冲击载荷下金属薄壁圆柱壳动态响应特性研究

为探讨薄壁结构金属件在冲击载荷作用下的变形模态、受力特征等动态力学响应特性,对3种材料的薄壁圆柱壳体进行了不同速度的落锤冲击实验,获得了相同冲击条件下不同材料圆柱壳体的变形模态、吸能方式和轴向缩短率,以及冲击速度和径厚比对圆柱壳体吸能和轴向缩短率的影响规律. 研究结果表明:薄壁圆柱壳的轴向缩短率随着冲击速度增加而增加,由于应变率效应吸能能力也随着冲击速度增加而增加;薄壁圆柱壳体的轴向缩短率随着径厚比的增加而增加;动态冲击条件下的平均后屈曲载荷远大于准静态条件下的理论载荷,除了与圆筒直径、厚度以及材料特性相关外,还与冲击速度相关;通过非轴对称屈曲折皱变形来抗冲击A6060铝合金适合用于薄壁结构件.      

薄壁矩形钢管混凝土受压柱临界宽厚比

对薄壁矩形钢管混凝土柱在轴压作用下的局部屈曲性能进行了研究。使用能量法分析了钢板的局部屈曲系数。假设钢管壁在非加载边受到弹性约束,在内侧受到混凝土的径向压力,通过计算弹性约束系数,得到了矩形钢管混凝土柱轴压下的临界宽厚比。从公式中得知径向力降低了钢管的屈曲应力。钢管屈曲系数随着约束系数的增大而增大,且与钢管截面高宽比和邻边厚度比有关。     

FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱轴压性能有限元分析

以纤维增强复合材料(FRP)约束矩形高强钢管混凝土长柱的轴压试验为基础,利用有限元软件ABAQUS对FRP约束矩形高强钢管混凝土长柱进行了非线性有限元分析,有限元分析结果和试验荷载-位移曲线吻合较好,破坏模态一致,峰值荷载偏差平均值仅为0.5%,方差为0.080,验证了材料本构关系、单元类型、接触和边界条件等建模方法的可靠性,表明该有限元模型可以准确预测其轴压性能.基于试验和数值模拟分析了试件的受力机理:薄壁钢管在压应力较小时发生局部屈曲;混凝土在钢管鼓曲处发展了塑性应变和横向变形;由于倒角较小,FRP在角部存在应力集中现象,在鼓曲最严重处发生断裂.环向FRP约束延缓了钢管局部屈曲的萌生和发展,提高了核心混凝土的约束强度,对于内填普通强度(C40)混凝土的钢管混凝土柱,环向FRP在承载力上的提升作用较明显,方矩形截面试件的峰值承载力提高了6%～7%.对于内填高强度(C80)混凝土的钢管混凝土柱,方矩形截面试件的峰值承载力提高了4%～5%.最后利用该有限元模型探究了长细比参数对轴压性能的影响,结果表明:FRP对承载力的提升效果随着长细比的增大而降低,对倒角半径为20 mm的模型,当长细比...     

钢管撕裂卷曲变形的实验研究与理论分析

报导了钢管撕裂卷曲变形的冲击实验研究和理论分析。利用DHR-9401型落锤式冲击加载装置,对直径为54mm、壁厚为0.43~2.50mm的6组A3无缝钢管进行了轴向撞击实验研究。通过实验得到了钢管撕裂卷曲的变形模态和轴向冲击载荷作用下的冲击力—时程曲线。并对撕裂卷曲过程中单位时间内各种耗散能进行了理论分析,得到了单位时间内各部分能量占总能量的比值;给出了稳定变形阶段的冲击力表达式。理论计算结果与实验吻合较好。     

高温后钢管RPC动态本构模型及SHPB试验验证

为了研究防护工程中钢管活性粉末混凝土(RPC)构件的抗冲击及抗火(高温)性能,采用74mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置对27块20~300℃加热后的钢管RPC进行了不同应变率的冲击压缩试验,得到了高温后钢管RPC的动态应力-应变曲线和破坏形态。利用ANSYS软件数值模拟了高温后钢管RPC截面温度场分布,建立了高温后钢管RPC动态本构模型。结果表明,300℃高温后的钢管RPC仍具有较高的强度,较好的延性和整体性。本试验条件下,钢管RPC峰值应力和峰值应变随过火温度提高而增大。随着过火温度的提高,钢管RPC峰值应力的应变率效应有所增大,而峰值应变的应变率效应略有减弱。理论方法可以较准确地预测常温条件下钢管RPC的峰值应力和峰值应变。高温后钢管RPC动态应力-应变曲线上升段的理论曲线与试验结果吻合良好,但由于高频振荡和变形滞后的影响,曲线下降段会有一定差别。     

钢管RPC抗多次冲击动态力学性能研究

采用φ75 mm分离式霍普金森压杆试验装置对16个钢管活性粉末混凝土试件进行了不同应变率下的多次冲击压缩试验,得到了动态应力-应变曲线和破坏形态.试验结果表明：当应变率小于80 s^-1时,钢管RPC在多次冲击下仍能保持较稳定的力学性能;当应变率大于106 s^-1时,钢管RPC在多次冲击下发生塑性变形,表现出良好的延性,核心RPC开裂.多次冲击作用下,钢管RPC仍保持较高的强度、较好的延性和完整性,是一种抗冲击性能良好的防护工程材料.     

