小型天体穿透器的冲击和侵彻分析

设计了一种小型穿透器的结构样机,目的在于提供一种用于月壤探测的高速撞击穿透器结构.该穿透器结构质量轻、刚度高,具有优良的减振性能,能够有效地撞击穿透小天体.利用理论、数值分析和仿真相结合的方法,分析了小型穿透器撞击时的冲击响应以及正入射和斜入射靶体后的侵彻过程,从而探索深空探测领域撞击探测任务的撞击防护要求.结果表明,所设计的穿透器可以有效保证内部元器件的生存,其工作模块加速度响应小于输入值,达到了减缓冲击的效果,保护了内部仪器,使其在冲击过后依然可以正常工作.     

铝蜂窝夹芯三明治板弹道极限的实验研究

为研究铝蜂窝夹芯三明治结构的弹道防护特性,设计并实施了一系列速度在100~250 m/s之间的弹道冲击实验. 研究了在不同冲击速度、面板厚度、芯层密度和弹丸头部形状等条件下,该结构的能量吸收特性和弹道极限. 结果表明,铝蜂窝夹芯能有效提高三明治板的抗弹能力,并且对高速弹丸防护能力的提高作用更加显著. 在弹速相同的条件下,结构对平头弹丸的能量吸收低于圆头和尖头弹丸.     

负泊松比效应防护结构抗爆抗冲击性能影响因素

研究了宏观负泊松比效应蜂窝夹芯结构胞元壁厚、胞元层数和胞元泊松比等参数对弹体侵彻及水下抗爆等防护性能的影响.模拟弹体在空气中对宏观负泊松比蜂窝夹芯舰船防护结构的侵入和穿透过程,以及蜂窝夹芯防护结构在水下爆炸冲击载荷作用下的破坏形式.计算结果表明:单纯依靠结构性的被动防御无法应对高速或超高速弹体的侵彻问题;负泊松比效应蜂窝夹芯防护结构较传统防护结构具有良好的水下抗爆性能,且其水下抗爆性能随蜂窝胞元层数和胞元泊松比的增大而增强.     

基于构型设计的包装容器缓冲效应数值分析

基于材料结构塑性变形能量耗散机理,提出了3种基于构型设计的安全包装容器,并采用Abaqus/Explicit有限元软件针对包装容器不同姿态自由跌落进行了数值模拟,分析了容器结构50 m高度自由跌落正碰、侧碰和斜碰金属靶体的冲击响应.数值结果给出了不同冲击环境下安全包装容器各部件变形及应力分布,讨论了不同结构形式包装容器的冲击缓冲性能.研究表明,3种构型设计的包装容器均能承受50 m高度自由跌落冲击,基于外壁凸起的薄壳结构和低阻抗宽平台应力材料填充方式的缓冲设计方法均能实现对被保护体有效的冲击防护.      

多段填充复合蜂窝结构的动态响应特性研究

基于多胞材料独特的力学性能和微结构可设计性强的优势,提出一种多段三角形和六角形蜂窝填充能量吸收复合结构模型.利用显式动力有限元方法对该模型的动力响应特性和比吸能进行研究,重点讨论了不同恒定冲击速度下,蜂窝结构的排布及其相对密度对复合蜂窝结构宏观变形、动态平台应力、冲击载荷一致性和能量吸收能力的影响.研究结果表明,所设计的多段填充复合蜂窝结构能够让轴力和弯曲变形共同参与整体变形,实现I类和II类能量吸收结构的优势互补.通过对各段内微结构及段长的合理选择,复合蜂窝结构的冲击载荷效率明显提高,冲击应力波动幅度明显降低,能够有效地提高并控制蜂窝结构能量吸收效率.本文对完善多胞结构的耐撞性设计方法和控制能量吸收过程具有指导意义.     

深埋隧洞板裂屈曲岩爆支护原则与关键技术

基于板裂屈曲岩爆的发生机制,提出了防治(以抑制板裂化围岩结构形成、降低岩爆发生概率为目的)与防护(以吸收岩块冲击动能、降低岩爆烈度为目的)相结合的岩爆支护原则.在分析岩爆灾害下不同类型支护结构工作机制的基础上,结合板裂屈曲岩爆防治与防护支护的功能需求,提出了建立以高强预应力锚杆为主体的岩爆防治体系及以吸能锚杆为主体的岩爆防护体系.针对岩爆冲击荷载作用下支护结构的脆断特性,提出了通过设置弹性缓冲装置的技术方法,提高岩爆支护系统的可靠性.     

