强冲击载荷作用下柴油机连杆大头瓦磨损机理研究

针对强冲击载荷作用下柴油机连杆大头瓦磨损机理开展研究,基于微观弹性流体润滑与多体动力学理论,构建了柴油机曲柄连杆机构多体动力学模型,对连杆大头瓦进行润滑仿真研究,获得轴瓦瞬态润滑特性,掌握油膜压力、粗糙接触压力以及油膜厚度变化规律。在此基础上,研究不同轴瓦间隙、工作负荷及转速条件对大头瓦润滑特性的影响,分析油膜力、粗糙接触力以及峰值油膜压力的变化规律;进一步,建立磨损模型分析强冲击载荷作用下大头瓦磨损深度。理论方程结果通过故障模拟实验进行了验证,可为连杆大头瓦磨损故障机理与故障诊断研究提供指导。

强冲击载荷下岩石本构关系研究

研究脆性岩石在强冲击载荷下的力学响应持性．采用一级轻气炮驱动的飞片撞击实验技术，测量大理岩试件组成的靶板中的应力脉冲波形；应用拉氏分析方法，探讨岩石在高应变率（104～105S-1）下的力学性质和变形特征．实验测量了一组典型的应力-时间曲线，利用拉氏分析方法对实验数据进行数值模拟，获得流场奋力学参量．分析得到岩石动态本构关系，深化了对岩石力学性质的认识．

强冲击载荷作用下钢筋混凝土本构关系的研究

基于复合材料细观思想,通过研究钢筋混凝土代表性体积单元,提出了理想情况下钢筋混凝土本构关系可由混凝土材料粘弹性本构关系与一个依赖于增强钢筋材料特性的常量G的乘积确定的思想;假设损伤只发生在混凝土材料内部,并给出了一般的损伤演化方程.由此得到了单向加筋、正交双向加筋和正交三向加筋混凝土的损伤型动态本构关系.数值拟合表明,理论预示曲线与试验结果曲线吻合良好.

强冲击载荷下混凝土动态本构关系

利用一级轻气炮对混凝土靶板进行冲击压缩试验,测量出不同冲击速度下的压力-时间信号曲线。采用拉氏分析方法对实验数据进行分析,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,从而得到混凝土材料应力-应变试验曲线。在试验研究及拉氏分析的基础上,分析混凝土材料在强冲击载荷下的动态本构特性。最后,结合损伤率型演化和粘弹性理论,建立了混凝土材料的损伤型粘弹性本构方程。数值拟合表明理论预示与试验吻合良好。

强冲击载荷对滑靴副磨损过程承载特性的影响

超负荷加载运行是使液压泵寿命加速退化的常用方法,强冲击载荷是其中一种有效的加载形式,为研究强冲击载荷作用下滑靴副磨损过程的承载特性变化规律及液压泵寿命退化机制,考虑滑靴沿斜盘表面的倾覆,建立滑靴副正常状态的承载特性方程;通过确定冲击载荷作用产生磨损的条件,定义滑靴底面磨损轮廓结构参数,推导滑靴副在强冲击载荷作用下磨损过程的油膜承载特性方程,探索强冲击载荷对油膜压力分布、油膜厚度分布以及抗冲击载荷参数的影响。分析结果表明:随着强冲击载荷和冲击次数的增加,最小油膜厚度均有减小的趋势;而随着强冲击载荷冲击次数的增加,滑靴磨损量将逐步增大,在磨损轮廓处油膜厚度将逐渐减小,油膜压力将逐渐降低;密封带宽度将逐渐变窄,抗冲击载荷能力将逐渐变弱且磨损程度愈发严重。

强冲击载荷下钢筋混凝土路面动态响应影响因素敏感度分析

为得到强冲击载荷下,混凝土厚度、钢筋位置及纵向配筋率对钢筋混凝土路面动态响应敏感度,采用混凝土塑性损伤模型,建立了钢筋混凝土路面有限元模型;采用参数化技术,对钢筋混凝土路面在强冲击载荷下动态响应的主要影响因素进行参数化计算,结合计算结果对各参数进行了敏感度分析。分析结果表明:混凝土厚度对载荷中心点最大沉降值及钢筋混凝土板底中心点最大应力值影响较大,钢筋位置次之,纵向配筋率对其无太大影响。

