金属圆管内爆轰波相互作用效应的数值模拟研究

采用动力学有限元程序,针对大变形带来的网格扭曲造成计算的锁死现象进行了ALE技术处理,结合高速摄影和X光照相实验结果,对金属圆管内爆轰波的相互作用效应进行数值模拟,给出了爆轰波对碰作用下金属圆管运动计算结果,复现了金属圆管对碰区鼓包现象,计算结果与实验吻合较好。可以预见,基于该方法能够初步分析影响金属圆管运动规律的诸多因素。

爆轰波对碰区产物驱动金属圆管的研究

利用闪光X光照相、光学高速分幅照相实验,测得了金属圆管在两个爆轰波对碰后产物驱动外壳的膨胀、变形过程,该过程表明爆轰波对碰作用使得对碰处金属圆管相对贯穿断裂时间明显提前,对碰处金属圆管径向膨胀速度较非对碰处明显增加。利用拉格朗日二维流体动力学程序TTD2C,数值模拟了对碰驱动过程,计算结果与实验结果符合很好,且用Taylor断裂判据得到的金属圆管相对贯穿断裂时间也明显提前。

壁厚对金属圆管撕裂卷曲耗能影响的研究

对置于锥型刚性底座上内径D为54.4mm的7种不同壁厚A3无缝圆钢管,在轴压作用下撕裂卷曲破坏进行了较为系统的实验研究.实验过程中记录了载荷-位移曲线,并得到试件螺旋状残余变形模态.对实验结果的分析中认为耗散能主要由撕裂能、塑性弯曲变形能和摩擦能3部分构成.分析结果表明,圆管壁厚对撕裂能和塑性弯曲变形能在总能耗中所占比例的影响较明显,对摩擦能所占比例的影响甚微.

外部爆轰加载过程中金属圆管断裂实验研究

利用脉冲X光照相技术和高速摄影对HR 2抗氢钢圆管在外部爆轰加载下的压缩过程进行了动态诊断。X光照相观察到抗氢钢圆管在压缩过程中管壁内出现了宏观裂纹 ,回收破片具有显著的剪切断裂特征 ,金相分析观察到了绝热剪切带及微孔洞与微裂纹。对半圆管结构的压缩过程进行了高速摄影 ,直接观测到抗氢钢圆管内壁裂纹萌生与发展的动态过程。由两种动态诊断实验结果对比分析推断 ,抗氢钢圆管在外部爆轰加载压缩过程中 ,裂纹首先在圆管内壁生成。

基于金属圆管扩胀变形的碰撞波形发生器设计

为模拟碰撞实验中的加速度波形的要求,以金属圆管扩胀变形原理,通过不同壁厚圆管的分段组合形式研究了波形发生器的设计方法。用实物的标定实验和有限元仿真计算相结合的方法,运用正交实验设计方法,分析了金属圆管扩胀变形的影响因素,并分析了壁厚、扩径量、碰撞质量等主要因素的影响规律。结合实际的算例,验证了设计方法的有效性。相关结论可以为类似的碰撞波形发生器的设计提供理论参考。

内聚爆轰加载下金属圆管的自由面速度测量初探

利用不等长"刺猬"状电探针布局方法,对滑移内爆加载下金属圆管的自由面(内表面)速度历程作了探索性测量,获得了不同装药厚度下自由面粒子速度v随空间半径R的变化关系,并对结果进行了简单讨论。数据分析初步显示了装药厚度对钢管自由面粒子速度的影响;针对40mm厚硝基甲烷装药条件下实验所得的初始自由面速度v0比基于CJ理论的理论值高,用"爆压增长现象"进行了初步解释。上述工作为进一步开展内爆驱动轴对称结构运动的定量测量奠定了基础。

薄壁金属圆管在钝圆锥头弹体正冲击及斜冲击下破裂的实验研究

对薄壁软钢圆管在 90°圆锥头子弹正冲击和斜冲击下的破裂进行了实验研究 .测量了子弹以不同冲击角冲击时 ,圆管产生穿透性破裂的最小速度 (临界破裂速度 ) ,找出管壁在不同冲击角下局部破裂的模式 .在子弹以临界破裂速度正冲击下 ,靶壁逐渐覆盖整个弹头 ,管壁的最后破裂是剪切型的 ;当斜冲击角为 30°时 ,子弹的尖端会刺透靶壁 ,在这些斜冲击角下 ,子弹的临界破裂动能仅仅是正冲击下的 4 5% .