载人运载器搭载对接装置缓冲性能优化

针对小型载人运载器水下对接、搭载和投送的任务需求,设计了背驮式小型运载器搭载对接装置.选取对接过程总冲量为目标变量,基于响应面方法和Central Composite Design(中心组合设计)试验设计方法,分别建立了多种对接情况下目标变量碰撞冲量关于初始对接参数的数学模型.利用Adams软件建立虚拟样机并获得试验数据,求解各模型对接冲量最大的情况和对应的对接参数.基于Abaqus有限元软件,引入缓冲杆参数作为设计变量,根据确定的对接参数建立目标函数关于缓冲杆参数的数学模型,最终得到最优的缓冲杆参数,降低了对接过程中运载器对母平台的冲击.     

多层钢筒结构在内部强爆炸作用下变形行为的数值模拟

多层防护结构常用于需要抵抗爆炸冲击的场合,如何快速准确地预测其在内部强爆炸作用下的响应行为是当前急需解决的问题. 针对Q345钢制成的多层防护结构,基于有限元软件LS-DYNA,分别采用CONWEP算法和流固耦合算法进行了3种装药量爆炸下的模拟分析,并与实验结果进行对比,验证了数值模拟的有效性. 结果表明,当装药比例距离大于0.152 m/kg^1/3时,采用CONWEP算法施加爆炸载荷,可简单可靠地预测多层防护结构受爆炸冲击的响应行为. 采用多层结构后,内部各层通过塑性变形吸收了作用于结构上约90%的能量.     

新型负泊松比梯度结构缓冲性能

在传统内凹六边形蜂窝结构的基础上，结合甲虫鞘翅结构提出一种新型负泊松比蜂窝结构，基于有限元软件Abaqus/ Explicit仿真计算比较所提出的新型负泊松比结构与内凹六边形结构的抗冲击能力和能量吸收能力，以初始碰撞峰值力和比吸能为评价指标，结果表明新型负泊松比结构相较于内凹六边形结构的初始峰值力降低了28%，在压缩后程进入密实化阶段前结构吸能能力提高了35%.以胞元角度作为梯度变换参数来构造不同梯度排列的新型负泊松比结构，计算分析和对比不同梯度结构与均匀新型负泊松比结构的缓冲性能以及各结构在冲击过程中的变形模态，结果表明四种梯度结构均可强化结构的抗冲击能力，但在能量吸收性能上，分层递变正梯度结构（C3）的吸能能力较强.使用3D打印技术制作C3结构和均匀新型负泊松比结构的实验样件，进行准静态冲击实验，通过对比分析验证了仿真结果的正确性.本文研究结果表明：合理的梯度分布排列方式对提高结构的抗冲击性能和能量吸收能力有重要意义，为后续探索结构缓冲设计提供参考.     

一种反激式变换器的漏感能量缓冲回馈单元研究

针对传统高频变压器阻容式(RC)漏感缓冲吸收电路使用电阻耗散漏感能量,致使整机效率不高的问题,本文提出一种基于反激式变换器的能量缓冲回馈单元,以处理高频变压器漏感的能量。对该能量缓冲回馈单元的拓扑结构和工作过程进行了分析,搭建实验平台。漏感能量缓冲吸收电路,不仅能将开关管在关断时因变压器漏感谐振引起的电压尖峰抑制在关断电压的1. 2倍内,且吸收的漏感能量能被有效利用。     

相似理论与量纲分析法相结合的钻地弹侵彻岩体经验公式

弹体侵彻问题一直是热点的研究课题,目前对岩体侵彻深度的预测主要依靠经验公式。由于常见的经验公式是在老式弹种或一般航弹的基础上总结出来的,不适合新发展使用的钻地弹,部分公式计算结果与实际偏差较大,需对经验公式进行修正。利用相似理论和量纲分析法确定影响侵彻深度的关键参数,建立函数关系式,通过大量数据拟合出钻地弹侵彻岩体的经验公式,并利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件对钻地弹侵彻岩体进行数值模拟,其结果与拟合公式和常见的经验公式相比较,表明拟合公式与模拟结果吻合较好,可用于钻地弹侵彻岩体深度的预测。     

铀钛合金破片侵彻特性的实验研究

为研究铀钛破片的冲击侵彻特性,基于弹道驱动试验平台,测试了钛质量分数为0.5%~1.0%的5种典型钛合金破片对10 mmA3钢板的侵彻性能,获得了5种不同质量分数钛的铀钛合金破片对钢靶板侵彻前后的速度、质量、动能变化数据. 实验结果表明,铀钛合金破片侵彻钢靶时发出明亮火光,靶板的破坏形式以冲塞为主,并伴随有延性扩孔现象. 此外,钛质量分数为0.9%的破片动能损失最小,钛质量分数为0.75%的破片对靶板造成的剪切破坏最大.     