强冲击载荷下永磁式电涡流阻尼器阻力特性及优化研究

为研究并减弱永磁式圆筒型电涡流阻尼器在强冲击载荷下去磁效应对火炮后坐阻力的影响,根据其工作原理,对永磁体励磁等效处理,得到不同磁体数目下后坐阻力。建立电涡流阻尼器动力学模型,分析了去磁效应的存在,研究了不同磁靴厚度、内筒厚度、外筒厚度对阻力特性的影响。对内筒分段处理,建立强冲击载荷下后坐阻力优化模型。通过最优拉丁方进行试验设计,利用径向基神经网络与带精英策略的非支配排序遗传算法对后坐阻力规律进行多目标优化研究。研究结果表明:优化后后坐阻力曲线平台效应增强,优化方法、对象有效;涡流阻尼力由强变弱、复进机力占主导时的后坐阻力峰值分别降低了12.6%、2.3%,有效减弱了电涡流阻尼器后坐过程去磁效应的影响。

强冲击载荷下电磁缓冲器有限元仿真模型

为获得强冲击载荷下电磁缓冲器的电磁与阻尼特性,针对其速度高、加速度大的运动特点,提出了一种改进的指数去磁模型来模拟钕铁硼永磁材料的去磁过程,同时采用一种改进的矢量磁滞模型来考虑软磁材料的磁滞效应。在此基础上,建立考虑去磁效应与磁滞效应的初级-次级涡流耦合时步有限元模型。采用冲击载荷模拟实验,验证了有限元模型的准确性;结合磁场测试得到并分析了冲击电磁缓冲过程的电磁与阻尼规律;通过开展强冲击载荷实验得到了电磁缓冲器高速运动条件下的阻尼规律。研究结果表明:数值分析方法具有高可靠性;去磁效应随缓冲速度增大而增强;阻尼系数随着缓冲速度的增大而减小;磁滞作用能扰乱磁场分布,影响阻尼力变化规律。

基于修正D-P准则的迫击炮座钣-土壤模型在强冲击载荷下的动态响应

目前在ABAQUS软件中计算迫击炮座钣模型时选择的土壤计算模型是软件中自带的D-P(Drucker-Prager)模型,与实际情况存在一定差距。为提高某迫击炮座钣-土壤耦合模型的计算精度,建立座钣-土壤耦合有限元仿真模型,将一种修正的D-P准则应用于迫击炮座钣-土壤耦合计算中的土壤屈服准则,该准则引入了一种角隅模型,考虑了拉剪屈服曲线的修正。并且,为验证应用效果,设计并开展强冲击载荷下迫击炮座钣-土壤动态特性试验,获得座钣及土壤中测点的动态响应值。数值计算和试验测试结果表明,修正D-P屈服准则可以较好地描述试验现象,从而可提高迫击炮座钣-土壤耦合模型的计算精度,为座钣的设计提供参考。

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法

钢筋混凝土不但在土木工程领域有着广泛的应用,而且其强动载荷下动态力学行为的研究在国家安全方面也具有十分重要的需求,其非均质、各向异性、多组分的特性亦给其动力学特性的研究带来诸多困难.本文针对强冲击载荷下钢筋混凝土的力学行为的研究进展进行了评述,具体包括:1)钢筋混凝土材料动态力学行为、破坏机理及动态本构模型;2)钢筋混凝土结构的侵彻及爆炸作用破坏机理;3)强冲击载荷下结构力学行为的数值模拟方法与软件.在此基础上,分析了针对强冲击载荷下钢筋混凝土的动态特性、侵彻机理和数值方法等方面的研究所存在的不足之处,并对需要进一步深入开展的研究工作进行了展望.

