Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶的制备工艺研究

为了获得钽铌合金(Ta-Nb)材料在高压下的状态方程数据,制备了用于激光状态方程实验研究的铝/钽铌合金(Al/Ta-Nb)阻抗匹配靶。研究了Ta-Nb合金箔的精密轧制与飞秒激光切割工艺,获得了厚度13μm,宽度400μm的Ta-Nb合金台阶样品。使用聚乙烯醇(PVA)水溶胶将Ta-Nb合金台阶与铝(Al)标准材料进行复合装配。利用白光干涉仪、电子密度计等仪器对阻抗匹配靶的表面形貌、台阶厚度、样品密度等靶参数进行精密测量,结果表明研制的Al/Ta-Nb合金阻抗匹配靶能够满足激光状态方程物理实验需求。

基于改进灰靶的山区隧道施工场地布置方案优选

为提高山区隧道施工场地布置方案决策的准确性,以牛栾村隧道六种施工场地布置方案为例,提出了基于改进灰靶的方案优选模型。首先,通过分析场地布置方案影响因素,构建了以方案可行性、方案经济性、环境影响和社会效益影响为核心的评价指标体系;其次,采用云模型将定性指标定量描述,并运用CRITIC(criteria importance though intercriteria correlation)确定指标权重;最后以灰色关联差异信息值为基础,结合欧几里得理论计算修正的加权靶心距,通过对比靶心距实现方案优选,并采用单因素轮换法(one-at-a-time,OAT)进行了指标敏感性分析。结果表明:最优方案的加权靶心距为0.610,评选出的方案与实际一致,并分析出“地形地貌改变”为对方案评选影响最大的指标。可见,该方法呈现了各方案的优劣,使山区隧道施工场地布置方案评选更科学、合理。

基于磁粉纹法与Ansoft-Maxwell模拟法快速探究平面阴极靶的磁场分布

利用磁粉纹法结合少量的磁场实测值确定了平面阴极靶内永磁体的位置、分布及尺寸,结合阴极靶的其他主要结构参数,进一步建立了阴极靶的磁场计算模型。利用Ansoft-Maxwell软件模拟了该阴极靶整体、重要截面、重要路径的磁场大小和磁场矢量的分布及其变化规律,利用高斯计实测了靶材表面重要路径不同方向上的磁场分量。通过模拟值与实测值的对比表明:模拟计算出的靶面磁场与实测磁场的误差在5%以内,进一步说明利用磁粉纹法结合磁场模拟的方式可以较为准确和快速地预测未知平面磁控溅射阴极靶的磁场分布。

攻角和着角联合作用下弹体侵彻混凝土靶的弹道特性研究

为探究攻角和着角联合作用下弹体侵彻混凝土靶的弹道特性,基于LS-DYNA有限元软件,在速度1000 m/s时以不同攻角和着角对弹体侵彻混凝土靶进行数值模拟。重点研究了攻角和着角对弹体轴向侵彻深度、径向偏移距离和偏转角的影响,通过对弹体侵彻过程中受力情况的研究,主要对轴向阻力和径向阻力以及弹体所受偏转力矩进行分析,得到其对弹道的影响规律:随着着角的增大,弹体偏转角受攻角影响呈显著增加趋势;着角在一定的范围内,初始方向与着角相反的攻角对弹体侵彻能力有提升作用,初始方向与着角相同的攻角对侵彻能力有减弱作用;当着角过大时,无论初始攻角的方向与着角是否相同,均会对侵彻能力有减弱作用,且随着角度的增加更明显。研究结果可以为钻地弹的研制提供参考。

