钨合金易碎动能穿甲弹穿甲有限元模拟与分析

研究具有不同力学特性的材料作为钨合金易碎动能穿甲弹的侵彻和破碎性能.在建立钨合金易碎动能穿甲弹有限元分析模型的基础上,运用大型动态非线性有限元分析软件MSC-Dytran模拟具有不同拉-压强度比的钨合金穿甲弹在穿透靶板时的侵彻和破碎过程.仿真结果表明,弹体的破碎及毁伤性能随其材料拉伸强度的降低而提高;弹体材料拉伸强度的提高有助于侵彻的进行.数值模拟和结果分析有助于为易碎钨合金动能穿甲弹的研制提供一定的理论参考依据.     

立方体破片侵彻多层铝合金靶板的有限元分析

用LS-DYNA软件,确定了立方体破片与LY—12铝合金靶板材料模型。对立方体破片在不同速度下高速侵彻多层LY—12铝合金靶板进行了有限元分析,得到了不同速度下破片侵彻多层靶板的速度曲线。并与破片在相同条件下侵彻等厚度的单层靶板进行对比分析,所得结果表明多层等效靶与等厚度的单层等效靶在不同速度下具有一定的差异,并且在破片垂直入射时差异性更大,并对这种差异的原因做了分析。     

高速弹丸侵彻靶板能力及影响因素的数值研究

为改进和提高穿甲弹的侵彻性能，给弹丸设计过程中的参数优化提供理论依据，利用非线性动力有限元分析程序，对高速弹丸侵彻均质靶板进行了数值模拟。通过对弹丸侵彻靶板各种影响因素的数值模拟以及对计算结果的分析表明，弹丸对靶板的侵彻能力不是取决于它的整体功能，而是当靶板参数和弹材固定时，可用弹丸初始横截面积比动能来标志，数值模拟结果与现有的经验公式符合很好。     

基于LS-DYNA的圆柱形破片侵彻靶板有限元分析

采用LS-DYNA的Lagrange算法,选择了适合金属侵彻问题的Johnson-Cook材料模型,建立了圆柱形破片侵彻钢质靶板的有限元模型。通过对数值运算的结果进行分析,得到了破片对靶板的动态侵彻过程及破片和靶板的变形和损伤、破片和靶板上的等效应力分布和选取单元的应力变化曲线;得到了破片在侵彻过程中的速度、加速度变化曲线。     

钢丝网增强活性粉末混凝土抗侵彻特性

为研究新型钢丝网活性粉末混凝土RPC(reactive powder concrete)避弹层的抗侵彻性能,进行了抗侵彻试验和数值计算分析.制作了钢丝网RPC、钢纤维RPC试验靶体.分别采用步枪子弹和57 mm半穿甲弹进行了冲击试验,冲击试验的弹体速度分别为710、340 m/s,主要比较靶体的破坏形态和弹体对靶体的侵彻深度.为利用ANSYS/LS-DYNA动力有限元分析软件对上述靶体的抗侵彻性能进行数值计算分析,创建了新型钢丝网RPC的计算模型.计算结果与试验结果基本吻合,证明了计算模型的合理性.试验和计算结果均表明:钢丝网RPC具有较好的抗局部破坏和抗裂的性能,且具有较高的效费比.     

攻角对长杆弹高速斜侵彻性能的影响

为了提高穿甲弹的侵彻性能,研究了攻角对杆式弹侵彻性能的影响规律。利用非线性动力学有限元分析软件,对长径比为21的钨芯长杆弹高速斜侵彻匀质钢板进行了一系列数值模拟,得到了侵蚀杆式弹侵彻半无限靶板时弹靶系统的变化过程。理论计算及数值模拟均表明,带攻角侵彻时弹道轨迹向有利于穿透靶板的一侧偏转。通过对剩余动能、侵彻深度、剩余速度、穿透时间各因素的分析,得出了对长径比为21的钨合金杆式弹穿深有利的攻角范围为-0.2°δ0°,给弹丸设计及发射过程中的参数优化提供理论依据。     

垂直侵彻下钢筋混凝土靶抗侵彻性能的理论与数值分析

为了进一步分析钢筋混凝土靶的抗侵彻性能,首先对已有的动能守恒式加以修正,推导出考虑靶内钢筋影响的弹体剩余速度公式;其次根据Hanchak侵彻试验建立钢筋混凝土靶有限元模型,获得弹体剩余速度并验证该模型的可行性;最后定量分析含筋率和弹着点对钢筋混凝土靶板抗侵彻性能的影响。研究结果表明:修正模型的弹体剩余速度预测值与原模型相比,和试验值的吻合度更高。靶板含筋率在1%～3%时,其抗侵彻性能随着含筋率的提高而增强;但增长速度呈减小的趋势,其中含筋率从1%提高至1. 5%时,靶板抗侵彻性能增长得最为明显。含筋率3%时,与弹体击中网眼和单排钢筋相比,击中钢筋交叉点处的靶板抗侵彻性能明显增强,较上述两者提高约10%。     