金属圆管劈裂变形及吸能安全特性研究

为开发新型轴向劈裂式锚杆吸能构件,试验研究内径为26 mm,壁厚分别为3和4 mm的金属圆管试件劈裂变形及吸能安全特性,采用能量法分析其吸能原理。结果表明,试件劈裂吸能过程分为峰值载荷阶段和恒定载荷阶段,其中,恒定载荷阶段恒定载荷为59.34116.60 k N,其作用下的吸能量为4.9211.47 k J;试件劈裂过程中变形稳定,形成"螺旋"板条,试件主要通过扩径塑性变形、管壁撕裂、板条摩擦耗散能量;试件恒定载荷值及相应吸能量试验结果与理论结果相符。

金属圆管内爆轰波对碰部位速度的影响因素

利用LS-DYNA动力有限元程序对张世文等人做的金属圆管内爆轰波相互作用效应实验进行数值模拟，其模拟结果与实验结果具有较好的一致性。在此基础上着重分析了装药和金属圆管壁厚对金属圆管内爆轰波对碰部位速度的影响规律，为弹丸的设计提供了参考。

对碰波作用下金属圆管材料参数对其运动特征影响的数值模拟

基于两点起爆实验,采用动力学有限元程序,在不考虑圆管破裂的前提下,详细分析了同一炸药爆轰下金属圆管各材料力学参数对其运动的影响规律。计算结果表明:弹性模量越大,泊松比越大,金属圆管的膨胀速度越大,但它们对圆管膨胀的位移和速度影响极小,在工程中可以忽略;屈服应力对金属圆管的运动有一定影响,屈服应力越大,对碰部位的鼓包范围越宽,鼓包峰值越小,但圆管各处的膨胀量均落后于屈服应力较小的情况;密度对圆管运动有较大影响,密度越大,受鼓包影响范围越宽,鼓包峰高越小。

对碰波作用下金属圆管运动特性的数值模拟

基于LS-DYNA非线性动力有限元程序,利用ALE算法,对两端面同时起爆作用下金属圆管内爆轰波的相互作用效应进行了三维数值模拟,复现了金属圆管对碰区鼓包及对碰部位首先贯穿断裂的现象.与文献结果进行了对比,计算结果与文献实验结果吻合较好,验证了该计算模型和方法的合理性.

恒定内压金属圆管受轴向冲击的吸能特性研究

为了研究承受内压预载金属圆管在轴向冲击载荷下的力学行为和吸能特性,基于Abaqus对承受恒定内压预载的R/t较小的金属圆管轴向冲击进行有限元分析,同时考虑到初始几何缺陷、预加载引起的初始几何形变等因素的影响,在有限元仿真时建立相应的对照组。仿真结果表明:随着内压载荷的增加,圆管轴向变形半波长和圆管变形的偏心率m都逐渐增加,褶皱的厚度越来越大;内压状态时,初始峰值力和平均轴向压缩力都有大幅度的降低,峰值力降低的数值比对平均峰值力降低的更大;存在内压预载的冲击模型对初始几何缺陷很不敏感。

轴向预压金属圆管受轴向冲击的吸能特性研究

为了研究轴向预压金属圆管在轴向冲击载荷下的力学行为和吸能特性,基于Abaqus对承受轴向预压的半径厚度比R/t为15的金属圆管轴向冲击进行了有限元分析,同时考虑到初始几何缺陷、预加载引起的初始几何形变、边界条件等因素的影响,在有限元仿真时建立了相应的对照组。仿真结果表明:(1)固定端简支条件下比固支条件下出现的变形模式更为复杂,吸能特性和其对应变形模式有很大关系,当非对称褶皱较多时,吸能特性变差;(2)初始几何缺陷可以诱导圆管产生非轴对称褶皱,而轴向预压圆管对初始几何缺陷不太敏感,较小的预压可以抵消初始几何缺陷的作用。

浅埋金属圆管在爆破拆除塌落冲击振动下的动态响应

为研究爆破拆除过程中浅埋地下金属圆管对塌落冲击的动态响应,采用模型试验和数值模拟相结合的手段,探究了塌落冲击载荷作用下塌落高度、重物质量以及管土刚度比对浅埋金属圆管动态应变的影响,得到了埋地圆管在不同参数影响的塌落冲击载荷作用下的动态响应规律;相似律指导下,采用数值计算方法验证了爆破拆除过程中塌落冲击浅埋金属圆管的缩比模型中土体和金属圆管的动力学响应符合相似关系。研究成果可以为复杂环境下高层建(构)筑爆破拆除工程的模型试验设计及减振防护设计提供理论参考。