基于全永磁微波离子源钛自成靶的D-D中子源设计研究

介绍了一种基于全永磁微波离子源钛自成靶技术的紧凑型氘氘(D-D)中子源,其设计中子产额为1×10^(9)s^(-1)。该D-D中子源已经进行了800 h以上的测试,系统可重复稳定运行。早期测试结果显示,系统打火频率高、中子产额低,长时间放电后反向电子会烧蚀Al2O3陶瓷窗,导致微波耦合困难,氘等离子体无法点亮。通过在等离子体腔室中添加氮化硼(BN)保护片以及在钛靶与高压电极之间增加电子抑制电阻,有效抑制了Al2O3陶瓷窗的损伤。通过对等离子体电极孔径的优化和降低腔室压力,降低了打火频率,提高了中子的产额。系统优化后,氘离子能量为70 keV、束流强度为5 mA时,中子产额达到了2.0×10^(8)s^(-1)。在氘离子能量为97 keV、束流强度为6.6 mA时,系统中子产额达到5.2×10^(8)s^(-1)。

基于LS-DYNA二次开发的AlNi合金弹丸对单层靶的撞击特性研究

基于塑性功温升原理对Johnson Cook材料模型中的温度项进行了简化,并加入了冲击反应材料化学反应模型,基于LS-DYNA平台下的二次开发功能编写得到适用于冲击反应材料的本构模型。建立了弹丸撞击单层防护结构的仿真模型并分别研究了普通材料和冲击反应材料的毁伤特性。得到了不同撞击参数下冲击反应材料和普通金属弹丸对单层靶板的毁伤规律。

基于CRITIC-蛛网灰靶的边坡等级评价模型

边坡是否具有长期的稳定性与诸多因素息息相关,而边坡不稳定通常表现为边坡坡体向下滑动或坡顶有碎石掉落等一系列现象,给生产生活带来极大的威胁。为了减少由边坡失稳带来的损害,从边坡稳定性预测的角度出发,分析造成失稳的内外影响参数,最终选取了黏聚力c、内摩擦角φ、边坡角α、边坡高度h、天然容重γ作为评判边坡稳定性的评价指标。确定边坡等级划分标准,利用Criteria Importance Through Intercriteria Correlation法(CRITIC法)计算得出样本数据的权重值。再参考蛛网灰靶理论模型,得到不同边坡等级的靶心距划分范围,由此建立了一种CRITIC-蛛网灰靶的边坡等级评价模型。为检验该模型评价结果的正确性,利用此模型对某露天矿的边坡稳定性进行实例分析评价。由评价结果可知:利用CRITIC-蛛网灰靶的边坡等级评价模型所得结果和工程实际边坡等级结果一致,该模型对边坡稳定性预测有较好的准确性和可靠性。

钨锆钛活性破片对间隔靶的毁伤效应

为研究钨锆钛活性破片穿靶后的耦合毁伤机理,开展了钨锆钛活性破片侵彻6 mm Q235钢板和1.5 mm铝板组成的间隔靶的弹道枪实验,观察钢靶穿孔模式、后效铝靶的毁伤模式及活性破片侵彻间隔靶的高速摄像,结合活性破片冲击反应理论、能量守恒原理,计算靶板变形能,分析化学能和动能在耦合毁伤中的贡献占比。研究结果表明:活性破片着靶速度小于800 m/s时,钢靶塞块与破片碎片云在铝靶上造成隆起、侵坑、烧蚀破坏,着靶速度增大到1 187 m/s以上时,铝靶受前层钢靶塞块作用发生冲塞破坏,在碎片云的动能与化学能耦合毁伤作用下出现隆起、裂纹和花瓣翘曲;随着着靶速度的增大,后效靶毁伤面积与活性破片反应程度均呈增大趋势;化学能在耦合毁伤中的贡献度逐渐增大。

混凝土靶的侵彻机理及其行为的影响因素的分析

为了改善侵彻战斗部的战术技术性能,针对特定环境与条件,探讨了混凝土靶的侵彻机理及其行为的影响因素。文中,讨论了弹体对混凝土靶的相互作用与侵彻机理,分析了侵彻行为的影响因素。以某弹体侵彻混凝土靶板为例做了数字仿真研究,所得实验曲线显示了不同条件下的不同侵彻效果,实验数据验证了在设计侵彻战斗部前,分析侵彻行为影响因素是设计侵彻战斗部的前提。实验研究结果表明,靶板技术性能数字仿真研究有利于为系统设计提供技术支撑。