材料应变率效应对2类吸能结构碰撞性能的影响

轨道车辆吸能结构变形时伴随着明显的应变率效应,为了研究材料应变率效应对碰撞仿真结果的影响,以应变率敏感材料Q235为研究对象,首先,通过实验数据对比和理论解对比2种方法,证明考虑应变率效应的Q235材料模型的可靠性;然后,研究材料应变率效应对挤压式和压溃式圆锥管吸能结构碰撞载荷与吸能、变形模式等耐撞性能的影响;在此基础上,提出2种受材料应变率效应的影响不明显、变形有序可控的诱导式吸能结构。研究结果表明:对于不同结构,材料应变率效应影响因子不同,考虑材料应变率强化效应的挤压式吸能结构碰撞力放大因子比压溃式圆锥管结构的大;对于不同结构,材料应变率效应影响因子随速度变化的幅度不同,挤压式吸能结构的应变率效应放大因子随速度变化幅度比压溃式的小;材料应变率效应对第二类吸能结构的变形模式影响显著,应变率强化效应减少了应变率较大的变形,增加或促进了应变率较小的变形;诱导式吸能结构的变形模式受材料应变率效应的影响不明显,变形有序可控,在工程设计中可考虑采用诱导结构,以减少材料应变率效应对结构变形模式的影响。     

混凝土材料的SHPB实验技术研究

为提高混凝土材料的SHPB实验结果的精度和可比性,结合混凝土的实验过程,对波导杆的弥散效应、试件内应力应变均匀性和试件的径向惯性效应进行了研究。研究结果表明:一维应力波假定和均匀性假定基本满足,混凝土试件是否有足够时间使应力应变达到均匀,取决于混凝土试件的最大应变值和应变率;实验中采用脉冲整形技术和恒应变率实验技术,并选用三波公式处理实验数据,可以增大混凝土的有效承载时间,减小试件惯性效应对实验结果的影响;当应变率接近或大于104时,需要考虑试件的径向惯性效应。     

矩形薄壁钢管混凝土短柱轴心受压性能试验研究

以截面长宽比、混凝土强度、钢管壁厚为参数,对32个矩形薄壁钢管混凝土短柱进行了轴压试验研究,分析了其破坏过程、破坏形态、承载能力、变形性能,探讨了钢管与核心混凝土协同工作机理及其影响因素.试验研究表明:受力过程中,薄壁钢管长边首先发生屈曲,试件最终破坏形态及破坏承载力与钢管长边的屈曲有关;矩形截面与方形截面和圆形截面相比,长边更容易屈曲,钢管对核心混凝土的约束作用相对较小,壁厚及截面的长宽比对约束作用影响显著;矩形截面薄壁钢管混凝土受压短柱的承载能力与变形性能除与截面长宽比、钢管壁厚有关外,还与钢管与核心混凝土的抗压强度比有关.在试验研究的基础上,建立了核心混凝土的约束分区模型,推导出了矩形薄壁钢管混凝土轴压构件承载力计算公式.     

某埋头式弹丸动态冲击挤进特性的研究

为研究埋头式弹丸动态冲击挤进过程中弹带在坡膛处产生的高应变率塑性变形及断裂失效问题,考虑到埋头式弹药二次点火和火药程序燃烧的特殊性,将试验测得的弹底压力及弹丸一次上膛速度作为数值仿真模型的初始边界条件,建立了基于身管及埋头式弹丸结构特性、材料大变形和损伤效应等因素的三维有限元模型. 基于LS-DYNA软件,采用显式数值计算方法,对埋头式榴弹动态冲击挤进过程进行了研究,获得了弹丸冲击挤进阻力的变化规律,并分析了弹带表面刻槽的成形过程及应力应变特征. 结果表明:当埋头式榴弹的紫铜弹带冲击挤入坡膛时,经历了从弹性变形到塑性变形,并最终断裂失效的过程. 当弹带完全挤入身管全深膛线,整个动态冲击挤进过程结束,弹带表面形成了较深的刻槽,并与身管膛线紧密贴合,其间冲击挤进阻力呈现出强烈的非线性变化.      