素混凝土及钢纤维混凝土在弹体侵彻作用下的三维数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对素混凝土以及钢纤维体积含量为3.0%的钢纤维增强混凝土靶板抗侵彻问题进行了数值模拟.在三维有限元计算模型中引入了JHC(Johnson_Holmquist_Concrete)累积损伤材料模型以描述钢纤维混凝土的破坏效应,弹丸采用Johnson_Cook材料模型.弹丸贯穿靶板后剩余速度的计算结果与在直径为37mm滑膛炮上所获得的实验结果误差在5%以内,同时很好地模拟了两种混凝土靶板的成坑和破坏现象.计算结果表明,用JHC模型来描述混凝土的抗侵彻问题是可行的.     

聚能射流侵彻过程的相似律及其在数值仿真中的应用

利用相似理论分析了聚能射流侵彻钢靶板过程,建立了相关的相似律模型,得到了相应的相似参数.对聚能射流侵彻钢靶板的过程进行了数值计算,结果表明,相似律模型提出的侵彻相似率在聚能射流侵彻钢靶板的过程中成立.将相似律模型用于数值仿真计算中,可以在保证精度的条件下,减少计算量,缩短计算时间,降低计算成本.     

破片侵彻纤维复合材料板的有限元数值模拟

采用有限元方法对几种不同外形和材料的破片模拟弹垂直侵彻玻璃纤维增强复合材料层合板的动态响应过程进行了模拟分析,研究了靶板有限元模型网格尺度对抗破片侵彻特性模拟计算结果的影响,分析了靶板直径和边界约束条件等因素对复合材料板的抗破片特性的影响。对于厚度为4.0mm以上的较厚靶板,几种常用的13.4g钢质破片模拟弹的外形和材料的差异对侵彻能力影响较小。与已有文献中的实验结果的比较表明:当有限元网格尺度接近复合材料单层厚度时,计算结果的精度较好;当靶板直径大于一个与靶板材料波速相关的临界直径时,靶板直径、边界约束条件对破片模拟弹剩余速度的影响可忽略;完全固支条件的计算结果比简支或自由边界条件更接近于大尺寸靶板的计算结果。     

铝合金构件普通螺栓连接同时抗拉和抗剪承载性能分析

通过有限元分析了铝合金构件普通螺栓连接同时抗拉抗剪性能,选取了4.6级钢螺栓和AW 6082铝合金螺栓进行了分析,并与我国钢结构设计方法进行了对比.通过分析有限元计算结果,给出了铝合金构件普通螺栓连接同时抗拉和抗剪的设计方法.     

铝合金板式节点受弯承载力试验研究

从理论上提出了铝合金板式节点在面外弯矩作用下的抗弯承载力计算公式.进行了4个铝合金板式节点试件试验,其中3个试件只承受面外弯矩,一个试件同时承受面外弯矩和剪力,得到了板式节点的受力性能,归纳了板式节点在面外弯矩作用下和弯剪联合作用下的破坏模式主要为:杆件受弯破坏、节点板块状拉剪破坏和节点板的屈曲破坏.通过试验数据分析,得出了反应撬力对其极限承载力影响的折减系数k1的取值范围,并验证了承载力计算公式的准确性.针对4个板式节点试件的试验,采用ABAQUS有限元软件建立了有限元数值分析模型,分析了其极限承载力,补充和完善了试验研究.     

反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应研究

 研究反应破片对中厚铝合金靶的侵彻效应。设计了一种单发反应破片侵彻效应研究的试验装置,研究了反应破片在不同撞击速度下对中厚铝合金靶的侵彻效应;并利用AUTODYN-2D软件建立了反应破片侵彻中厚铝合金靶板效应的数值模拟方法。结果表明:Al/PTFE反应破片在高速撞击下具有动能和化学能双重毁伤效应,在1346~1645m/s的撞击速度下可发生点火和能量释放,在20mm厚铝合金靶上形成3.41~6.51mm的侵孔,在此基础上开展的数值模拟结果与试验结果也有较好吻合。     

铝合金T形接头在静态加载下的力学行为模拟

在铝合金汽车车身结构中,T形接头是一种重要的结构形式.采用汽车车身应用的6063铝合金四方型材,用TIG焊接成T形接头进行实验,同时采用ABAQUS有限元软件对T形接头在静载条件下的屈服、变形和破坏行为进行了模拟.结果表明:接头的性能不能简单地用理论上焊接接头的三个主要区域的性能来代替;材料参数中采用剪切断裂判据对铝合金结构件的模拟有一定的可行性;T形接头模型的建立可以为汽车车身结构模拟模型的建立提供理论依据.     

