PBX9502冲击Hugoniot曲线的参数标定和不确定度量化

冲击Hugoniot试验不可避免地受到不确定因素的扰动,冲击Hugoniot关系的参数标定和不确定度量化对理解爆轰多物理过程的动力行为极为关键。首先,收集Los Alamos实验室的粒子速度-冲击波速度试验数据,通过不确定度传递律计算冲击波速度的标准不确定度,结果表明不能仅仅依靠绝对偏差的大小来判断异常值。采用基于绝对偏差距离的自适应聚类异常值检测法,剔除试验数据中的异常干扰点。其次,针对清洗后的试验数据,利用最小二乘回归方法拟合粒子速度-冲击波速度的冲击Hugoniot关系,并利用统计理论推导出Hugoniot参数的不确定度。进而,使用国内试验装置和试验数据,通过建立合适的误差公式,将Hugoniot曲线的预测值与试验值做比对,预测结果与试验结果吻合良好。结果还表明:清洗后的Hugoniot关系能更准确地预测PBX9502的冲击动力行为,确认标定参数的有效性。最后,将Chapman-Jouguet理论结合合理的假设和近似,给出了基于Hugoniot关系爆压的计算公式,给出了爆压的不确定度量化。研究结果能为发展强预测能力、高可信度软件提供保证。

基于冲击Hugoniot关系的爆压性质和不确定度量化

精确评估炸药冲击Hugoniot参数的可信区间,有效量化冲击起爆、状态方程等唯象模型的不确定度,提高模型的鲁棒性和可靠性,会极大地降低爆压标定的成本。利用线性回归拟合方法得到冲击Hugoniot参数,采用参数估计法推导出Hugoniot参数的置信区间,使用国内试验数据确认方法的有效性。在合理假设的基础上,结合Chapman-Jouguet理论和冲击Hugoniot关系,导出爆压与装药厚度、冲击波走时、初始密度、Hugoniot斜率和0-压声速之间的函数关系式。分别用对数正态分布和Beta分布表征输入不确定度,通过Rosenblatt变换将输入不确定度转化成相互独立的标准正态分布,使用自适应基函数多项式混沌不确定度传播量化方法,给出了爆压的概率密度函数和置信区间。研究结果表明,爆压与样品厚度、爆轰走时、爆速具有拟单调性,在特殊前提下证实了前人的判断。应用于PBX9502炸药,发现给出的置信区间较宽,与试验专家的先验论断吻合。该研究发展了一套有效量化爆轰不确定度的传播量化方法,为发展可信、强预测能力爆轰模拟软件提供了技术支撑。

平纹编织复合材料加筋壁板低速冲击及冲击后压缩性能多尺度分析

该文通过构建平纹编织复合材料(plain woven composites,PWC)的微/细/宏观多尺度模型,对复合材料T型和工型加筋壁板的低速冲击(low-velocity impact,LVI)和冲击后压缩(compression after impact,CAI)性能进行分析。根据PWC内部结构特征,构建微观和细观代表性体积单元(representative volume element,RVE)模型,通过施加不同的载荷条件,预测其等效力学参数。同时,基于局部均匀化方法,将细观RVE模型转化为包含0°和90°子胞的等效交叉层合板(equivalent cross-ply laminate,ECPL)胞元。通过ECPL胞元建立PWC加筋壁板的宏观分析模型,并进行LVI和CAI性能分析。首先进行了能量为8 J、10 J和12 J的LVI试验和多尺度模拟,研究了PWC加筋壁板在LVI载荷下的力学行为。随后,对不同能量冲击后的加筋壁板进行CAI试验和数值模拟,研究其冲击后压缩剩余力学性能和损伤行为。最后,通过对比分析不同能量冲击下的LVI和CAI试验和预测结果,发现多尺度模型对加筋壁板力学性能的预测误差均小于6%,验证了该多尺度模型的有效性。试验和预测结果表明,在CAI载荷作用下,PWC加筋壁板的蒙皮部分沿着冲击损伤的位置发生完全断裂,其中,纤维断裂和层间分层成为PWC加筋壁板的主要损伤形式。此外,工型加筋壁板表现出更好的抵抗压缩强度衰减能力。

