个波动变量的弱耦合波动方程组.应力波的界面效应涉及了冲击加载面上应力波的激发和应力波在自由面上的反射,建立了加载面和自由面上边界条件与波动变量的依赖关系.冲击加载面上同时激发出体积波和偏斜波,但体积波与部分偏斜波组成一个以较快速度传播的复合脉冲,剩余偏斜波形成另一个以较慢速度传播的偏斜脉冲.两个入射脉冲在自由面上分别反射回来结构相同的复合脉冲和偏斜脉冲,即形成4个反射脉冲的传播.应力波的双脉冲结构与平板撞击下试件自由面速度的二次压缩现象是一致的,10发不同厚度的氧化铝平板冲击试验测得的二次压缩信号验证了偏斜脉冲的理论预测.

结构钢厚板低温冲击韧性试验研究

随着结构钢厚板厚度的增大,其韧性性能会变差,特别是在低温环境中更加明显,针对该问题进行了钢厚板冲击韧性的深入研究.对60～150 mm厚的钢板进行了低温下的冲击韧性试验,并且利用Boltzmann函数对试验结果进行拟合分析,得到不同试验条件下的韧脆转变温度及其变化规律.结果显示:钢厚板的冲击韧性随温度降低,板厚增大以及沿板厚度方向由表面到中心的位置变化而降低;结构钢厚板脆性特征明显,要引起足够重视.

基于荷载时程分析法的钢筋混凝土与钢板混凝土墙冲击响应对比分析

为对比核电站核岛厂房钢筋混凝土结构(RC)与钢板混凝土结构(SC)外墙的抗冲击性能,基于荷载时程分析法,用显示非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA仿真分析1/7.5比例飞机模型撞击RC、SC墙的冲击实验。将RC、SC墙破坏模式、混凝土碎片残余速度及背部钢板变形等计算结果与飞射物-靶体相互作用分析法计算结果及实验结果以及同厚度不同结构类别墙的计算结果进行对比。结果表明,基于荷载时程分析法计算结果有一定保守性,与实验结果吻合较好,且SC墙抗冲击性能优于RC墙,尤其背部钢板能有效约束混凝土撞击方向的运动及限制混凝土碎片飞溅。用于抗飞机撞击的SC结构墙体厚度可适当减薄。

刚性弹丸撞击下混凝土板侵彻极限深度与痂斑极限厚度经验公式的验算

为了估算混凝土板在外来飞射体撞击下的侵彻极限深度与痂斑极限厚度,总结了以往试验与理论研究成果,评价了几种有代表性的经验公式,对4 种具有不同特征参数的导弹撞击混凝土板时的侵彻极限深度与痂斑极限厚度进行了对比。结果表明,现有的经验公式估算侵彻极限深度的差异不大,而估算痂斑极限厚度有时差异较大。

980钢板的冲击值标准探讨

通过对世界各国有关法规的对照分析,对高压空气瓶瓶体所采用的 980 钢板冲击值标准进行探讨。

矩形冲头冲击下船体板的塑性动力响应

矩形板是船舶结构的最基本组成元素,船舶结构遭受矩形质量撞击的工况时有发生,因此应对船体板结构的抗撞性能给予足够重视。本文以船体矩形板为研究对象,采用动态冲击实验技术和刚塑性理论相结合的方法,分析了船体板在受到矩形质量块撞击作用时的变形损伤机理;研究中采用试验方法得到船体板的变形模态,在此基础上运用刚塑性理论分别导出了船体板的变形和碰撞力的理论公式,并用实验结果验证其准确性;最后采用理论方法对船体板的边界条件和载荷集中系数等相关参数进行分析。通过与实验结果的对比发现,本文给出的刚塑性理论公式能够较为准确地预测船体板变形和冲击力。

7A04-T6高强铝合金板对平头杆弹抗侵彻行为的试验与数值模拟研究

为了解高强铝合金对动能杆的抗侵彻性能,在一级轻气炮上开展了直径5.98 mm的平头刚性弹侵彻6mm厚7A04-T6铝合金靶板的打靶试验,撞击速度范围为73.9~446.5 m/s。获得了弹体贯穿靶板后的剩余速度以及靶板的断裂行为,通过拟合初始-剩余速度数据得到了弹道极限。同时,在ABAQUS/Explicit中建立了三维有限元模型对打靶试验进行了数值计算,7A04-T6的力学行为通过Johnson-Cook本构模型和修正的Johnson-Cook断裂准则描述。试验结果表明,7A04-T6高强铝合金靶板在平头弹撞击下发生剪切冲塞,塞块表面有明显裂纹产生,弹道极限为156.0 m/s,剪切冲塞可在撞击速度不低于约0.90倍弹道极限时形成。数值仿真发现,有限元计算可成功再现靶板的剪切冲塞及冲塞表面的断裂;预报的弹道极限为168.8 m/s,比试验结果高约9%;撞击速度不低于0.92倍弹道极限时靶板发生剪切冲塞破坏,与试验结果十分接近。

垂向冲击作用下金字塔点阵夹芯单元结构失效分析

为研究金字塔点阵夹芯结构在垂向冲击载荷作用下的动态力学性能,通过对其中一个单元结构在垂向压力作用下的受力和失效模式分析,同时考虑应变强化和应变率影响,建立了结构失效应力计算方法。为验证该计算方法,开展了落锤冲击试验,同时利用高速摄影机记录模型的响应过程,测量了模型垂向压缩的等效应力-应变关系。试验结果表明:结构失效模式与理论分析吻合,结构失效应力与理论计算相差不大。该研究结果可为金字塔点阵夹芯结构冲击吸能理论研究和数值仿真研究提供参考。

