弹体高速侵彻混凝土的数值模拟及实验研究

进行了100 mm直径弹体800 m/s速度下侵彻混凝土靶的试验,得到了大尺寸弹体高速侵彻1 m直径混凝土间隔靶的结果.运用数值模拟,研究了大尺寸弹体高速侵彻混凝土靶中的靶板设计问题,得到了较好的靶板设计方案.数值模拟能一定程度上辅助研究大尺寸弹体侵彻混凝土靶问题,对以后的实验设置和进一步的数值模拟有指导意义.     

基于Jones模型的弹体质量损失参数分析

弹体高速侵彻过程中,头部会受到不同程度的磨损,影响其侵彻性能.基于Jones模型,将引起弹体质量损失的切削与磨蚀作用统一考虑为单位面积切向作用力f,通过对侵彻实验数据的归纳分析,讨论了f的参数相关性,拟合得到了f与弹体材料屈服强度、靶体混凝土无侧限抗压强度、弹体及靶体骨料硬度的关系.进一步,利用Young公式在其适用范围内的计算结果,对f进行了与弹体尺寸相关的修正,从而得到了两种不同尺寸范围内弹体质量损失的预测公式.     

钢筋混凝土靶体侵彻破坏响应及其原位测试技术研究

为研究弹体在钢筋混凝土中的侵彻过程,本文研制了格栅测试系统,主要由格栅电缆、LED灯、电源和高速相机等组成.依附靶体中的钢筋,格栅电缆被制作成棋盘式格栅网,按一定间距预埋于靶体之中,并与电源和LED灯组成回路.运动中的弹体切断附近的格栅电缆,对应的LED灯将熄灭,进而表征了格栅电缆的破坏状态,并由高速相机进行记录.结合格栅的分布,实时原位测试弹体的侵彻轨迹、速度和侵彻深度.基于此,本文测试了弹体的速度变化和最终的侵深,并结合经验公式、直接测量进行了校验,论证了格栅测试方法的有效性.     

大口径聚能装药侵彻厚混凝土靶板的数值模拟及实验研究

采用自主开发的软件平台EXPLOSION-2D对不同锥角药型罩结构的聚能装药成型进行数值模拟,并得到了聚能装药成型规律以及炸高对聚能装药侵彻厚混凝土靶板的影响.基于侵彻体的性能参数选取了两类侵彻效果较好的聚能装药结构进行侵彻厚混凝土靶板的数值模拟研究.根据侵彻结果设计了一种侵彻厚混凝土靶的聚能装药结构,并进行了相应的实验研究.对实验后混凝土靶板进行剖切,通过混凝土靶的内部破坏情况评估侵彻体对不同位置处混凝土靶的损伤情况,并测量各个位置处的孔洞直径.采用EXPLOSION-2D软件平台对实验工况进行模拟,对比分析实验与数值模拟的结果.对比结果表明该数值模拟技术能够有效地评估混凝土靶板的破坏情况.     

高速侵彻弹体熔化质量侵蚀的数值模拟研究

将质点映射算法嵌入自主开发的MMIC-2D欧拉型爆炸与冲击问题数值模拟程序中,并在计算程序中加入基于熔化热熔融理论的质量侵蚀模型.利用该程序对弹体高速侵彻混凝土靶板问题进行了数值模拟研究,将数值模拟结果与相关实验数据进行了对比,并对侵彻速度、弹体头部系数等影响侵彻性能和弹体质量侵蚀的相关因素进行了分析.     

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法

钢筋混凝土不但在土木工程领域有着广泛的应用,而且其强动载荷下动态力学行为的研究在国家安全方面也具有十分重要的需求,其非均质、各向异性、多组分的特性亦给其动力学特性的研究带来诸多困难.本文针对强冲击载荷下钢筋混凝土的力学行为的研究进展进行了评述,具体包括:1)钢筋混凝土材料动态力学行为、破坏机理及动态本构模型;2)钢筋混凝土结构的侵彻及爆炸作用破坏机理;3)强冲击载荷下结构力学行为的数值模拟方法与软件.在此基础上,分析了针对强冲击载荷下钢筋混凝土的动态特性、侵彻机理和数值方法等方面的研究所存在的不足之处,并对需要进一步深入开展的研究工作进行了展望.     

