强冲击载荷下多孔钛动态力学性能实验及数值模拟

对多孔钛在强冲击载荷下的动态力学性能进行了实验和数值模拟研究. 通过一级轻气炮分别对孔隙率为30%的试样以及孔隙率为20%的试样进行冲击加载,得到了多孔钛在强冲击载荷下的冲击压力与时间的关系以及其他相关数据. 实验测试结果表明,冲击压力会因试件中孔洞的影响而发生衰减;多孔钛的压力峰值没有产生应力平台,显示出了强烈的衰减特性以及应变率相关的黏弹性特性. 本文同时依据实验,利用有限元程序对多孔钛的平板撞击实验进行了数值模拟,所得到的压力-时间曲线以及其他重要参数与实验值吻合较好.      

强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学特性及本构模型

研究氧化铝陶瓷在强冲击加载下的力学响应和动态本构模型. 利用一级轻气炮对陶瓷靶板进行冲击加载,测量得到靶板内的应力-时间曲线,并分析得到氧化铝陶瓷的动力学特性. 结合陶瓷材料破坏特性分析,从脆性材料内翼型裂纹的产生和扩展机理出发,建立了微裂纹损伤本构模型,其中损伤参数通过微裂纹尺寸和微裂纹数2个变量进行描述. 实验与计算结果表明,该模型较好地描述了强冲击载荷下氧化铝陶瓷的力学行为.     

冲击载荷下混凝土破坏过程数值模拟

用二维梁-颗粒模型BPM2D(Beam-Particle Model in Two dimensions)模拟了混凝土动态破坏过程.梁-颗粒模型BPM2D是在离散元法基础上,结合有限元法开发的二维数值计算模型. 在模型中用三种类型梁单元形成混凝土数值试样.每种类型梁单元的力学性质均按韦伯(Weibull) 分布随机赋值以模拟混凝土细观结构的非均匀性,同时梁单元的强度随应变率不同而变化.利用此模型分析了混凝土板在弹体冲击条件下的破坏过程,并给出不同弹体初始速度条件下混凝土内部应力波传播过程.通过将计算结果与实验数据相比较,表明梁-颗粒模型可有效应用于计算和模拟脆性材料动态破坏问题.     

A320撞击刚性靶体的数值模拟及冲击载荷工程模型验证

利用通用显式动力学分析程序LS-DYNA模拟了空客A320与刚性靶体的碰撞过程,获得了飞机以不同速度撞击时的冲击载荷.通过与修正的Riera公式计算的冲击载荷对比,确定了Riera公式和冲击载荷工程模型中修正系数α的取值,并获得了α与撞击速度V₀的对应关系.根据飞机的压损载荷冲量与冲击载荷冲量之比,确定了冲击载荷工程模型中冲击载荷系数γ的取值,并获得了γ与撞击速度V₀的对应关系.工程模型与数值模拟计算的冲击载荷曲线吻合较好,验证了冲击载荷工程模型的合理性,为空客A320及相似结构飞机的冲击载荷曲线计算提供了依据.      

飞机对核安全壳撞击破坏效应的数值模拟

为了研究大型商用客机撞击核电站安全壳的破坏效应,通过建立精细化的空客A320以及岭澳核电站安全壳有限元模型,采用LS-DYNA软件对飞机撞击安全壳进行了数值模拟。分析结果表明:A320撞击力时程曲线出现3次明显的峰值,分别对应驾驶舱、引擎以及机翼(油箱)受撞击产生,其中引擎撞击导致最大峰值荷载。得到的撞击力时程曲线形状与已有研究结论相似,但因飞机型号、质量及撞击速度不同,撞击持续时间、峰值荷载大小及出现时刻存在明显差别。在飞机速度为100m/s撞击下安全壳损伤严重,撞击中心发生局部穿透并很有可能引发核泄漏。     

强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能研究

为研究强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能,针对爆炸驱动结构的辅助装药防护层材料选择设计了一种分层结构,采用数值模拟的方法研究了不同材料组合形式的防护层结构在炸药作用下的爆炸驱动过程,对B炸药和黑火药作为辅助装药两种情况下不同金属防护层材料组合进行了静爆实验. 研究结果表明,隔爆性能最佳的2层45#钢+LY12铝合金形式防护层在B炸药起爆下发生较为明显的破坏,而隔爆性能最弱的3层全部为LY12铝合金的防护层在黑火药引燃作用下仍为完好壳体.      

