岩石材料动态断裂韧性的实验研究

为了研究岩石类材料的动态力学性能及动态破坏机理,防止出现岩石爆裂造成灾难性破坏,根据中心裂纹圆盘试件断裂韧性测试方法和分离式霍普金森压杆的基本原理,在SHPB装置上测试了花岗岩的动态断裂韧性。对测试结果按照SHPB基本原理进行处理,以试件两端平均载荷带入准静态公式得到动态断裂韧性。处理结果表明,用试件两端平均载荷获得岩石动态断裂韧性的实验方法有效的;花岗岩的动态断裂韧性具有加载速率相关性,随着加载速率的增加断裂韧性增大。     

棱线强化薄壁方管轴向压溃力学特性

基于Wierzbicki和Abramowicz提出的方管理想化折叠机构和能量耗散模式,引入棱线与平板的屈服强度比,修正了棱线强化薄壁方管在准静态轴向压溃作用下的能量平衡方程,并推导出了平均压溃力理论预测公式.CAE(computer aided engineering)数值仿真完整再现了稳定压溃阶段棱线强化方管形成一个新折叠单元的塑性变形过程.仿真与理论结果对照表明,理论预测公式可以较准确地预测棱线强化薄壁方管准静态轴向压溃过程的平均压溃力,且最大偏差不超过4.3%;其次,对于截面长、宽、高分别为56,56,1.0 mm的方管,仅占整个截面周长9.09%的4根强化棱线可使其平均压溃力提升53.8%.     

高强钢闭口帽形结构准静态轴向压溃实验

为了研究成形历史对车身部件冲击变形行为的影响,以点焊连接闭口帽形结构为例,比较了2种高强钢材料--HSLA340和DP590不同成形条件下准静态轴向压溃过程的变形模式和吸能特性.实验结果表明：冲压成形过程导致的结构局部材料强化和几何弱化现象严重影响了帽形结构压缩过程中的屈曲变形模式,使其吸能能力低于折弯构件;大压边力冲压成形构件压溃过程中出现局部板材撕裂现象,该现象与应变历史及应力状态相关;因其独特的低屈强比硬化特性,不同成形条件下的DP590构件变形吸能特性始终优于HSLA340构件.     

外压与弯矩组合载荷作用下筛管压溃载荷计算

筛管在服役过程中受出砂、地层运动等导致的外压和弯曲等复杂载荷影响,易发生压溃失效问题.利用ABAQUS软件建立考虑初始椭圆度的平行布孔筛管的有限元模型,研究外压和弯矩组合载荷作用下筛管的压溃行为.基于不同径厚比、布孔参数、弯矩载荷下筛管压溃载荷计算数值模拟结果,建立弯曲和外压组合载荷下筛管压溃载荷简化公式.结果表明:在...     

CFRP/AA6061缠绕组合薄壁结构轴向压溃仿真方法

采用LSDYNA软件建立碳纤维复合材料缠绕在铝合金管外壁组合而成的CFRP/AA6061组合管的模型,对压溃仿真方法进行研究.采用MAT54和MAT123材料模型分别模拟CFRP和AA6061的本构关系,采用参数校准的方法确定CFRP与AA6061的连接界面法向失效应力和切向失效应力,并采用tiebreak接触定义界面.对不同纤维铺层角度的组合结构进行了压溃试验和仿真模型验证.结果表明,该仿真模型精度较高,对[0/90]₃和[90]₆铺层组合管的峰值载荷仿真误差分别为8%和11.2%,均值载荷误差分别为8.7%和6.7%,仿真结果较准确地再现了压溃过程中的峰值载荷和均值载荷,该仿真模型可用于CFRP/金属组合薄壁结构的压溃试验与仿真研究.      

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.      

玄武岩纤维/铝合金层合板的力学性能研究

通过单向拉伸、剪切以及三点弯曲实验研究了玄武岩纤维/铝合金层合板在不同加载方式下的准静态力学性能。利用空气动力枪对玄武岩纤维/铝合金层合板进行了子弹冲击加载实验。实验中得到了层合板材料不同的力学参数以及子弹冲击下典型的变形失效模式。实验结果表明:在单向拉伸载荷作用下层合板中纤维层将首先发生断裂破坏从而导致材料失效,45°拉伸剪切作用下由于纤维不承受拉伸载荷,其剪切强度较低而剪切应变较大,从而导致铝板发生面内弯曲变形。在12 mm子弹冲击载荷下玄武岩纤维/铝合金层合板具有较好的抗冲击性能,其弹道极限为97.9 m/s。     

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.      

A320撞击刚性靶体的数值模拟及Riera模型修正系数α的确定

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,获得了飞机以不同撞击速度和不同撞击角度撞击的冲击载荷,通过与修正的Riera公式计算的冲击载荷及其冲量对比,确定了不同撞击速度下Riera理论模型修正系数α的取值,研究结果表明：修正系数α不是常数,α与撞击速度的平方V₀²存在线性关系;使用修正的Riera公式计算的冲击载荷曲线与数值模拟得到的冲击载荷曲线吻合较好,进一步验证了修正的Riera理论模型的合理性.     