超塑性材料的单向拉伸均匀变形和颈缩速度的研究

均匀变形条件是超塑性材料迭到很高塑性的一个条件。文章用塑性基本理论导出幂硬化特性的在单向拉伸时均匀变形条件,它适用范围较广,幂硬化塑性材料的均匀变形条件是它的一个特例。从该均匀变形条件可以看到W.A.Backofen所提出的超塑性材料不可能有绝对意义上的均匀变形,但可以通过分析颈缩的速度和应变速率敏感性指数m来分析超塑性的高低。     

粘弹性纤维在均匀变形流场中的悬浮动力学

本文以三珠二杆粘弹性铰接的珠链作为纤维的模型,用将珠链运动分解为准刚体运动和纯变形运动的方法,对粘弹性珠链纤维在均匀变形流场中的悬浮运动进行了研究。得到了纤维速度,加速度分布公式,纤维平均取向的角速度南纤维纯变形运动方程。并发现,在纤维质心运动方程中,集中在纤维质心上的各圆珠的斯托克斯阻力之矢量和就等于流体作用于纤维质心的斯托克斯阻力;在纤维相对于质心的动量矩方程中,力矩是准刚珠链纤维中各圆珠上相对于纤维质心的斯托克斯阻力矩之矢量和。特别是在不计纤维惯性、重力和浮力的条件下,当纤维刚直并作平面运动时,其角速度与同样条件下无限长径比椭球角速度的 Jeffery 公式完全一致。     

充液格栅结构抗射弹冲击特性研究

为研究充液格栅结构抗射弹冲击特性,基于二级空气炮系统开展1×1、3×3和5×5格栅结构抗射弹冲击实验,获得射弹速度变化和壁板应变等物理量,并通过LS-DYNA有限元软件,建立经实验验证的有限元模型,研究射弹速度全场变化、壁板变形等。结果表明:格栅结构后壁板变形最严重,且壁板下半部分变形大于上半部分;在内部壁板变形和流体对前壁板的共同作用下,5×5格栅结构前壁板变形趋势与1×1和3×3格栅结构不同;格栅结构在射弹冲击过程中获得的总能量随格栅数量的增加而增加,但内部壁板变形耗散更多的能量,导致格栅外部壁板变形反而减小,提高了结构的抗毁伤能力。     

可渗透弹性悬臂梁式薄板横向绕流变形分析

采用相容拉格朗日-欧拉法,求解可渗透弹性悬臂梁式薄板在理想流体横向绕流下的小变形问题。通过具体算例,分析了流速、板的几何尺寸及渗透参数对可渗透弹性悬臂梁式薄板挠度、应力大小的影响。假设弹性薄板的孔很小且均匀分布,不会对其弯曲刚度及外部流场产生影响,忽略小孔所造成的阻力。根据弹性薄壳理论和接触面动力学方程得到可渗透弹性梁式薄板的变形方程。利用线性渗透关系式及质量守恒定律求解薄板的阻滞压力。采用泰勒展开方法得到挠度函数和引起薄板变形的流体势函数待定参数的方程式,解方程求出待定参数,即得到薄板横向绕流发生小变形的挠度,进而可求出应力分量。     

压下模式对镁合金宏观塑性变形和微观组织演变的影响

将热-力耦合弹塑性有限元方法与微观组织演化模型相集成,定量比较了恒定平均应变速率和恒定压头速率2种压下模式对镁合金AZ31B高温变形和微观组织演变的影响.采用AZ31B镁合金圆柱形试样进行Gleeble热力模拟试验获得有限元模拟所需的高温流动应力曲线与再结晶晶粒尺寸实测数据,并通过二次开发与有限元模型相集成.研究结果表明,由于端面摩擦的存在,2种压下模式下变形场和微观组织场都呈现不均匀分布特性.与恒定平均应变速率相比,恒定压头速率压下时晶粒尺寸均值减小,均方差略有增加.     

金属压力加工问题的流函数速度模式上限解

采用流函数法构造了塑性变形金属流动的完备速度模式，对Ｍｉｓｅｓ材料平面变形和轴对称变形问题，提出并推证了运动可能速度场应满足的力学边界条件一“边界切应力”约束方程。将求解与运动可能速度相对应的应力场归结为确定一点静水压力的问题，实现了由上限法确定问题的完全解。应用这一理论对锥模拔管问题进行了计算分析。     

下沉速度法研究地表移动变形分布规律

在地质采矿条件变化不大时，从地表点的下沉速度出发，取随开采工作面一起移动的动坐标建立动坐标系，研究地表点下沉速度的分布规律，得到地表下沉速度分布曲线，并对地表点在整个下沉时间过程的速度曲线进行积分，得到动态地表主断面上的地表下沉分布公式，并在此基础上经过一系列转换，得到地表任意点下沉、倾斜、曲率、水平移动、水平变形公式。公式简单，便于应用。     

用上限元法确定钢管张减过程的速度场

根据钢管塑性变形原理及张减变形理论,运用上限元法来构造动可容速度场, 把单元的塑性变形功(率)、速度间断功(率)及摩擦功(率)等表达成单元边界几何位置参数和法向速度参数的函数,并进行速度场的优化,求出钢管张减变形区的速度场,从而为进一步分析钢管张减过程的力能参数打下基础.     

大范围运动空间梁的耦合动力学模型

从连续介质力学原理出发，对作大范围运动的空间梁建立耦合动力学模型．在纵向变形中计及了变形位移的二次耦合变形量，基于Jourdain速度变分原理导出作大范围运动的空间梁的动力学方程．将耦合动力学模型的仿真计算结果与不计二次耦合变形量传统的建模理论进行比较表明，在大范围运动的侧向角速度和浮动基基点的纵向加速度较大的情况下，二次耦合变形量对系统的刚—柔耦合动力学性质产生一定的影响．