复杂边界条件下半球壳受迫振动响应分析

基于半解析法求解得到中厚半球壳的稳态振动与瞬态振动响应。基于一阶剪切变形理论推导球壳结构能量表达式,引入Jacobi多项式和傅里叶级数表示半球壳结构的轴向和径向位移,利用Ritz法得到半球壳的稳态振动响应,与有限元法结果对比验证了本文方法的有可行性。在此基础上,对半球壳在不同边界条件、截顶角和壳体厚度下稳态振动与瞬态振动特性规律进行了分析总结。

爆轰驱动下45钢半球壳膨胀断裂破片回收研究

基于爆炸驱动金属半球壳产生的破片速度分布特点,设计了聚氨酯泡沫/水/聚氨酯泡沫3层介质组合的破片全回收系统。聚氨酯泡沫桶由侧壁与底部一次成型的3个泡沫桶组件拼接,结构紧凑,防水性能高。在泡沫桶底部盛水并增加一定厚度的漂浮泡沫板,加强了回收池底部防护。采用该泡沫桶开展了中心点起爆驱动45钢半球壳膨胀断裂的全回收实验。实验结果表明,破片回收率超过88%,破片内外表面辨识度高,绝大多数破片穿透泡沫桶侧壁和漂浮泡沫板并沉入水底。漂浮泡沫板和底部水层对破片速度的衰减效果明显,泡沫桶底部无破片侵彻。新设计的回收系统可回收接近2π立体角的飞散破片,表明该回收系统的适用范围涵盖了实验装置在起爆点单边的爆轰实验,拓展了该回收池可回收的破片种类。此外,新系统将竖直方向的组合衰减层总尺寸减至70 cm,为进一步优化和减小回收池尺寸提供了依据。根据破片测量数据,给出了破片质量分布结果,以及回收破片的平均厚度、平均尺寸等相关信息,并简要分析了半球壳破片与柱壳破片的特征差异,继而推算出半球壳断裂应变明显小于柱壳的断裂应变,为不同应力状态的壳层膨胀断裂机制研究提供了有益的实验数据支撑。

泡沫铝填充半球壳结构动力学特性研究

泡沫铝填充薄壁结构具有轻质、较大的承载能力以及高效的吸能特性,故越来越多地被应用于各种工程结构。本文提供了一种泡沫填充薄壁半球壳结构,并采用数值模拟方法对该结构在落锤冲击作用下的变形模态和吸能特性进行研究,同时分析了径厚比、泡沫密度以及加载初速度对该结构碰撞力峰值、内能吸收和顶点位移等吸能特性的影响。研究表明,泡沫填充半球壳受力更加均匀,能够充分利用外壳材质的塑性变形能力,吸能效果优于内空半球壳。冲击载荷下泡沫铝填充半球结构主要经历3个阶段,塑性铰产生、发展和内部填充材料压缩。冲击载荷下泡沫铝填充半球结构的主要变形模式与冲击能量和填充泡沫铝密度有关,主要体现出4种变形模态:壳体边缘隆起,冲击区域产生对称分布的凹痕;壳体边缘隆起,冲击区域压平;壳体向内凹陷形成八边形塑性铰,冲击区域产生对称分布的凹痕;壳体向内凹陷形成平整塑性铰,冲击区域压平。

微半球壳谐振子高温吹制工艺仿真及形貌影响机理研究

基于传统半球陀螺仪精度高、寿命长、可靠性高的优点以及MEMS器件体积小、重量轻、可批量生产、易于数字化等特点,微半球谐振陀螺仪兼备微小体积与中高精度的潜力,是当下微型陀螺仪的研究热点。微半球壳谐振子的高温吹制法制备工艺具有实现高性能的潜力和可批量化生产的优势,是谐振子制备工艺的重要方向。但是,此工艺方法下谐振子为一次成型,且难以后期修调。本文基于高温吹制法工艺原理建立了工艺仿真模型,可以直观地揭示微半球壳成型过程并准确地预测微半球壳的最终形貌;此外,结合形貌影响因素分析,详细探讨了玻璃厚度、基底环形槽几何参数、环形槽腔体内外压强比等主要因素对谐振子形貌的影响机理,可为微半球壳谐振子形貌控制提供重要依据。