非圆截面弹体斜侵彻薄靶的动态载荷特性研究

为研究非圆截面弹体斜侵彻薄靶的动态载荷特征,利用有限元软件LS-DYNA开展了圆、椭圆和非对称椭圆截面弹体在800 m/s速度下侵彻钢板的数值模拟研究,分析了着角、攻角和弹靶结构参数对弹体所受动态载荷的影响规律。结果表明:正侵彻时,3种截面弹体受到的轴向冲击载荷基本相似,但非对称椭圆弹体还会在头部和尾部过靶时分别受到横向冲击载荷作用;仅存在着角时,3种弹体的侵彻过程均可分为弹头触靶、弹头穿靶和弹身过靶3个阶段,其中弹身过靶阶段会受到持续载荷作用,弹头和弹尾过靶时也会出现两次横向载荷峰值;正着角条件下,攻角越大轴向载荷越大。攻角为正时,横向载荷首先减小然后反向增大,且缩短了侵彻持续时间;负攻角则加强了着角对载荷的影响,并增加了侵彻时间;截面不对称度大于1时,正着角的影响得到强化。此外,弹体载荷随靶厚的增大而增大,而弹体不对称度和长径比对其动态载荷的影响相对较小。

基于相位标靶的相位测量轮廓术投影色差建模与校正

光学三维测量中的三通道相位测量轮廓术具有高精度、易识别、自动化程度高等优点,在科学研究和工程应用中获得了广泛的关注。在三通道相位测量轮廓术中,投影仪不同通道间的色差成为影响测量精度的关键因素。针对该问题,文中开展了基于相位标靶的相位测量轮廓术投影色差建模与校正研究。提出了将带有全息投影膜的液晶显示屏(Liquid Crystal Display, LCD)当作相位标靶对投影色差建模与校正的方法。通过LCD显示条纹与投影仪投射条纹的相位,计算投影仪色差并建立其数学模型。然后通过预补偿的方法实现投影仪三通道投射色差的校正,进行实验验证校正前后对相位测量轮廓术精度的影响。实验结果表明,文中所提方法的校正效果为蓝绿通道的平均色差由0.325 5 pixel校正为0.106 3 pixel,红绿通道的平均色差由0.365 1 pixel校正为0.111 4 pixel。该方法可为三通道相位测量轮廓术提升投影质量。实测台阶的平均误差从0.489 mm减少到0.038 mm。实验结果验证了投影仪色差建模与校正方法的有效性,提升了三通道相位测量轮廓术的整体测量精度。与已有方法相比,可以有效避免相机误差带来的影响,大大缩短计算时间,能够适用于不同型号的投影仪色差测量与校正。

钨合金破片侵彻钢靶的穿靶能量研究

为了探讨钨合金破片对Q235钢靶的侵彻效应,本文研究了在一定弹靶系统下,破片穿靶所需能量随破片入靶速度的变化关系。采用AUTODYN有限元分析软件数值模拟了钨合金球形破片侵彻钢板,得到穿靶能量随破片速度的变化规律,同时获得了钨合金球形破片侵彻钢板的开坑直径随破片速度的变化规律。在此基础上,通过使用量纲分析的方法,获得了球形破片侵彻靶板的入靶速度与穿靶能量的关系式,并用不同速度的破片进行穿靶试验。研究表明:随侵彻速度的增大,穿靶所需能量增大,且获得的试验值与计算值具有较好的一致性,研究结果具有一定的应用价值。

球形含能结构材料弹体超高速撞击多层薄钢靶的毁伤特性

为研究含能结构材料对多层薄钢靶的超高速毁伤特性,利用二级轻气炮开展了PTFE/Al基和Al基全金属两种含能结构材料超高速撞击多层钢靶的典型毁伤模式研究,得到了材料类型和侵彻速度对毁伤效应的影响。研究结果表明,相比于惰性金属材料,两种含能结构材料对多层薄钢靶均具有明显的靶后横向毁伤增强效应,能够对第二层靶板产生大破孔的毁伤效果,破孔孔径可达弹径的4倍以上。基于AUTODYN数值仿真软件开展了含能结构材料参数有效性验证和含能弹体不同侵彻速度下毁伤效果的数值仿真,结果显示J-C强度模型联合Lee-Tarver三项式点火反应模型和J-C强度模型联合Shock状态方程分别能够较好地描述PTFE/Al基和Al基全金属含能结构材料对多层薄钢靶的破孔毁伤特性。此外,材料释能机制的差异使得提高侵彻速度对提升PTFE/Al基含能结构材料的毁伤效果的作用有限,但能够明显提升Al基全金属含能结构材料对多层钢靶板的毁伤效果。