压力管道受平头弹体侧向冲击破坏的实验研究

研究充液薄壁圆管在平头弹体侧向冲击下局部凹陷、穿透及整体弯曲变形的耦合问题及发生穿透的弹道极限速度。借助DHR-9401落锤装置完成了足尺模型的三跨连续圆管的撞击实验。实验观察到临界破坏速度随内充质压力的增加而减小;平头弹体侧向冲击下,薄壁圆管产生冲塞型破坏。     

平板型环路热管启动特性数值模拟

针对目前电子设备日益轻薄化的特点,以结构厚度更小的铜-水链式平板型环路热管为研究对象,研究了不同热负荷、不同充液率、不同倾角对其启动特性的影响.基于VOF多相流模型和多孔介质模型建立了蒸发器与储液器内的气液两相传热传质三维非稳态模型,对其启动过程进行了数值模拟,对毛细芯内部相变过程以及蒸发器内具有代表性的点的状态进行了...     

车载气动实验系统对机翼气动特性影响数值模拟

为了研究了机翼安装位置对翼型气动特性的影响,建立了一个基于N-S方程的机翼气动特性数值模拟方法,机翼模型剖面为NACA0012,展弦比4。首先通过计算结果与标准模型实验结果对比,验证了三维网格和计算方法的可靠性与适用性,进一步针对车载系统的关键设计参数开展了数值分析。结果表明：车顶流场相较于风洞流场,流场中的速度矢量不完全平行于前进方向,使得不同翼型安装位置处的气动力差别较大;鉴于近车顶效应对模型气动特性有较大影响,对车载试验测量结果带来不可忽视的误差,有必要采用控制实验位置的预处理手段对其进行消除或减弱。     

飞机机翼积冰的数值模拟研究

针对机翼结冰问题,提出了一种翼型结冰的数值模拟方法。介绍了适用于本方法的翼型网格划分及流场求解方法;提出了一种适用于CFD的水滴收集系数计算方法;利用Fluent软件的离散项模型(DPM)及用户自定义函数功能(UDF),计算求解了翼型表面的局部水滴收集系数;介绍了积冰过程中的质量守恒和能量守恒过程;基于积冰垂直生长假设,介绍了积冰生长模型;最后利用本文提出的方法预测了翼型的结冰情况。将用本文提出的方法计算得到的三种典型积冰类型同国外冰风洞实验结果做了对比,证明了本文方法的正确性和准确性。     

覆岩破坏特征数值模拟研究现状及进展

煤层开采覆岩破坏特征对于矿井防治水和瓦斯治理具有重要意义.数值模拟试验是非常好的覆岩破坏特征测试方法.详细阐述了煤层开采覆岩破坏和六种煤层开采覆岩破坏特征数值模拟研究方法,分析了煤层开采覆岩破坏特征数值模拟研究方法存在的不足,针对煤层开采覆岩破坏特征数值模拟研究方法存在的问题.提出了未来数值模拟应该结合绿色开采和智能化...     

胶结充填体冲击破坏及损伤演化数值模拟研究

为定量描述胶结充填体在动载作用下的损伤程度及破坏过程,利用数值模拟软件对胶结充填体进行SHPB动态冲击,并通过室内SHPB冲击试验结果验证数值模拟方法的可行性. 对不同冲击速度（1.5 ,1.7 ,1.8 ,2.0 m/s）条件下4种配比胶结充填体（灰砂质量比分别为1∶4, 1∶6, 1∶8, 1∶10）,采用微裂纹密度法定义损伤变量值d,进行损伤规律及破坏过程的数值模拟研究. 结果表明:数值模拟中使用波形整形器可获得更加理想的矩形波,使试件同一平面单元所受应力均匀,无应力集中现象;数值模拟结果很好地展现了胶结充填体的动态破坏过程,其整体破坏趋势为边缘发生剥落后裂纹向内部延伸与贯穿;在加载速度从1.7 m/s增加至1.8 m/s的过程中,损伤变量增大幅度超过10％;冲击速度由1.5 m/s增加至2.0 m/s的过程中,灰砂质量比为1∶4, 1∶6, 1∶8和1∶10的胶结充填体的损伤变量d变化范围分别为0.238～0.336,0.274～0.413,0.391～0.547,0.473～0.617,灰砂质量比1∶6变化至1∶8时,出现明显的损伤“跃升”现象.      

