采用泡沫铝填充薄壁结构的穿透器缓冲防护研究

携带探测仪器的穿透器高速侵彻行星体,内部科学仪器将受到高g值冲击,极易损坏.为了科学仪器的缓冲防护以提高自身存活率,本文设计了一种具有多层能量吸收结构的穿透器样机,将泡沫铝填充薄壁结构(简称FTS)应用于内部载荷的缓冲防护设计上以提高存活率.在LS-DYNA中模拟了穿透器侵彻星球介质的过程,通过冲击试验和仿真分析验证了该种措施的有效性.研究结果表明:FTS对隔离冲击和能量吸收效果明显,为穿透器工程样机的研发提供了重要的解决方案.     

撞击作用下泡沫铝填充结构吸能特征

泡沫铝是由金属铝制成,由于铝具有较低的强度,导致泡沫铝本身的承载能力和吸能特性受到局限.典型的抗振吸能结构是泡沫铝填充结构或夹芯结构.采用实验和数值模拟方法分析了泡沫铝填充结构在冲击作用下的变形特征与吸能特性.研究表明,填充结构中钢制圆柱壳在整个冲击吸能过程中占主要地位,它与泡沫的相互作用使得变形过程中的能量吸收和初始失稳载荷随冲击速度的提高而增加;当钢制圆柱壳的壁厚增加时,峰值塌陷载荷和总的吸能也提高.在100 kg范围内,冲击质量对初始峰值塌陷载荷的影响不大.由于钢壳是主要的承载和吸能部件,要想提高泡沫铝填充结构的吸能特性,需要合理地设计泡沫密度与钢壳厚度,充分利用它们之间的相互作用关系.     

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.     

超低空空投过程的仿真

运用动态有限元方法，对救灾物资的超低空空投过程进行了数值仿真．初步建立了超低空空投过程的计算模型，计算模拟了实际的典型空投条件及空投过程．根据仿真结果对飞机空投安全性、着地冲击载荷和减速效果进行了分析，为物资超低空空投系统的设计提供了理论依据．     

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。     

基于排气型气囊的多管火箭炮着陆缓冲特性研究

为研究排气型气囊作用下多管火箭炮在不同工况下的着陆冲击性能，建立多管火箭炮着陆缓冲系统有限元模型，利用LS-DYNA软件计算了炮车系统在刚性地面条件、土壤地面条件、蜂窝铝辅助缓冲条件、后排气囊失效的恶劣工况下的着陆过程动力学响应。结果表明，不同地面条件对多管火箭炮着陆缓冲性能影响较小，车架、框架、定向管应力超过许用应力，应注意防护；在货台和车身之间设计蜂窝铝辅助缓冲装置能有效降低车架应力，实现对车架的保护；后排气囊失效情况下货台冲击过载从40g提高到80g,超出空投安全标准，安全隐患增加。该文研究结果对于多管火箭炮空投方案设计和试验验证有一定参考意义。     

闭孔泡沫铝应变率效应的试验和有限元分析

通过对具有不同孔隙率的闭孔泡沫铝在不同应变率下的动态压缩试验和数值模拟,研究了泡沫铝的应变率敏感性.结果表明:在准静态(0.001s-1)至2500s-1的应变率范围内,具有相同孔隙率的泡沫铝的静、动态单轴压缩变形模式相似,而具有不同孔隙率的泡沫铝的压缩变形模式则存在差异,高孔隙率和低孔隙率泡沫铝的应变率敏感性明显不同;基体材料的应变率敏感性决定了泡沫铝的应变率敏感性;微惯性、波效应和孔内气体压力对泡沫铝的平台应力不产生明显影响.     

运动圆柱体水平撞水时的弯曲振动响应分析

针对空投弹药入水冲击问题,应用结构振动学理论及相关求解方法,研究了圆柱体在水平入水时与水面发生碰撞瞬间沿长度方向受到水面冲击载荷作用时的弯曲振动响应,建立了数学模型,并利用动力学仿真软件对其入水过程进行了仿真计算.结果表明圆柱体材料弹性模量、截面积、质量和长度对其响应有很大影响,使用文中所采用的解析法可以计算运动体水平撞水瞬间的弯曲振动响应,为空投入水弹药壳体设计提供理论参考.     

泡沫混凝土吸能机理试验研究

利用Hopkinson压杆,以试验数据为依据,研究了4种不同密度的泡沫混凝土材料在冲击载荷下的动态力学压缩性能.通过相同加载速率下对泡沫混凝土的动态力学性能比较,得到了高应变率下的泡沫混凝土随着孔隙率降低其最大破坏应力与弹性模量均增大这一变化规律.同时对泡沫混凝土抗冲击和吸能机理进行了探讨.     

铸造泡沫铝合金压缩性能及电磁屏蔽性能

对采用熔体发泡法制备的不同孔径、不同材质的Al-Si和Al-Mg泡沫铝合金进行了压缩试验和电磁屏蔽性能研究.结果表明:铝镁合金泡沫铝压缩过程中无明显断裂阶段,应力-应变曲线表现出明显的塑性特征,泡沫铝合金整体表现出较好的塑性特征;同种材质的泡沫铝材料中,随着孔隙率P的增加,泡沫铝的屈服强度σ_(0.2)以及弹性模量E均随之下降,但孔径大小对屈服强度σ_(0.2)以及弹性模量E的影响较小;随着孔隙率P的降低或者孔径的减小,泡沫铝的反射损耗与吸收损耗增大,从而泡沫铝的电磁屏蔽能力升高,研究表明泡沫铝的电磁屏蔽能力与电磁波的入射角度无关;孔隙率的变化对泡沫合金电磁屏蔽性能的影响相对于改变其他条件对电磁屏蔽的影响要小.     