复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析

建立了一种复合材料蜂窝夹芯结构低速冲击后压缩强度的可靠性与灵敏度分析方法。利用ABAQUS有限元分析软件和VUMAT子程序建立了蜂窝夹芯结构冲击后压缩渐进损伤失效分析模型,并通过试验验证模型的有效性;在此基础上,利用Python语言对模型中材料力学性能和面板厚度、蜂窝芯子厚度进行参数化;采用径向基神经网络代理模型替代渐进损伤失效分析模型;基于蒙特卡洛法进行冲击后压缩强度的可靠性分析;分别采用基于方差和基于失效概率的方法进行参数的灵敏度分析,并研究参数的变异系数对结构可靠性的影响。结果表明:在外载荷低于10000 N,结构失效概率小于0.00017的情况下,当外载荷达到12700 N时,结构失效概率达到0.9;面板的力学性能、面板厚度、蜂窝芯厚度对冲击后压缩强度的影响较大;冲击后压缩强度的变异系数随着参数变异系数的增大而增大。

用指数参考势计算水的冲击压缩Hugoniot曲线和温度

在修正的ＷＣＡ状态方程和Ｒｏｓｓ变分微扰理论的基础上，计算了水的ｅｘｐ－６参考势对应的硬球直径、相应的λ值及冲击Ｈｕｇｏｎｉｏｔ曲线和温度。将理论结果与实验结果进行了比较。

斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板冲击后压缩行为分析

[目的]为分析冲击损伤对层合板压缩强度和失效行为的影响,对冲击后的编织碳纤维复合材料层合厚板开展面内压缩试验和数值仿真研究。[方法]通过建立有限元模型,开展层合板冲击后的压缩仿真分析,采用Fortran语言编写用户自定义材料子程序(VUMAT),实现改进的Hashin失效准则和基于损伤变量的材料退化模型在ABAQUS/Explict中的应用;从压缩强度和压缩破坏模式两方面将数值模拟与试验结果进行对比,验证所建立数值模型的有效性。[结果]结果显示,冲击损伤会降低层合板的压缩强度,无损层合板的压缩失效模式为端部破坏,冲击后的层合板会出现横贯试件中部的截断式破坏;冲击后的压缩强度会随冲击能量的增大而降低,但压缩强度与冲击能量之间并不存在线性关系;层合板损伤行为的拓展与压缩载荷的历程密切相关,压缩载荷在达到层合板破坏载荷的阈值之前,层合板的损伤几乎没有发生拓展,一旦压缩载荷达到阈值,损伤将沿宽度方向迅速拓展,最终发生横贯整个模型宽度方向的压缩损伤。[结论]所做研究可为斜纹编织碳纤维复合材料层合厚板的抗冲击性能评估提供参考。

PZT 95/5铁电陶瓷的冲击压缩Hugoniot特性研究

采用一级气体炮加载装置，利用加窗VISAR技术，对极化和末极化两种状态的PZT 95／5铁电陶瓷进行了逆向冲击实验，在0．52～3．8GPa冲击压力范围内，得到了PZT 95／5铁电陶瓷两种状态的O-μ关系。对比文献已有实验数据显示，PZT 95／5铁电陶瓷的Hugoniot曲线与初始密度值密切相关，高密度的PZT95／5铁电陶瓷在O～3．0GPa压力范围内的O-μ关系接近线弹性，较低压力下不同极化状态的Hugoniot数据表明，PZT 95／5铁电陶瓷发生了冲击相变。

轴流压缩机空腔碳纤维叶片防冲击设计

为适应我国航空航天器的发展要求,风洞得到快速发展,风洞规模和性能指标逐渐提高,以使气动试验更加接近真实状态。叶片是保证主压缩机性能的核心部件,碳纤维材质的叶片结构简单、质量轻,可满足大直径、大功率、高转速运行使用的需求。但是在使用过程中,由于各种原因叶片存在一定的碰撞风险,需要对轴流压缩机空腔碳纤维叶片在低温、潮湿环境下气流入口方向的凝结冰粒,或者在运转过程中异物随着气流撞击叶片造成的损伤进行研究,为改进叶片结构设计提供理论依据。

CFRP层合板的二次低速冲击及剩余压缩强度试验研究

以碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer,CFRP)层合板为研究对象,在结构的相同位置进行二次低速冲击,考察二次冲击时结构的动力响应和冲击后的剩余压缩强度,并与单次冲击的结果进行对比。在总冲击能量相同的前提下,采用落锤法对CFRP层合板进行冲击试验,得到结构单次和二次冲击的动力响应、能量吸收规律。采用超声波C扫描技术观测CFRP层合板内部的冲击损伤后,对CFRP层合板进行剩余压缩强度试验。系统研究和对比了单次和二次冲击对CFRP层合板在结构动力响应、能量吸收、损伤情况和剩余强度的影响。结果表明:总冲击能量分别为20 J、30 J、40 J时,二次冲击层合板试件吸收的总能量分别是单次冲击的52.50%、67.56%、81.41%,损伤总面积分别是单次冲击的60.58%、64.59%、80.60%;单次冲击后结构的剩余压缩强度分别是二次冲击的76.76%、78.65%、92.40%。此外,CAI-冲击能量、CAI-吸收能量和CAI-损伤面积曲线均在20 J的冲击能量下存在拐点。