基于微观分析的质量侵蚀模型研究

采用微观分析实验研究侵彻实验后剩余弹体表面的质量侵蚀痕迹,确定和总结弹体质量侵蚀的物理机制.基于微观分析实验结果,改进Archard模型的形式,获得表征切削弹体头部材料的切削速度,考虑侵彻过程中弹靶间的摩擦生热对切削因子的影响,采用温度项连接摩擦与切削两种机制,采用节点回退法表征弹体头部形状的变化,建立融合摩擦与切削两种机制的质量侵蚀模型,对比数值计算结果与国内外典型的实验数据,证实该弹体质量侵蚀模型有效.     

箍筋约束对小偏心加载下高强RC柱尺寸效应影响分析

旨在揭示箍筋约束作用对高强钢筋混凝土(RC)柱在小偏心(e_0=0.25h_0)受压加载下尺寸效应行为的影响.开展了最大横截面尺寸为800 mm×800 mm的12组几何相似的配箍率为0和0.66%的高强混凝土柱试验,此外,建立了钢筋混凝土柱力学行为分析的细观尺度分析模型,并在模拟与试验结果吻合良好的基础上,补充开展了更大配箍率柱(即:1.2%和2.4%)的数值试验,进而对偏心受压加载下柱的力学行为,包括破坏模式、名义受压应力,应变关系、承载力、名义压缩强度及峰值后软化行为等进行了研究,并对其名义压缩强度的尺寸效应进行了分析,进而揭示箍筋约束作用对小偏心加载高强钢筋混凝土柱破坏行为及尺寸效应影响机制,结果表明:1)小偏心受压加载下高强钢筋混凝土柱名义压缩强度存在明显的尺寸效应;2)Bazant尺寸效应律能够较好地描述钢筋混凝土柱在偏心受压加载下的尺寸效应行为;3)箍筋约束作用能够明显提高钢筋混凝土柱的强度及延性,且会削弱其尺寸效应;4)本文建立的细观数值模型能够很好地表征钢筋混凝土柱力学性能.     

加热丝上过冷池沸腾汽泡射流现象及其模拟

实验观察分析直径25及100 mm微细铂丝上过冷池沸腾微小汽泡射流现象, 利用高速摄影和PIV技术获取汽泡周围射流形态及流场, 发现小尺寸汽泡具有明显的顶部射流, 大尺寸汽泡则可以在汽泡两侧出现多股射流. 通过分析汽泡界面相变换热以及热毛细力效应(Marangoni), 建立了近壁面汽泡计算模型并数值模拟汽泡周围流场, 模拟射流结构及喷射强度等与实验结果一致吻合. 分析证明, 热毛细效应引起汽泡界面快速流动并带动周围液体形成射流; 汽泡直径对于射流结构有重要影响, 决定着汽泡射流多样性结构.     

激光聚变靶球充气微孔扫描探针加工技术研究

为解决核聚变激光靶球诊断气体充气问题及满足充气微孔良好的堵胶工艺性, 基于扫描探针显微镜的金刚石探针为工具, 采用接触力扫描方式对靶球充气微孔进行了微加工工艺研究. 研究了金刚石针尖扫描方向、扫描速度及扫描接触压力等工艺参数对微孔形成的影响, 得到了较准确的锥状孔型, 其孔型尺寸与加工精度满足微孔充气及其堵胶工艺性的要求. 实验结果表明, 利用扫描探针显微镜作为工具并通过加工工艺研究, 可以实现靶球充气锥型微孔的精确加工, 为靶球高Z气体的注入提供了一种新的实用技术.     

一种用于柱面压缩实验并设有两级内翅式换热器冷屏的液氦温区低温靶

通过低温技术实现物质的高密度状态并进行冲击压缩实验是获得物质高能量密度状态方程的重要途径.本文介绍了一种用于柱面压缩实验的设有两级内翅式换热器冷屏的液氦温区低温靶.该低温靶通过设置两级内翅式换热器冷屏和在低温下可脱落的折叠冷屏结构,实现了液氦的高效存储,成功研制了应用于柱面压缩实验的液氦温区低温靶.在停止外界液氦供给和关闭真空泵的条件下,可获得4.77 K的样品室稳定温度,样品室的降温时间和维持稳定时间均满足柱面压缩实验的要求.本文还介绍了低温靶的结构设计、利用ANSYS Steady-Static Thermal模块对低温靶进行的热分析与实验结果.仿真计算结果与实验结果吻合较好.     