基于速度概率分布的空投场空域容量理论模型研究

空投作为重要的资源补给手段，相对于传统陆水运输，可以高效安全地实现物资保障，其空域容量对空投计划的制定有着不可或缺的影响。目前对于空投场场景的空域容量理论研究较浅，首先研究分析空投场运行特点，结合空投场场景的运行、结构特征，提出了空投场空域容量定义；其次分析空投场运行中可能出现的航空器追赶情况，建立了空投场空域容量计算模型；最后，以某空投场为例，计算该结构下的空投场理论容量，通过蒙特卡洛仿真验证理论模型的可靠性。同时探究了航空器运行速度及小于最小安全间隔概率变化下空投场空域容量的变化规律。     

地面效应对超低空空投任务性能的影响

通过对某型运输机超低空空投改平和牵引阶段纵向及横航向模态特性的分析,研究了地面效应作用下飞机的气动特性,并参照相应的飞行品质规范,评估了地面效应对空投任务性能的影响。研究结果可为空投飞行控制律的设计及相应地面实验提供理论支持。     

两种空投建模方法的研究

针对空投过程中的飞机运动特性问题,采用两种方法建立了空投过程中的数学模型。以此为基础进行了空投仿真,对所建立数学模型的有效性进行了仿真验证。仿真结果表明,两种建模方法各有特色,都能有效解决上述问题,可为空投建模及空投试验提供理论参考,为确保空投试验的安全性和有效性奠定坚实的基础。     

一种非跟踪内聚光太阳能PV-T管聚光器的设计与仿真

针对非跟踪内聚光光电-光热复合管的结构及接收器的设计需求,对管内具有特殊形状的半圆柱接收器的复合抛物面聚光器(CPC)进行了光学设计,并利用Matlab软件对聚光器曲线和形状进行了优化与数据仿真,得到了光热复合管能够得到最大入射光的聚光器的曲线方程、安装位置以及供数控机床加工所需的参数,给出了不同入射角的光线和光强分布图,提高了太阳能的利用率.仿真结果表明,接收器满足在最大入射光下表面光照均匀的设计要求.     

寒区隧道地源热泵供热系统及优化分析

为解决寒区隧道冻害问题,将地源热泵型供热系统应用于内蒙古博牙高速林场隧道中.系统由取热段、加热段、热泵和分、集水管路组成,可用于隧道洞口段衬砌和排水系统加热.在分析研究该系统传热机理的基础上,建立考虑热阻和热源的隧道取热段传热模型,利用叠加原理、格林函数法和拉普拉斯变换法相结合的方法获得其解析解.热交换管间距对热交换管换热量有显著影响,随着管间距的增加,换热量呈线性增加.热交换管换热量随隧道埋深的增加而呈线性增加,热交换管应布置在埋深深的部位.与热泵持续运行相比,间歇运行有利于土壤温度场的恢复,有助于提高热泵运行效率.     

地下连续墙内埋管地热换热器传热模型

根据地下连续墙内埋管的结构形式和传热特点,建立开挖面以上和开挖面以下两部分的地下连续墙内埋管传热模型,并采用格林函数法推导其解析解.该模型能求解带有随时间变化的内热源、非齐次边界条件的复合介质热传导问题,可用于地下连续墙及周围土体内的温度场分析,还可用于地下连续墙内埋管布置形式、埋管间距以及间歇运行时间等参数的优化分析.     

螺旋式孔口管道消能装置水力特性试验研究

管道消能是有压输水系统中的重要组成部分,消能装置的结构要素、水力特性及消能效率是消能装置设计和运用的主要依据。提出了5种较为适用的消能装置,并在试验研究的基础上,重点论述了螺旋式孔口消能装置的水力特性,分析了消能机理和消能效率。     

Testing and Modeling for Energy Dissipation Behavior of Velocity and Displacement Dependent Hydraulic Damper

A passive energy-dissipating device, velocity, and displacement dependent hydraulic damper (VDHD), is developed to reduce the seismic response of structure. This device is comprised of a hydraulic jack, check valve, relief valve, and throttle valve. The numerical analysis model for SAP2000 nonlinear analysis program is proposed to simulate the energy-dissipating characteristics of VDHD. The analysis results of this model compared with the seismic resistant tests reveal that this proposed model can accurately describe the actual energy-dissipating behavior of VDHD. The efficiency of VDHD is confirmed using this proposed model for carrying out numerical analyses of bare building, building added with bulking resistant bracing (BBR), and VDHD. The energy-dissipating capabilities of VDHD are performing excellent displacement and acceleration control with various ground magnitudes; being an energy absorber to absorb mechanical energy in the structure and resist structural movement; and gathering the advantage of BRB.     

高空机载电子设备冷却方法综述与优选

近年来,航空航天技术不断发展,机载设备朝向复杂化、集成化和小型化发展,随之而来的问题是设备发热量骤增;由于电子设备散热面积越来越小,传统机载电子设备冷却方法已经难以满足其散热需求。高空机载环境存在着低压力、低空气密度和飞机加速、失重等制约条件,机载冷却与近地面冷却性能存在着很多不同。本文对比了几种常见的机载电子设备冷却技术,重点分析几种技术的高空环境制约度,综合优选出最适合机载设备冷却的技术。考虑到单一冷却技术的局限性,本文评述了其中几种常见的复合冷却技术,并对未来的机载设备冷却进行了展望。