基于损伤分形维数的树脂基复合材料冲击后压缩强度预测方法

复合材料的承载能力对于低速冲击损伤非常敏感,复合材料冲击后压缩强度的预测对其工程应用至关重要。为此本文进行了三种不同铺层的碳纤维/环氧树脂5284RTM/U3160层合板目视可检损伤状态下剩余压缩强度试验。压缩试验前通过C扫获得了不同铺层层合板冲击损伤形貌,并基于分形维数研究了冲击损伤形貌。研究结果表明损伤分形维数越大的试验件冲击后压缩强度越低,据此提出了一种基于冲击损伤形貌分形维数的复合材料冲击后压缩性能预测模型。该方法将冲击损伤形貌等效成分形几何图形——Sierpinski地毯,通过损伤分形维数获得层合板损伤后不再参与承载的面积,进而获得层合板剩余压缩强度。模型预测结果与试验结果吻合较好,且无须冲击能量作为输入参数,工程应用方便。

压缩预应力下缝合复合材料层板低速冲击响应数值模拟

通过建立无预应力下低速冲击数值模型,将仿真结果同试验结果相比较,验证了模型的正确性;并在此基础上施加2400με压缩预应变来分析缝合层板的冲击响应。结果表明:缝合复合材料层板在承受压缩预应力时,层板的弯曲变形增大,冲击力最大值减小,冲头的回弹速度降低,分层损伤投影面积增加,能量损耗增加。压缩预应力对缝合层板低速冲击有较大的影响。

ECC冲击压缩力学特性及耗能机制的试验研究

基于分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)装置对工程水泥基复合材料(engineered cementitious composite, ECC)在14.8~16.3 s^(-1),31.8~36.5 s^(-1),57.8~65.5 s^(-1),167.3~200.2 s^(-1)4个应变率范围下进行冲击压缩试验,探究ECC在不同应变率下的动态力学特性及耗能机制。试验表明:ECC的动态抗压强度和动态峰值应变呈现出显著的应变率增强效应,在低应变率下纤维掺量对ECC动态抗压强度和峰值应变的增加作用较强,在高应变率增强作用不明显;纤维掺量对ECC在不同应变率的应力应变曲线具有类似的影响,在低应变率下纤维掺量对ECC应力应变曲线形态的影响大于高应变率;ECC的耗能能力与破坏形态有关,在能耗比达到90%以上时,纤维掺量为2.00%和2.30%的ECC的完整度是基体材料的4倍,充分体现了ECC在抗爆加固领域的优势,为ECC在抗爆抗冲击领域的应用提供技术参考。

冲击荷载下高强混凝土动力特性及破碎特征研究

为探究粉煤灰替代率和细集料类型对高强混凝土冲击压缩性能的影响,以粉煤灰替代水泥比例为0、10%、15%、20%、25%为胶凝材料,玄武岩机制砂和天然砂为细集料配制C80高强混凝土,利用分离式霍普金森杆对其开展冲击压缩试验,计算破碎体分形维数量化混凝土破碎特征,并借助扫描电镜(SEM)分析混凝土微观形貌。结果表明:机制砂混凝土(MSC)的峰值应力和韧性均高于天然砂混凝土(NSC);随着粉煤灰替代率增加,混凝土峰值应变逐渐降低;当粉煤灰替代率10%时,混凝土的峰值应力和韧性均达到最高值,且破碎体分形维数最小、平均块径最大、综合表现的破碎特征最简单;与未掺粉煤灰组混凝土相比,粉煤灰替代率10%时混凝土的微观形貌致密,孔隙数量减少,整体密实度提升。