大型薄壁铝合金半球壳体旋压成形工艺研究

为满足航天用大型薄壁球形贮箱壳体整体成形需求,采用冲压预成型和旋压相结合的工艺方法,通过对预成形件形状、旋压轨迹、道次等工艺参数的研究,获得了合理的大型薄壁铝合金球形壳体整体成形工艺,制造出精度符合使用要求的薄壁贮箱壳体。工艺研究结果表明,冲压预成型件的形状、尺寸精度及旋压过程中普旋道次、强旋减薄率均对最终产品成形精度有显著影响。采用冲压预成型与旋压结合的工艺方法能够提高生产效率,发挥旋压工艺和设备的优势,使大型薄壁球形贮箱壳体的整体成形得以实现。

超半球壳体多道次拉深旋压工艺研究

针对1060超半球壳体基于板坯多道次拉深旋压进行成形性分析,提出两模法和两轮法的旋压成形试验方案,并设计不同旋压试验方案的芯模和旋轮工装。通过MC2000型数控录返旋压机,分别采用R13、R20和R25、R8不同圆角半径的圆弧式旋轮对1060板坯进行两模法和两轮法的多道次拉深旋压成形试验。两模法旋压毛坯件的凸缘边减薄严重,成形效果差;两轮法旋压采用R25旋轮4道次快速进给,R8旋轮4道次中低速精整旋压的旋压工艺,其旋压件贴模度高,成形效果好。试验结果表明:两轮法旋压工艺能实现板坯经多道次拉深旋压成形为超半球壳体。通过降低芯模转速,调整进给比和降低道次减薄率,可以消除旋压成形过程中出现的反挤、波纹和起皮等缺陷。

半球壳冲击土壤的SPH-FEM耦合分析方法

SPH方法作为一种具有无网格、拉格朗日性质的动力学求解算法,已经广泛应用于冲击动力学的研究。采用SPH-FEM耦合分析和8组试验进行半球壳冲击土壤的对比分析,比较加速度时程曲线和局部变形图,验证SPHFEM方法在处理此类问题中的适用性。利用SPH-FEM方法得到的能量和冲击力时程曲线,归纳出土壤的能量耗散机理。分析表明,数值模拟结果和试验结果吻合较好,SPH-FEM方法能胜任模拟半球壳冲击土壤的整个过程。土壤是一种很好的能量缓冲体。

冲击作用下夹层充液薄壁半球壳组合结构的动力响应

采用DHR9401作为加载工具对充液夹层构形的薄壁半球壳组合结构受质量块冲击的动力响应进行了实验研究。给出了冲击力和内压力时程曲线,结合实验变形过程的观察可以看出,冲击引起半球壳的动力响应可分为4个阶段:冲击点处的扁平化;壳面凹陷形成塑性铰并向外扩张;冲头对塑性棱区的压平以及弹性恢复。实验结果表明,双层充液球壳在受到载荷冲击时,由于液体作用使外壳受到的局部冲击转化成面载荷均匀加载在内壳上,使之具有更大的承载能力。采用夹层充液组合构形的半球壳组合结构的耐撞性有了很大的提高,在一定的冲击能量下,内部的球壳变形量很小,可以提供有效的安全防护空间。

半球壳弯曲振动的分析

本文对半球壳的弯曲振动(频率)进行了详细地分析研究.给出了壳体两端边界角及壁厚变化时,谐振频率的变化规律.对于研制半球壳作为敏感部件的仪表如半球壳谐振陀螺仪有重要的应用价值.

光纤端面可调LSPR金纳米半球壳阵列的制备

提出了一种具有可调局域表面等离子体共振(LSPR)特性的光纤端面纳米结构的制备方法.利用二维胶体聚苯乙烯球(PS)单层膜的可转移性,结合溅射沉积,在光纤端面上获得了金纳米阵列结构.扫描电子显微镜和透射电子显微镜图像表明,单个纳米颗粒具有半球壳结构,阵列结构呈现六角密堆积排列;光谱测量结果显示,制备的样品具有明显的LSPR效应,改变溅射时间可实现对LSPR峰位从可见至近红外的调控,且金纳米半球壳直径改变时其LSPR峰位调控规律相似,重复测量结果表明制备的纳米结构具有良好的稳定性.