杆式侵彻体冲击起爆反应装甲影响因素研究

该文对杆式侵彻体冲击起爆反应装甲进行了试验研究，分析侵彻体对夹层炸药的盖板、面板的分层侵彻机理，在Held准则基础上，提出了与杆式侵彻体的密度、长度、直径、速度因素有关的冲击起爆反应装甲的关系式。该关系式对于研究对付反应装甲的动能弹具有指导意义，并对反导冲击起爆机制研究具有一定的参考价值。     

横向效应增强型侵彻体撞击金属薄板理论模型

为了分析影响横向效应增强型侵彻体( PELE)弹壳体横向速度的因素,该文建立了其横向速度的理论分析模型.该模型基于动能定理和动量定理,考虑了PELE弹对金属薄板灵敏度的要求,结合了PELE弹作用原理及其对金属薄板的作用特点.综合考虑了装填材料及靶板材料的声阻抗、弹体的密度和泊松比、靶板密度及厚度、着靶速度、弹丸壳体的内外径比和长径比因素.结合实战用PELE弹的结构、靶板条件和速度范围,利用LS-DYNA软件进行了三维数值仿真.研究结果发现:PELE弹在壳体自身和装填材料的共同作用下,壳体的横向速度随着弹丸着靶速度和装填材料声阻抗的增大而增大,其理论分析模型计算结果与仿真结果一致性较好.     

爆炸成型杆式侵彻体对水介质间隔装甲侵彻的数值模拟

应用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的过程进行了数值模拟,并结合实验校核了数值模拟算法、模型及材料参数,使模拟结果与实验结果相吻合. 探讨了爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的规律,以及不同药型罩结构和爆轰波形对杆式侵彻体侵彻性能的影响.     

闭式行星轮系结构类型的选择

闭式行星轮系是一种多功能的行星齿轮传动机构。 文章主要内容是结合生产实际,特别是为满足今后现代化工业对机械高效率地传递大功率的要求,文章较全面地系统地总结出闭式轮系的基本类型,并通过具体实例计算,进行理论分析和对比,从各方面阐明了不同结构类型的闭式轮系的特点以及如何根据工作需要选择具体结构类型的方法和依据。     

设计参数对行星齿轮传动系统模态能量灵敏度的影响

基于矩阵摄动方法研究了设计参数对行星齿轮传动系统模态能量的灵敏度.此处所计及的设计参数包括太阳轮与行星轮、内齿圈与行星轮的啮合刚度、行星轮的支承刚度以及各构件的转动惯量.系统模态能量与系统的振动强度密切相关,高的模态能量预示着当系统受到来自齿轮啮合动载荷激励时将发生较大的振动.采用集中参数法建立了行星齿轮传动系统的动力学模型,并采用矩阵摄动方法对模态能量特征灵敏度问题进行了推导和求解.结合具体实例,分析了各设计参数对系统模态能量的灵敏度,并通过实验验证了一些设计参数选择对系统振动强度的影响.实验结论与理论分析相吻合,在一定程度上验证了设计过程中采用模态能量灵敏度分析法预估参数选择对系统振动强度的影响是可行了.     

不同内核材料PELE弹丸对多层靶穿甲实验研究

为确定内核材料对PELE弹丸横向效应的影响,进行了内装聚乙烯、聚碳酸酯、聚四氟乙烯、聚丙烯、聚氨酯材料的横向效应弹丸(PELE)对4层间隔靶的侵彻试验,获得了不同方案PELE弹对主靶的穿孔孔径、间隔后效靶面的破片分布.实验结果表明,聚四氟乙烯作内核材料的PELE弹穿靶后形成的破片数和飞散角明显大于其它材料;PELE弹穿靶后形成的破片飞散角在主靶有一定斜置角时增大.     

药型罩壁厚对周向MLEFP成型影响的数值模拟

为提高防空反导弹药和反轻型装甲目标弹药的毁伤效能,提出了一种新型周向多线性爆炸成型弹丸(MLEFP)战斗部结构。在应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟MLEFP战斗部形成过程的基础上,分析了药型罩壁厚对周向MLEFP成型的影响规律。结果表明,在爆炸载荷作用下,新型周向MLEFP战斗部结构能够在4个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸(LEFP),具有命中精度高、毁伤概率大、后效显著的特点,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭导弹、毁伤轻型装甲目标的目的,当药型罩壁厚与装药直径比取为0.05≤δ/D≤0.062时,形成的LEFP速度高、密实度好、毁伤效能好。