钢纤维混凝土冲击压缩力学性能研究

基于钢纤维随机生成算法和HJC本构模型生成了满足钢纤维体积率及几何特征要求的钢纤维混凝土细观数值模型,课题组研究了应变速率、钢纤维含量等因素对钢纤维混凝土在不同围压作用下冲击压缩力学性能的影响。结果表明:在钢纤维含量及钢纤维长径比相同的条件下,随着应变速率的提高,钢纤维混凝土的峰值应力和峰值应变均有不同程度的增大;随着围压的增大,钢纤维混凝土的冲击压缩强度及抵抗变形的能力显著增强;在有围压状态下,钢纤维混凝土冲击压缩强度的率效应受到抑制,围压越大,钢纤维混凝土冲击压缩强度的率效应的抑制效果越强。

SHPB循环冲击实验技术在岩石冲击动力学教学中的应用研究

该文通过将SHPB实验与岩石冲击动力学相关理论课程相结合的教学模式,提高学生对岩石冲击力学响应和能量演化特征的认知与理解,培养学生在科学实验方面的实际操作能力和严谨态度,发挥学生自主开展实验研究的主观能动性,提升教学效果。基于多学科交叉融合理念,联系科学研究热点问题,引导学生进一步思考并探索更多“SHPB+”,有助于培养学生的科研实践能力与思维创新精神。

基于加权随机森林算法的复合材料冲击后压缩剩余强度预测研究

飞机复合材料结构在服役中难免会因外物冲击而造成损伤,从而在一定程度上降低结构的承载能力,更会对飞机的飞行安全造成影响。相对于拉伸性能,复合材料对压缩性能更为敏感,因此对复合材料冲击后压缩性能进行研究意义重大。本文对复合材料冲击后压缩剩余强度试验数据进行工程方法分析,与随机森林预测结果进行了对比研究,结果表明,与现有工程方法相比,本文建立的基于加权随机森林算法对复合材料冲击后压缩剩余强度的预测精度有显著提升。

混杂复合三明治结构低速冲击特性及剩余压缩强度研究

采用实验和仿真相结合的方法,探究蜂窝夹层结构在不同冲击能和不同边界条件下的冲击特性及剩余压缩强度。用Vumat子程序建立三维渐进失效准则,通过实验验证仿真模型的有效性。结果表明,简支试样更容易发生损伤,峰值力也更低,但吸能效果略好。同时,简支试样冲击后的剩余压缩强度较低。当冲击能较低时,边界条件对剩余压缩强度有着重要影响。而在较大的冲击能下,边界条件对剩余压缩强度的影响可以忽略。

两次冲击距离对CFRP层合板冲击损伤和剩余压缩强度的影响

为了研究预损伤冲击对复合材料二次冲击及冲击后压缩行为的影响,对复合材料层合板进行预损伤冲击试验、二次冲击试验及冲击后压缩试验,探究预损伤冲击和二次冲击之间的距离与冲击损伤和剩余压缩强度之间的关系。基于三维Hashin准则和渐进损伤刚度退化方案,在ABAQUS/Explicit中建立预损伤冲击-二次冲击-压缩仿真模型,采用预制分层损伤的方法,将第一次冲击损伤预制进第二次冲击模型中。研究表明:所建立模型的仿真结果与试验结果吻合良好。当两次冲击距离小于两次冲击损伤面积纵向半径和的125%时,二次冲击损伤沿纤维方向向预损伤冲击位置延伸。当第二次冲击与预损伤冲击的距离为两次冲击损伤面积纵向半径和的150%时,剩余压缩强度最小,对层合板造成破坏最大。

基于虚拟仪器测量分析的缓冲材料冲击试验机设计

文章依据GB/T 8167-2008《包装用缓冲材料动态压缩试验方法》的要求,设计开发了基于虚拟仪器测量分析的缓冲材料冲击试验机,旨在对缓冲包装材料进行动态压缩等缓冲性能测试试验。该缓冲材料冲击试验机亦可依据GB/T 8171-2008《使用缓冲包装材料进行的产品机械冲击脆值试验方法》,对计算机硬盘、手机等小型机电产品进行脆值测试,对材料包装行业的发展起到一定的促进作用。

液态N_2、CO冲击压缩特性研究

介绍利用液氮致冷技术实现低温靶的冷却及样品气体的液化,并通过二级轻气炮对液态气体加载进行平面冲击压缩,实验分别测得10～57GPa一次冲击压缩下液氮和液态CO的Hugoniot关系数据。这些实验数据结果显示,33GPa以上比其以下更容易压缩,这种现象本质是氮发生离解相变消耗内能的一种表现形势。液态在20GPa以下表现为一种稳定的压缩过程,而在其以上则伴随有较为复杂的化学反应现象产生。此外,实验研究还发现。