金纳米空心半球壳膜的可调谐光学性质研究

以单层聚苯乙烯微球阵列为模板,通过控制其表面金膜蒸镀时间,制备了具有不同厚度的空心半球壳结构的金纳米膜.利用扫描电子显微镜和自制光谱仪分别测量了金膜表面形貌和其透射光谱,并分析了金膜形貌与其光学性质间的关系,同时以4-巯基苯胺为探针分子测定了金膜的表面增强喇曼散射效应.结果表明,该金纳米膜的表面等离子体共振波长随膜厚度增大而发生红移,在可见与近红外波段较宽范围内可调谐,并且,当金膜共振波长与入射激发光波长较近时,探针分子可产生出较强的表面增强喇曼信号.同时,对该现象的产生机制也进行了理论解释.

三维半球壳热设备运行状态的红外诊断

在红外测温技术中,把计算三维球壳热设备内部温度分布及内壁缺陷的方法推广到三维半球壳热设备,为此类设备内部运行状态的实时监测提供了理论依据。

2195铝锂合金半球壳体旋压件制备与其组织性能研究

采用有限元方法对2195铝锂合金半球壳体旋压成形进行仿真分析,优化了旋压成形工艺参数,并采用旋压方法制备了2195铝锂合金半球壳体,通过拉伸、金相等方法分析了旋压件的组织与性能,结果表明:采用一道次强旋至球面半锥角45°+多道次普旋成形方案制备的半球形壳体贴胎良好,性能优异。

薄壁铝合金半球壳塑性成型与基于MSC.Marc的模拟技术应用研究

本文以某铝合金薄壁半球壳的产品功能设计、塑性成型制造工艺过程的仿真为对象,通过设计工艺的计算机辅助CAD/CAE仿真优化,通过对仿真结果与成熟经验的综合分析,为产品的设计与制造工艺方案的合理制定提供了有利的保障,希望对读者有所帮助。

有缺陷半球壳振型进动的研究

半球壳是新型半球谐振陀螺HRG 的核心部件。本文主要研究有缺陷(如壳体材料密度不均匀,壳体壁厚加工不均匀)的半球壳谐振子旋转时振型的进动情况。对于设计半球谐振陀螺有现实意义。

半球壳振动的有限元法分析

本文建立了用有限元法分析球壳的动力学方程.计算分析了不同边界条件下壳体的振动频率.

薄壁金半球壳镀金沉积法制造技术研究

通过对薄壁金半球壳的结构工艺性分析,采用了在黄铜胎上沉积金层的工艺方法来制造薄壁金半球壳,获得的半径为2mm和4mm,厚度为0.05mm的纯金半球壳体,工艺实现过程相对简单,制造成本较低。为薄壁壳体的制造提供一种新的技术途径。

半球壳工件几何尺寸无损测量机构设计及精度分析

描述了一种能同时测量半球壳工件内半球和外半球的新型测量机构 ,并对测量机构引起的误差进行了分析 ,给出了其计算方法。

半球壳顶厚自动测量分选系统

论述了高精度、高速度地自动检测半球壳顶厚的新方法,介绍了研制的“半球壳顶厚自动分选机”的测控系统,仪器测量精度达到±0.0025mm,分选效率为80个/分。

落锤冲击作用下充液半球壳的实验和数值分析

采用数值仿真方法对单层内空、单层充液和双层充液不锈钢半球形薄壳在冲击荷载下的动力学响应进行了研究并实验结果进行了比较,验证了数值模拟的有效性。利用验证的模型对落锤冲击三种壳结构的变形模态及其变形特点和能量吸收进行的比对研究。分析发现:内空半球壳在冲击作用下产生镜面反射式的下凹变形,冲击结束后没有明显回弹,壳体横截面没有发生扩展;而对于内充液体的壳体,由于内部液体的作用其反射下凹边缘有了较大的过渡区,在"棱区"边缘伴有向外扩展,如果冲击能量足够,冲头会对镜面反射下凹边缘区产生熨平作用,冲击结束后有明显的回弹。单层内空壳体具有较好的吸能能力,但会使壳体产生较大的顶点位移,极大的压缩了壳内的有效防护空间。双层充液半球壳可以在产生不大的变形情况下吸收较大的冲击能量,并在内壳形成一定的防护空间,而单层充液壳体其吸能及变形情况与双层壳的外壳基本一致。