泡沫铝合金耐火性能的研究

用有限元分析软件ANSYS建立泡沫铝合金的模型，模拟出在高温条件下泡沫模型的背火面温度场分布情况，得出其温度分布规律并求出它的耐火极限。同时对致密铝合金进行分析比较，发现泡沫铝合金的传热性能低于致密铝合金，而耐火性能优于致密铝合金。研究的结果对于泡沫铝合金在耐火材料方面的应用具有一定的指导意义。     

火灾下大空间铝合金网架受力性能

针对铝合金空间结构抗火性能较差的问题,以正放四角锥铝合金空间网架为对象,基于实用大空间建筑火灾空气升温经验模型模拟火灾温度场,采用增量法对各构件的温度进行计算,利用ANSYS WORKBENCH构建铝合金网架遭受火灾温度场的有限元模型,研究铝合金网架在火灾下不同时间段的受力效应和变形特征;并利用有限元的手段,对比分析了铝合金网架和Q355普通钢网架在火灾下的受力性能。研究结果表明:铝合金网架在火灾升温60 min时温度达到峰值,最大温度应力主要集中在角部支座附近,其变形特征为整体向上起拱;铝合金网架从角部杆件发生局部破坏,随后造成整体变形过大而导致整个网架的坍塌破坏;铝合金网架在常温下受力性能优于Q355普通钢网架,但火灾下受力性能劣于Q355普通钢网架,工程实践中应根据结构的使用功能合理选择结构的材料。     

Zr77.1Cu13Ni9.9非晶合金破片侵彻LY12铝合金及TC4钛合金靶板毁伤后效及机理对比研究

锆基非晶合金是极具发展潜力的含能结构材料,由其制备的破片侵彻不同材质装甲时,会表现出显著不同的毁伤效果.本研究中利用弹道枪发射装置,针对Zr_77.1Cu₁₃Ni_9.9非晶合金破片,以1 200 m/s速度分别侵彻8 mm厚LY12铝合金和TC4钛合金屏蔽靶,结合高速摄影技术比较了破片碎裂形成碎片云并造成毁伤后效的过程;同时基于FEM/SPH自适应耦合法,再现了破片对两类屏蔽靶开坑、稳定侵彻、穿透等系列阶段,以及碎片云形成的复杂物理过程,揭示了其对后效靶的毁伤机理.结果表明,由于TC4钛合金相比LY12铝合金具有更高的强度,穿透TC4屏蔽靶所需的时间更长,且靶板内最大等效应力是后者的3倍左右;破片在侵彻TC4屏蔽靶时与靶板间发生了更强的相互作用,使得破片前端出现更大面积的高应变区域,由此导致破片发生了更严重的破碎并产生分布范围更大的碎片云,从而在后效靶上产生更大面积的损伤.     

渗流铸造过程中流场温度场的数值模拟

研究真空差压渗流铸造法制备SiCp/Al(颗粒碳化硅)复合材料的制备工艺,分析工艺参数对成形的影响.在考虑液态金属的传热和对流的情况下,根据多孔介质的连续介质模型及有限元方法,对多孔介质内的铝液的渗流行为进行流场温度场耦合的数值模拟.采用统计平均的方法描述多孔介质微观结构的影响,使用有限元方法,编写二维的渗流模拟命令流文件,计算渗流和传热耦合的瞬态过程,给出瞬态温度场分布,并且进一步预测不同时刻的渗流有效高度.     

基于仿生子结构的铝合金板式节点拓扑优化

针对铝合金板式节点自重大且应用传统拓扑优化效果不佳的问题,在子结构拓扑优化的基础上利用仿生学原理提出一种仿生子结构划分方法,显著改善了铝合金板式节点的拓扑优化效果,并构建一种轻质高强的新型铝合金节点.首先以Y型节点为例提出仿生子结构拓扑优化的基本思路和数学模型并验证了该方法的有效性;然后应用该方法对传统铝合金板式节点进行拓扑优化.优化过程中,先使用SolidWorks软件建立节点模型;然后以甲虫前翅为仿生对象进行拓扑优化子结构划分,并应用HyperWorks有限元软件中的OptiStruct求解器进行给定荷载条件下的节点拓扑优化分析;再通过OSSmooth模块进行FEA reanalysis处理,提取优化结果的关键拓扑特征;最后将拓扑节点有限元模型通过SolidWorks软件进行重建模设计,获得新型铝合金节点.研究结果表明,仿生子结构拓扑优化方法有效提升了结构优化效率和优化效果,应用该方法得到的新型铝合金节点在最大等效应力降低19.97％的同时大幅降低其自重52.91％.