圆管数量对金属圆管撕裂耗能影响的研究

安全有效的消能防护装置的研究对交通安全事业的发展具有深远意义,金属撕裂消能因其稳定可靠的消能效果广泛应用于可导向防撞垫、避险车道阻尼装置、消能防护端头等诸多交通安全防护装置中。在防护装置设计过程中,为了节省布设安装空间,多采用多根管代替单管。文章采用台车实验与LS-DNYA有限元仿真结合的方法对金属圆管数量与金属圆管撕裂耗能的影响情况进行研究,总结金属圆管数量与金属圆管撕裂过程中撕裂长度间对应关系,为消能防护装置设计提供依据。

金属圆管内爆轰波相互作用效应的数值模拟

炸药两端同时起爆时金属圆管运动规律的研究，粗略的实验不少，但在数值模拟方面，特别是在对碰部位，或是不能计算出鼓包现象，或是鼓包的计算结果与实验差别较大。文中采用动力学有限元程序，针对大变形带来的网格扭曲造成计算的锁死现象进行了ALE技术处理，对金属圆管内爆轰波的相互作用效应进行数值模拟，给出了爆轰波对碰作用下金属圆管运动规律的计算结果。

弯曲加工金属圆管的模具

该实用新型涉及金属管材弯曲加工技术领域,是一种弯曲加工金属圆管的模具。 目前,金属管材弯曲加工主要是利用专用的管材弯曲机完成的,利用这种设备来进行管材的弯曲加工存在的主要问题是:①专用设备的造价较高,难以普及应用。②生产率较低,加工成本较高。而该实用新型为人们提供了一种能安装在现有的通用压力机上,完成管材弯曲加工的模具。

金属圆管抗卷曲劈裂变形吸能特性研究

为研究小尺寸、高吸能比率的安全防护吸能元件及其吸能特性,试验对比研究了壁厚3mm与4mm、内径均为26mm的两种类型金属圆管在抗卷曲轴向劈裂过程中的变形及能量吸收特性,并采用能量法分析了其吸能原理。研究结果表明:试件劈裂吸能过程可分为"波动载荷"吸能阶段和"恒定载荷"吸能阶段,恒定载荷值达71.9~143.1kN,相应的恒定载荷吸能量达4.74~7.61kJ,劈裂作用全程吸能总量达到5.68~11.24kJ;试件轴向劈裂变形稳定,形成放射状"螺旋式"扩展管条或"非螺旋式"扩展管条;试件劈裂过程主要是通过扩径塑性变形、管壁撕裂、管条摩擦、管条塑性展平耗散能量;试件恒定载荷值及相应吸能量的试验结果与理论分析结果相符合。由此,抗卷曲条件下金属圆管劈裂过程可实现恒定载荷的高效吸能作用。

侧向冲击载荷下金属薄壁圆管内填充泡沫铝的吸能特性研究

运用有限元软件Ls-dyna对泡沫铝填充金属薄壁圆管受侧向冲击载荷进行了数值仿真分析。通过模拟结果与实验结果的对比,验证了有限元模型的有效性与计算结果的精确性;进而研究了管的几何参数、泡沫铝的密度与冲击速度等因素对其变形与吸能特性的影响。研究结果表明:在侧向冲击载荷作用下泡沫铝填充管的压溃可以分为3个阶段,初始碰撞阶段、塑性变形阶段和密实化阶段;与空管相比,泡沫铝填充管的侧向冲击载荷、总吸能与比吸能显著增大。管的几何尺寸、泡沫铝密度、冲击速度等对泡沫填充管的吸能性能影响较大。当冲击速度超过一定数值时,填充管的变形模式发生改变,由对称变形变为非对称的变形。

金属泡沫填充薄壁圆管的轴压载荷-位移关系

将泡沫填充圆管的能量吸收视为泡沫与圆管两者之和,基于包含偏心率效应的直链塑性铰模型和Reddy等对Alexander模型的改进结果,对圆管的变形模式进行了更改,以此来反映管壁与金属泡沫之间的相互作用效应,导出了金属泡沫填充圆管的静、动态轴向平均压溃力的表达式.通过理论预测与实验的对比,发现理论预测偏低,但与实验曲线的趋势保持一致,比空管与金属泡沫的平均载荷之和略高一些.此外,泡沫填充圆管的平均压溃力随填充泡沫平台应力的增大而呈线性增加,与已有研究结果及实际情况一致,由此表明了模型的合理性.