圆筒式磁控溅射靶的磁场仿真与结构设计

目的探究一种可用于实现圆柱形工件外表面镀膜设备的可能性,设计了一种新型的圆筒式磁控溅射靶结构,溅射在圆筒状靶材内表面发生,从整个圆周方向对工件外表面镀膜,以改善传统长管工件镀膜设备体积庞大、结构复杂的不足。方法首先对圆筒式磁控溅射靶进行初始结构设计,再运用有限元分析软件COMSOL中静磁无电流仿真模块,通过控制变量法对溅射靶内部冷却背板厚度d1、内磁环轴向高度h1、内磁环径向宽度Δr1、外磁环轴向高度h2、外磁环径向宽度Δr2以及内外磁环间距d2不同结构参数下的靶面水平磁感应强度值进行仿真与研究。在此基础上进行磁场优化并设计出溅射靶的理想磁铁结构参数。结果计算结果表明,当冷却背板厚度为13 mm,外磁环内径为266 mm、外径为310 mm、厚度为20 mm,内磁环内径为270 mm、外径为310 mm、厚度为22 mm,内外磁环间距为50 mm时,距靶面上方3 mm处最大水平磁感应强度为40 mT,磁场分布均匀区域可达40%左右。结论此外考虑溅射靶内部的水冷、密封以及绝缘结构,最终设计的圆筒式磁控溅射靶整体高384 mm,最大直径432 mm,结构紧凑可靠,为长管工件外表面金属薄膜的制备提出了一种新的磁控溅射靶结构。

反射式X射线管阳极钨靶的模拟优化设计

反射式X射线管已广泛应用于放射诊疗、工业探伤、安全检查等领域。阳极靶作为X射线管的关键部件,对X射线管的性能有着决定性的作用。本文采用基于蒙特卡罗方法的MCNP软件对能量为160 keV电子束在反射式X射线管钨靶上的轫致辐射规律进行了模拟研究,研究了出束方向的光强随阳极靶厚和靶角的变化规律,比较了焦点长度方向和宽度方向一定锥角范围内X射线出射谱的特点,最终给出了X射线管靶厚和靶角设计的优化方案,对于提高X射线管亮度和能谱一致性具有一定的理论指导意义。

基于双屏视觉标靶的掘锚机机身位姿测量技术

针对掘锚机在煤矿巷道掘进过程中难以实现机身位姿的实时精确测量,进而导致难以实现定向掘进的问题,提出一种基于双屏视觉标靶的掘锚机导向方法。由2块竖直安装的感光成像屏组成双屏视觉标靶靶面,巷道中的激光器发射指示激光并在前、后靶面上呈现光斑,利用视觉测量、高精度栅格标定等技术,建立光斑质心的图像坐标与三维空间坐标的映射关系,以形成坐标点云数据;再根据栅格索引、坐标变换、欧拉角解算等原理,结合标靶底部的双轴倾角仪来获得掘锚机机身的实时位姿,并解算出机身关键点相对于巷道设计轴线的横向/纵向偏差,为掘进过程中的偏差纠正提供数据支撑。通过构建数学模型对系统脱靶问题进行了分析,同时搭建实验平台验证了该导向方法的有效性。实验结果表明:该方法能够实现机身六自由度空间位姿的精确测量;在9 m测试距离下偏航角重复性测量精度优于0.01º、偏航角绝对测量误差小于0.05º;在15~40 m测量范围内,用全站仪与矿用激光器设置计划线时机身关键点横向/纵向偏差测量误差分别小于5、15 mm。基于该方法研发的导向系统已成功应用于煤矿井下巷道掘进中,满足了巷道施工与掘锚机机身定位的精度要求。该导向方法的误差特性与测试距离无关,且该方法中涉及的所有光学测量功能均在标靶内部实现,可有效屏蔽井下复杂环境对测量功能的影响,大幅提升了现场应用时的抗粉尘干扰能力。