基于抵抗疲劳和断裂的桥梁允许最大钢板厚度的确定

我国公路桥梁设计规范没有给出允许的最大钢板厚度,铁路桥梁规范允许的最大钢板厚度为50mm,欧洲钢桥设计规范中允许使用的最大板厚相对较厚。以防止钢桥疲劳和断裂为目标,提出一种钢材选材和钢板最大允许厚度的确定方法。疲劳裂纹的扩展采用断裂力学理论,裂纹端部的应力强度因子基于同时考虑脆性断裂和塑性屈服断裂影响的R6破坏模式,采用冲击功和相应温度确定含裂纹钢板的低温断裂韧性,并考虑了桥梁中焊接残余应力,加载的应变速率,钢板弯曲成型等因素对最大允许板厚的影响。根据以上理论和方法开发了计算程序,并以重庆市江津观音岩长江大桥为例,确定了钢材的种类和允许的最大钢板厚度。

纵向变厚度钢板力学性能试验研究

由于轧制工艺不同,纵向变厚度钢板力学性能与等厚度钢板存在较大差异,且性能变化范围较大。针对该问题进行研究,对12~120 mm厚的纵向变厚度钢板进行拉伸、冲击及Z向性能试验,得到钢板不同厚度处力学性能变化规律并评价其均质性。结果表明:纵向变厚度钢板性能基本满足相关规范要求,强度指标随厚度增加而降低;Z向性能稳定,但冲击韧性随厚度变化波动较大,板厚较大时需要特别注意。变厚度钢板的力学性能不同于等厚度钢板,采用等厚度钢板性能评价指标并不合理,需要进行深入研究。

不锈钢复合板与16MnR钢冲击拉伸力学特性研究

常温下以不锈钢复合板(16MnR钢板与0Cr18Ni9Ti钢板爆轰复合)和16MnR钢为研究对象,利用分离式霍普金森杆技术,在旋转盘冲击拉伸试验机上完成冲击拉伸加载试验。研究应变率在270～1650s-1范围内,材料的冲击力学特性。测试结果表明,不锈钢复合板和16MnR钢具有应变率强化效应,通过电镜分析确定过载断裂区为韧窝结构,爆轰复合经热处理后材料的塑性基本无改变,两种材料仍为塑性材料。

冲击载荷下锚杆托板及组合构件力学性能试验研究

在冲击地压巷道中,冲击载荷会造成锚杆支护系统构件与围岩相互作用力急剧增加,托板在高作用力下易出现变形破坏。针对上述问题,采用微机控制电液伺服试验机和自主研发的落锤冲击试验装置,对煤矿常用的拱形托板及其组合构件等3种试样进行了力学性能测试,获取试样静载力-位移曲线、冲击力时程曲线、位移时程曲线及变形破坏特征,分析了锚杆托板及组合构件的抗冲击性能。研究结果表明:静载作用下,托板承载力位于228~243 kN,最大变形量14.10 mm,变形呈现拱高降低、四角翘起、连接部位向圆心转移等特征。动载作用下,托板变形均经历拱高降低、四角翘起及压平3个阶段,冲击能量为500~3 000 J时,冲击力时程曲线呈现急剧上升阶段、震荡作用阶段和迅速下降阶段;冲击能量为3 500~5 000J时,冲击力时程曲线呈急剧上升阶段、震荡稳载阶段、震荡上升阶段和迅速下降阶段。随着冲击能量的增加,试样的冲击力峰值均逐渐增大,与静载相比,托板试样的动载荷峰值较大。试样位移时程曲线可分为弹塑性变形和回弹变形两阶段,弹塑性变形阶段变形量与作用时间呈现线性关系,正、反向及组合构件最大形变量平均作用时间占比分别为68.66%、69.25%、66.66%;回弹变形阶段,3种试样平均弹性形变量分别为1.71、1.84、3.23 mm。整个冲击过程中,3种试样冲击能量平均转化率分别为96.82%、97.33%、93.78%。总体来看,托板正、反向冲击力学性能及变形特征一致性较好,与单独托板相比,组合构件可实现吸能、延长冲击力整体作用时间、缩短震荡作用时间、改善托板承载特性等作用。研究成果为冲击地压巷道锚杆支护的托板及组合构件选取提供一定借鉴。

高导无氧铜圆柱-平板冲击实验及不同本构模型效果比较

利用一级气炮对高导无氧铜(OFHC)进行了圆柱以205 m/s速度冲击平板实验,并进行了数值模拟。用锰铜应力计测试了靶中应力随时间的变化,并进行了回收观测。采用Johnson-Cook(J-C)、Zerilli-Arm-strong(Z-A)、Steinberg-Cochran-Guinan(S-C-G)3种本构模型对实验进行了数值模拟。实验结果与数值模拟结果比较表明:就峰值应力而言,采用J-C、Z-A及S-C-G本构模型的计算结果都比较接近实验;就圆柱变形而言,Z-A及S-C-G模型的计算较J-C模型结果更符合实验。然而,速度为500 m/s冲击实验的数值模拟结果表明:3种本构模型的计算结果差异明显。