RC梁-柱中节点核心区剪切破坏及尺寸效应数值分析

钢筋混凝土梁-柱中节点核心区剪切破坏具有脆性特征,因而其抗剪强度可能存在尺寸效应.在已开展的物理试验研究基础上,采用数值试验方法扩展讨论了结构尺寸(节点最大截面尺寸为900 mm×900 mm)、轴压比和体积配箍率对钢筋混凝土梁-柱中节点破坏机制与失效模式的影响,并揭示了它们对剪切强度尺寸效应的影响规律.研究结果表明:(1)单调加载下,梁-柱中节点展现为核心区的脆性剪切破坏,名义剪切强度具有明显尺寸效应;(2)轴压比的增大可提高中节点的抗剪承载力,同时强化了剪切强度的尺寸效应;(3)体积配箍率的增大将增强节点的抗剪承载力,但会削弱剪切强度的尺寸效应.此外,经典的Ba?ant材料层次尺寸效应律可描述中节点剪切破坏的尺寸效应行为,但其无法描述轴压比与配箍率的定量影响.     

基于梁-颗粒模型的钢筋混凝土结构爆炸破坏数值研究

钢筋混凝土在爆炸载荷下的力学行为研究是防灾减灾与防护工程领域的重要研究课题.在离散元框架内,开发了模拟钢筋混凝土结构;在爆炸载荷下破坏过程的三维梁-颗粒模型,在弹性范围内,用矩阵位移法描述梁的变形与受力的关系,提出了用应力表达梁的强度准则.基于Cowper-Symonds理论,开发了描述钢筋在高加载率荷载下变形的梁-颗粒模型.采用C＋＋语言开发了模拟程序.进行了钢筋混凝土板在爆炸载荷下破坏规律的实验研究,同时用开发的模型进行了数值模拟,模拟结果与实验结果的对比表明：模拟结果与实验结果基本一致,所开发的模型可以反应爆炸载荷下钢筋混凝土材料的破坏特征,能够真实地体现爆坑的形成、裂纹的扩展、层裂等现象.     

灵巧引信用三元级联控制方法研究

随着现代战争模式向全域化、智能化、精准化不断发展,引信作为弹药的“大脑”越来越成为决定战争胜负的关键,而传统的线性开环控制的引信设计方法已经不能满足新一代灵巧引信的需求.本文基于环境-目标的非线性耦合干扰对时延的影响机理,提出了虚拟闭环和抗时延信息融合两大设计思路,进一步完善了三元级联控制设计架构.通过两个具体实例,即多层硬目标侵彻引信和高速交会近炸引信两种典型武器系统中的应用实例,验证了所设计控制架构的性能优越性.仿真和实验结果表明,本文所提出的三元级联控制方法相比于传统的引信控制方法能够有效提升探测识别能力、起爆控制精度和弹药毁伤效能,有望成为未来灵巧引信向智能引信发展的理论基础.     

箍筋约束混凝土方柱轴压破坏尺寸效应细观数值研究

钢筋混凝土构件尺寸效应行为源于混凝土材料的非均质性及钢筋/混凝土复杂的非线性相互作用.通过建立反映上述特征的约束混凝土方柱3D细观数值模型,开展轴心受压破坏行为及尺寸效应数值研究,探讨体积配箍率对箍筋约束混凝土方柱轴心受压力学行为及尺寸效应的影响机理,并与试验结果进行对比分析.基于Baznt尺寸效应律,开展约束混凝土轴心抗压强度尺寸效应理论分析.研究结果表明:数值模拟与试验结果吻合良好,构建的钢筋混凝土柱细观力学模型能够准确地描述箍筋约束混凝土构件的破坏行为及尺寸效应规律;体积配箍率增加,约束混凝土柱的名义强度增大、破坏呈现更少的脆性,尺寸效应现象减弱;Baznt尺寸效应理论能够对约束混凝土柱轴心加载下的尺寸效应行为做出合理解释.     