断续节理岩石破坏过程数值模拟研究

采用岩石破裂过程分析RFPA^2D系统，通过对岩石断续节理在压剪荷载作用下的声发射和位移特性进行数值分析，研究岩石断续节理的破坏过程。数值模拟显示了试件的破坏过程、试件破坏所表现的声发射特征以及不同节理角对岩石破坏过程的影响。研究表明，岩石断续节理破坏过程具有几个明显的不同阶段，节理的倾角对破坏过程具有明显的影响。     

冲击载荷下氧化铝陶瓷的动态响应实验研究

为研究冲击载荷氧化铝陶瓷的动态响应特性,采用DISAR测试系统,测得了氧化铝陶瓷试件的自由面粒子速度时程曲线. 实验结果表明,在不同的实验条件下,粒子速度时程曲线的上升前沿出现了不同程度的趋缓现象,这说明陶瓷材料在冲击载荷作用下表现出了 "类塑性"的特征. 同时,实验中陶瓷材料的Hugoniot弹性极限存在着随试件厚度增加而衰减的变化规律,这在一定程度上反映了陶瓷材料的动态响应特性.      

陶瓷中失效波现象的实验研究

为确定陶瓷材料中是否存在表征失效波的再压缩信号这一实验现象,开展了一维应变条件下平板撞击实验,采用VISAR系统测得了不同厚度试件的自由面粒子速度时程曲线. 通过计算分析,曲线上的再压缩信号皆来自于飞片与试件碰撞面处的反射,而非来自于试件内部某处破坏阵面的反射. 此结果表明陶瓷中没有出现表征失效波现象的再压缩信号. 实验中采用抛光陶瓷试件表面作为激光反射面,以避免试件表面镀铝膜对实验结果的影响.     

同轴对置撞击流吸收器流场特性的三维数值模拟

采用商用FLUENT软件中的标准k-ε模型,对同轴对置撞击流吸收器的流场特性进行了三维数值模拟研究,揭示了其中流体的主要流动规律,并对其速度场和压力场进行了分析,为同轴对置撞击流吸收器的优化和改进设计提供了基础数据和理论依据.     

低冲击能量液滴与球面碰撞沉积特性的数值研究

将水平集方法与浸没边界法相结合,发展了一个在固定欧拉网格系统中的直接数值模拟方法,对韦伯数在5～100、雷诺数在10～150以内的低冲击能量液滴正向撞击球面的过程进行了三维直接数值模拟,重点研究了液滴的冲击速度与球面曲率半径对液滴沉积行为的影响.模拟结果表明,在低冲击能量下,正向冲击液滴在球面上呈现出铺展、回缩、再铺展、再回缩,直至沉积在球面上的特征.在沉积过程中,液滴的铺展速率与铺展面积随着撞击速度的增大而增大,液滴的铺展面积随着球面曲率半径的增大而减小.液滴在沉积过程的首次回缩阶段,出现中心局部破裂现象.为了定量研究该现象,建立了局部破裂与韦伯数以及球面曲率半径之间的关系图谱.     

超高速撞击碎片云特性数值模拟研究

碎片云特性对空间碎片撞击航天器防护结构的损伤程度具有重大影响。本文采用数值仿真软件AUTODYN对球形弹丸超高速撞击单层板和双层板的碎片云特性进行了模拟,分析了弹丸超高速撞击不同层数防护板后的碎片云形态,研究了速度和板间距对碎片云特性的影响。研究表明:碎片云的形成需要一定的条件,速度和板间距对碎片云的特性有重要影响。     

泥水盾构泥膜破坏实验及颗粒流数值模拟研究

以南京纬三路过江通道N线盾构带压开舱为工程背景,针对泥水盾构泥膜在气压荷载作用下破坏过程,结合现场施工工艺,进行了室内试验的分析研究。在此基础上利用颗粒流方法,考虑了地层颗粒形状、级配等细观参数,对泥膜破坏过程进行了模拟分析。结果表明:泥膜破坏是因为在气压作用下产生拉应力导致泥膜开裂透气。以0.45 MPa为节点,气压小于0.45 MPa时,随着气压的增加泥膜破坏稳定时间急剧减小;气压值大于0.45 MPa时,随着气压的增加泥膜破坏时间趋于稳定。相应研究结果可为工程实践提供参考。     

混凝土软化特性的数值模拟

采用微裂纹区分段线性应变软化律，并考虑由微裂纹演化而造成的弹性刚度劣化对裂缝扩展的影响，在给定σ－ω软化律的基础上，用应变增量迭代法，数值模拟了混凝土三点弯曲梁的Ｐ－△全曲线。