长杆高速侵彻下装甲钢靶的等效强度

装甲钢是复合装甲的主要组分之一,针对其抗长杆弹高速侵彻等效强度不明的问题,建立了三维SPH-FEM耦合模型。在验证模型可靠性的基础上,开展钨合金长杆弹在1 000~1 800 m/s初速度范围内侵彻半无限300~600 HBW装甲钢的仿真研究,基于侵彻阻力和Walker-Anderson(W-A)模型对高应变率-绝热工况下靶钢的等效强度进行探索。研究结果表明:侵彻过程分为初始瞬态、准定常和剩余侵彻3个阶段,W-A模型在大部分工况下可准确计算侵彻深度和准定常段头尾速度;准定常阶段杆体直径与靶体等效强度近似保持恒定,侵彻阻力可由Poncelet公式描述。基于以上分析建立装甲钢等效强度-硬度非线性换算模型,结合W-A模型能准确预测长杆弹对半无限靶的侵彻深度。此模型表明等效强度与硬度正相关,但热软化的增强与应变率强化的减弱使等效强度的增速逐渐放缓。

基于多目标加权灰靶的国际PPP项目投标决策研究

文章在采用文献频数统计法筛选出国际PPP项目投标决策指标的基础上,构建了国际PPP项目投标决策指标体系。而后基于多目标加权灰靶建立了国际PPP项目投标决策模型,即采用群组决策特征根法、熵权法和基于最小二乘法的优化模型来设定决策指标的综合权重,并通过求出各决策指标值的一致效果测度和各拟投标项目的综合效果测度来选出最优拟投标项目。最后通过一个算例说明了这个国际PPP项目投标决策模型的应用。

4340钢弹侵彻45号钢靶的温升数值模拟

为获得弹体侵彻金属靶板过程中弹体温升的基本特性,采用一级轻气炮开展了4340钢球头弹侵彻45号钢靶的温升实验研究,并基于实验条件使用ANSYS/LS-DYNA软件建立了4340钢弹侵彻45号钢靶板的有限元模型,在数值模拟模型与实验结果拟合良好后,通过改变初始条件的方法详细讨论了4340钢弹侵彻45号钢靶时弹体初始速度、靶板厚度以及弹体侵彻2层靶板对弹靶间温度分布的影响。结果表明:弹体在侵彻过程中温升主要分布在弹体头部位置;弹体侵彻过程中的温升随着速度的增加而增加;当侵彻2层靶板时,弹体温升主要发生在侵彻第1层靶板过程中。

三角形截面长杆弹垂直侵彻半无限靶的成坑分析

为研究三角形截面弹体在垂直侵彻半无限靶时的成坑特性,通过分析三角形截面弹体头部接触面上的横向力,得到弹体头部碎渣颗粒的运动状态。根据侵彻速度关系式推断弹体瞬时速度对弹坑截面形状及大小的影响规律。采用ANSYS-DYNA有限元软件对不同速度的三角形截面弹体垂直侵彻半无限靶全过程进行数值模拟,并进行实验验证。仿真结果与实验结果一致。结果显示,三角形截面弹体在撞击平面上的质点横向应力分布不均匀,3个角方向上的力最大,边长中点位置处最小,总体呈U形分布。弹体瞬时速度逐渐减小,弹坑形状由近似规则圆形逐渐变为近似三角形的3瓣圆弧,且其截面积不断减小。在1 400~1 800 m/s的速度范围内进行了长杆弹撞击实验。速度为1 790 m/s时,弹坑在靶板表面的直径和深度分别为40 mm和7 mm,弹坑形状近似圆形。速度为1 510 m/s时,弹坑在靶板表面的直径和深度分别为38 mm和5 mm,弹坑截面表现为圆弧三角形。