强冲击问题的物质点有限元法

材料和结构在强冲击载荷作用下表现出很强的非线性,出现超大变形、断裂、破碎,甚至出现相变、熔化、气化等现象,对数值模拟分析提出了巨大挑战,有限元法等基于网格的传统数值分析方法不易有效地求解此类问题。物质点法中使用一组拉格朗日质点和一套欧拉背景网格,质点用以离散物质区域,携带质量、速度、应力、能量等物理量,背景网格用以计算空间导数及求解动量方程。物质点法兼具拉格朗日格式和欧拉格式的优点,不会出现网格畸变问题,易于跟踪历史变量和物质界面,非常适合求解强冲击问题。但物质点法在小变形问题中的精度和效率均低于显式有限元法,钢筋混凝土冲击等问题中各组成部分的特征尺寸差别较大,也对物质点离散提出了挑战。该报告介绍了研究组针对上述物质点法的不足,所发展的针对强冲击问题的物质点法与有限元法的贯通结合方法。该报告首先扼要介绍了物质点法的基本理论,指出物质点法与有限元法在理论上的相似性,给出两者相互结合的理论基础。之后依次阐述了耦合物质点有限元法、自适应物质点有限元法和杂交物质点有限元法,详细论述了这些方法的基本思想和理论,给出了这些方法用于侵彻等强冲击问题的实例,显示出其相对于标准物质点法的精度与效率优势。耦合物质点有限元法的基本思想是采用有限元法离散小变形物体、用物质点法离散大变形物体,不同离散区域之间通过接触算法相互耦合。报告详细介绍了耦合过程的处理,主要包括接触探测、接触法线计算、接触力计算以及考虑两者接触情况下的时间积分。自适应物质点有限元法的基本思想是初始时采用有限元离散全部区域,在计算过程中将可能发生畸变或破坏的单元自动转化为物质点求解。报告详细介绍了实现单元到质点的自动转化的转化算法,包括转化判据和转化方案,以及不同离散区域间的相互作用与相互接触的处理。杂交物质点有限元法主要针对钢筋混凝土冲击等问题,其基本思想是采用杆单元离散钢筋,采用质点离散混凝土。报告详细介绍了如何通过背景网格实现不同离散格式相互作用和变形协调,讨论了钢筋失效的模拟方案。上述方法充分发挥了物质点法和有限元法各自的优势,克服了其不足,较之标准物质点法和传统有限元法能够更有效地模拟强冲击载荷问题。通过这些方法的研究,建立了物质点有限元贯通框架,从理论上推动了物质点法和有限元法的深化研究,为相关设计分析工作提供了强有力的数值手段,对工程问题的高效解决具有重要应用价值。

LS-DYNA3D等非线性结构动力响应分析程序的局限性

通过理论分析和数值算例研究了采用 L S- DYNA3D等非线性动力响应分析有限元程序于具有较大刚体转动的结构时 ,可能出现错误的应力和应变计算结果。主要原因是采用增量形式的应力修正时 ,其客观性被破坏。

具有限压惯性阀的减振器特性研究

为降低经减振器传递的冲击力,在减振器底阀上设计了一种惯性阀.该减振器输出的阻尼力取决于活塞压缩速度与车轮垂向加速度.该阀在车轮受到不平路面的强冲击时,通过旁通孔卸载降低阻尼限制冲击力的传递,使减振器实现自适应变阻尼.试验结果表明,该阀可改善车辆的平顺性和操纵稳定性.

用脉冲激光同轴全息技术测量微射流

强冲击载荷下自由表面的粒子喷射现象还没有被清楚认识，很难从理论上给以准确的计算模型，因而从实验测定材料在冲击载荷下自由面面喷射物质的分布和粒子尺寸大小就显得非常重要。测量微粒场的脉冲激光同轴全息技术，具有在纳秒或更在短时间内“固化”运动微粒场、测量精度高、景深长、光路简单和获得的信息量大等优点。这些优势使得脉冲激光同轴全息技术成为研究微喷射场的重要测试手段之一。

冲击波在泡沫金属材料中传播特性的研究

泡沫金属材料由于其较长的应力平台能吸收较多的能量,在结构耐撞性设计中有广泛的应用,然而实验研究表明当承受强冲击载荷时,泡沫金属材料中可能发生应力增强现象,从而对被保护物造成较严重的损伤.应用二维弹塑性质量-弹簧-连杆模型对这一现象进行了系统研究.给出了泡沫金属的本构关系及其加、卸载准则,建立了非线性动力平衡方程,采用显式积分算法对压缩冲击波在铝泡沫材料中的传播特征进行了模拟,并考察了铝泡沫材料非均匀性对冲击波传播特性的影响.结果表明,在较低的脉冲载荷下,铝泡沫材料通过其胞壁的渐进坍塌耗散大量的能量,从而减缓被保护物所受的冲击.当脉冲载荷达到一定强度时,在铝泡沫材料中应力传递可能会出现增强现象,特别是在局部非均匀泡沫材料中,会产生相当高的峰值应力.压缩冲击波在铝泡沫材料中的传播特征及其所产生的峰值应力的大小和位置与铝泡沫材料特性、脉冲载荷强度、载荷作用时间以及材料的不均匀程度等因素密切相关.本研究可为泡沫金属材料用于防护装置中的可靠性分析提供一定依据.