单元薄壁矩形截面梁的平均压溃力研究

纵梁的平均压溃力决定着轿车纵梁在碰撞过程中吸收能量的能力.研究纵梁的平均压溃力,可在概念设计阶段了解纵梁的碰撞性能,减少潜在的设计缺陷.但文献中纵梁平均压溃力的拟合结果与试验及仿真偏差较大.为此,文中采用物理试验与仿真试验相结合的方法,分析平均压溃力与材料的截面形状、厚度和力学性能的关系,并对一系列单元薄壁矩形截面梁进行试验与仿真,根据统计学中极差、最大偏差和标准差最小化原则,推导出新的矩形截面梁平均压溃力公式.计算结果表明,所推导公式的拟合值比现有文献公式的更加接近仿真值,能够满足轿车前纵梁概念的设计需要.     

飞机碰撞混凝土靶冲击载荷的解析研究

为完善飞机碰撞混凝土靶的冲击载荷方程,提出在碰撞中飞机前端存在一个破碎区域,并应用应力波原理分析其形成机理、计算该区间长度;应用动量守恒原理推导含有破碎区域的飞机的冲击载荷方程. 计算和推导结果表明,由于破碎区域的存在,该区域的长度以及内部的速度分布共同决定了冲击载荷方程质量系数的大小. 计算不同的速度分布形式下系数的不同取值范围,并且分析不同系数取值范围的合理性.     

泡沫填充圆管的动态轴向压缩吸能特性

为开发可用于汽车安全设计和航天器回收等领域的新型碰撞吸能结构,在泡沫填充圆管受准静态轴向压缩吸能特性分析模型的基础上,建立了轴向压缩条件下的动态吸能特性分析模型。分析结果表明,加载速率对泡沫填充圆管的吸能能力有较大影响,吸能能力随加载速率的增大而提高。该文还采用LS-DYNA软件对泡沫填充圆管的轴向压缩吸能过程进行了数值模拟,并与理论分析结果进行了对比。结果表明,二者具有较好的一致性。     

6063铝合金薄壁方管耐轴向撞击性能研究

针对汽车用铝合金构件的安全设计要求,采用关键试验加有限元仿真技术,对6063铝合金薄壁方管轴向耐撞击性能进行了研究.通过轴向静态压缩和落锤冲击试验,获得了该薄壁试件静态和冲击载荷下的力学行为规律.同时应用有限元模型对不同结构尺寸的试件进行了不同速度下的冲击仿真分析,给出了试件变形和载荷预测.研究结果表明,6063铝合金薄壁试件具有良好的吸能性,试件的耐撞性和材料组织、加载速度及结构几何尺寸有密切关系.降低冲击速度、减小构件长细比以及增大壁厚,有利于改善试件屈曲过程的稳定性.作为汽车用缓冲吸能结构,该类薄壁铝合金试件的长细比不宜大于12,壁厚取2 mm,长度在310 mm左右为结构最优.     

TC4热氧化钛合金内空半球壳体的动态响应

利用有限元程序对TC4(Ti-6Al-4V)热氧化钛合金内空半球壳体进行子弹冲击模拟,基于准静态压缩实验和动态Hopkinson压杆实验数据,研究了径厚比、冲击速度、应变率效应对TC4热氧化钛合金内空半球壳体动态响应的影响,得到了不同工况下的TC4热氧化钛合金内空半球壳体的接触力峰值以及顶点位移.TC4热氧化钛合金的材料模型由实验数据拟合得到的考虑应变率效应和温度效应的Johnson-Cook本构方程描述,其中,实验数据由Hopkinson压杆技术测得.结果表明:接触力峰值和顶点位移均与径厚比成反比;接触力峰值和顶点位移均与冲击速度成正比;考虑应变率效应更能反映TC4热氧化钛合金内空半球壳体的抗冲击能力和抗变形能力.     

飞机机体模型撞击混凝土靶体动力学行为研究

飞机撞击混凝土建筑物的撞击过程中,机体和发动机的撞击可以分开考虑.机体结构在强轴向冲击情况下会发生包括高度非线性的变形、断裂和飞散等的渐进撞毁现象,这些物理现象主要会影响冲击载荷的时间历程.本研究采用显式有限元方法对飞机机体模型撞击载荷试验进行了的动力学模拟,模拟中机体采用了Johnson Cook材料模型和失效模型.计算得到的飞机尾部减加速度曲线、靶体上承受的冲击载荷时间曲线与试验测量和Riera理论计算结果均具有较好的一致性,说明研究采用的计算方法和材料模型及参数是合理的,可用于后续的大型民用客机撞击载荷的数值模拟,也证明了Riera理论模型的实用性.     

时效时间对6063铝合金准静态压缩性能的影响

以6063铝合金汽车吸能型材为研究对象,采用准静态轴向加载方式,从组织、力学性能等方面研究不同时效制度对6063铝合金型材准静态压缩性能的影响。结果表明：当时效温度为200 ℃时,随着时效时间的延长,合金组织中大尺寸析出相的数量呈先增加后减少的趋势,粗晶层厚度基本不变;随着时效时间的延长,6063铝合金型材的强度、硬度升高,同时准静态压缩的承载能力增强,时效时间6 h时承载能力达到峰值;6063铝合金型材的吸能性能随时效时间的延长而提高,时效时间6 h的吸收功较2 h的提高了48%。