球形破片侵彻明胶运动模型对比研究

为准确描述破片与目标相互作用,揭示致伤机理,将Sturdivan,Segletes,Liu侵彻模型与考虑明胶应变率效应的改进模型进行对比,并分析模型差异.分别选取Ф3,Ф4和Ф4.8 mm球形破片为杀伤元,对破片在明胶中运动规律进行了实验研究.同时,对4种运动模型进行数值计算,并与实验结果进行了对比分析.结果表明,考虑应变率效应的改进运动模型理论值与实测值误差较小,一致性较好,能较为准确描述球形破片在明胶中运动规律,可为轻武器弹药设计和战伤救治提供理论参考.     

落锤冲击下钢筋混凝土梁响应及破坏的实验研究

钢筋混凝土结构在受到爆炸、冲击等荷载作用时的设计及安全性受到越来越多的关注.本文采用落锤三点弯曲实验方法对具有不同黏结强度的钢筋混凝土梁进行研究,探讨不同速度冲击下混凝土结构的破坏机理及钢筋黏结强度作用,实验结果显示:(1)钢筋混凝土梁的冲击力响应曲线峰值与钢筋黏结强度无关,为混凝土结构的响应,随速度提高而提高;(2)裂纹分布和发展模式与冲击速度相关,在较低速度冲击下,钢筋混凝土梁主要呈现弯曲破坏模式,随加载率提高向剪切破坏模式为主转变,更高速度下为冲切破坏控制;(3)钢筋黏结强度对破坏模式转变有影响,钢筋混凝土黏结强度低,越易产生剪切破坏,且易出现混凝土的块状破碎崩落,塑性铰破坏也会提前.     

单个微米级SnAgCu金属微滴的大冷速快速热分析研究

利用最新开发的快速热分析技术,对Sn-3.0Ag-0.5Cu（wt%）合金微米尺度单个微滴的凝固过冷度进行了研究.该技术可以实现对单个金属微滴的高速加热和冷却处理,其加热或冷却速率可达到1×10^2～1×10^4K/s.由于单个金属凝固微滴在不同加热和冷却过程中始终保持为球状,基本上保证了颗粒的几何形状的稳定性,使得同一实验条件下微滴尺寸的影响因素可以剔除,初步解决了长期以来困扰快速凝固领域金属微滴凝固尺寸和冷却速率2个因素相互影响的问题,使得研究冷却速度和微滴尺寸对快速微滴凝固过程的独立影响成为可能.同时,本研究成功实现了大冷速条件下的金属微滴过冷度的原位检测,有别于以往仅靠理论计算估计快速凝固过冷度的研究.研究结果发现,随冷却速率的提高,微滴凝固的过冷度会随之增大.本实验条件下的最大原位过冷度可以达到116.9K,当冷却速度达到2×10^3K/s以上时,凝固过冷度会发生突变,但冷速一直提高到1×10^4K/s时,过冷度的提高幅度均不大,意味着仅靠冷却速率的提高无法获得大过冷的凝固条件.     

骨料对刚性弹正侵彻混凝土过程的影响机理

混凝土的细观侵彻破坏机理已成为工程防护领域的重要研究方向,本文以三维混凝土细观模型为基础,系统分析了刚性弹正侵彻混凝土过程中,骨料强度、粒径、体积分数等主要细观参量对弹体偏转及侵彻阻力的影响规律.明确了深侵彻过程中弹体偏转的四个阶段,并以静止后弹体偏离原运动姿态的角度为衡量指标,获得了各变量作用下的弹道偏转规律及相应临...     

气相爆轰波马赫反射过驱动马赫杆演化过程的实验研究

为了研究过驱动爆轰波的动力学特性,特别是胞格尺寸与诱导宽度的比例关系随过驱程度的变化规律,本文对三维胞格爆轰波楔面马赫反射中过驱动马赫杆的演化过程进行了实验研究.楔块表面过驱动马赫杆波阵面的演化非常复杂,其胞格尺寸呈现出明显的三阶段模式,即在楔面顶点附近是大尺寸胞格,经过一段强化过渡距离后,快速出现非常细小的胞格,然后...