冲击-斜波加载下锆的动力学特性

本文基于磁驱动装置CQ-4完成了冲击-斜波加载实验设计,开展了金属锆在不同加载条件下先冲击再斜波压缩新热力学路径下的动力学特性研究.实验结果显示,加载压力峰值约为25 GPa,三个样品的波剖面结构依次为弹塑性转变、冲击波和斜波压缩,当冲击加载压力在相变压力附近约10 GPa时可以获取含有明显相变特征的速度波剖面,而冲击压力在20 GPa时冲击波覆盖相变波,速度波剖面无法观测到10 GPa附近的双波结构.加载压力峰值约为44 GPa,速度波剖面无弹塑性转变和相变特征为单波结构.结合多相状态方程和非平衡相变速率方程对锆的冲击-斜波压缩过程进行了数值模拟,计算与实验结果吻合良好,可以较好地模拟锆的冲击-斜波压缩实验过程.     

聚乙烯纤维增强复合材料的动态力学响应特性

采用一维平面应变动加载技术及拉氏分析,研究聚乙烯纤维增强复合材料（Dyneema UD66层合板）在强应力脉冲载荷作用下的动态响应特性,得到了流场中各状态参量沿时－空的分布规律,应用冲击动力学理论分析其力学响应特征,并由实验及拉氏分析结果拟合了该材料的动态本构方程,结果表明,该材料具有良好的冲击波能量吸收特性及明显的应变率相关特性。     

后座冲击模拟实验装置工作机理研究

本文研究炸药装药后座冲击模拟实验装置工作机制,用应力波理论分析重锤与炸药装药之间的相互作用过程,发现初始冲击波在加载卸载历史中不占主导地位;从刚体动力学观点将这种相互作用简化为二阶系统,可得到一组关于应力、应力率和应力脉冲宽度的表达式。理论分析结果与实验符合较好。这对后座冲击模拟实验装置的设计、调试和实验分析有指导意义。     

准等熵加载下PBXC03炸药起爆响应特性实验研究

为了探寻在准等熵加载下炸药的起爆响应特性和爆轰成长规律问题,利用磁驱动加载设备CQ-4装置和多路光子多普勒测速技术PDV,建立了炸药1维准等熵加载起爆响应试验测试系统.在1次准等熵加载下获得5个不同厚度的高聚物粘结炸药PBXC03响应背面粒子速度时间历史,得到炸药准等熵加载起爆爆轰成长特性.实验结果表明,获取的各个厚度炸药样品背面的粒子速度波形干净,细节清楚.准等熵加载进入炸药后,在传播的过程中首先由于波的追赶作用而形成前导冲击波.而且,准等熵加载下起爆机制与冲击起爆机制存在明显的差异,准等熵加载在较强冲击波形成前,热点形成较少,炸药几乎不发生反应;形成较强冲击波后,炸药响应表现为由热点机制主导的冲击起爆爆轰成长特性.      

射孔弹爆炸作用下射孔枪动态响应的数值仿真

射孔作业时射孔管柱的爆炸冲击动力学响应成为油、套管柱系统振动、变形乃至损伤的主要原因. 为研究射孔枪内爆炸冲击波加载规律以及尤其引发的管柱动力学响应规律,建立包含一枚射孔弹的射孔系统有限元模型进行数值计算. 所得数值计算测点应变值与地面试验数据相对误差不超过10%. 进一步分析发现:射孔弹爆炸加载过程中射流冲击作用效果最为显著;射孔弹壳体对爆炸产物的约束作能够有效降低爆炸冲击对枪管的加载(损伤);相邻射孔弹爆炸冲击将会在弹间交汇、叠加,耦合结果与相位、弹间距相关.     

不同加载条件下泡沫杆的冲击动力响应

基于一维非线性质量弹簧模型,研究了不同冲击加载条件下泡沫材料杆的冲击动力响应特性. 在保证初始冲量相同的条件下,对比讨论了矩形载荷、正弦载荷、三角形载荷和倒三角载荷作用下泡沫杆内弹塑性应力波的传播过程,以及杆的动态变形特征. 给出了不同载荷作用下的冲击应力增强因子和临界冲量. 研究结果确定了不同冲击加载条件下泡沫材料的动力响应特征,对不同工况下泡沫结构的动力学性能设计具有重要的理论指导意义.      

煤体冲击破碎中应力波传递规律的研究

依据相似材料模拟原理,针对性地选择了相似材料,模拟了煤体的结构,在研制的煤岩冲击破碎实验台上进行了冲击破碎试验,为确定煤体中冲击应力波的传播规律,冲击参数与煤体性质的动态响应提供了必要的试验数据。     

钕铁硼强磁性材料的冲击加载实验和数值模拟研究

为了研究钕铁硼(Nd2Fe14B)强磁体在冲击加载作用下的动态力学性能,建立了炸药爆炸平面波冲击加载实验装置,进行了冲击加载实验.采用锰铜压阻测压技术测量了磁体中冲击波压力,获得了不同强度冲击波加载作用下磁体中冲击波压力.建立了Nd2Fe14B磁体冲击加载实验的计算模型,对炸药爆炸冲击加载磁体过程进行了数值模拟计算,计算结果与实验结果相吻合.分析了Nd2Fe14B磁体中冲击波传播规律,给出了Nd2Fe14B磁体中冲击波压力按指数规律衰减的计算公式.     

PBX9501炸药冲击响应的物质点法模拟

采用Uintah计算程序中的物质点方法对PBX9501炸药的冲击响应进行了细观数值模拟.基于PBX9501的细观显微图像建立了相应的二维计算模型,并通过以固定速度运动的活塞对炸药进行冲击加载.模拟结果表明,冲击加载下在炸药颗粒边界出现较大的塑性应变,随后,塑性应变能转化为热能,导致颗粒边界区域温度急剧升高形成热点.文中还研究了冲击波强度对炸药冲击响应的影响,发现随着冲击波强度的增加塑性应变和温升分布并未发生明显改变,但是塑性应变和温升的值都大幅增加.也就是说,冲击波强度越大,导致的热点温度越高.     

强冲击下金属铜界面辐射特性测量研究

强冲击条件下金属温度是其重要的状态参量,由于冲击加载过程时间短以及辐射温度高等特点,导致常规静态测温方法不适用.本文利用二级轻气炮发射高速弹丸,与金属碰撞后形成冲击波对样品进行压缩,再利用多通道辐射高温计测试系统获取强冲击下金属铜的辐射信号.通过改进样品加工和靶体装配技术,成功获得了金属铜界面稳定的发光辐射历史.通过普朗克灰体模型拟合得到金属在冲击压缩下接近理想模型的辐射温度值.     

强冲击作用下金属界面物质喷射与混合问题数值模拟和理论研究

当强冲击波从金属自由面反射时通常会发生微喷射现象,气体环境下,喷射颗粒将与气体相互作用而形成物质混合.微喷射与混合是战略武器研究中的关键和难点问题,亦是冲击压缩科学与工程领域研究的前沿和热点问题之一.作者与合作者长期从事金属微喷射与混合问题理论和数值模拟研究,取得了一系列研究进展.本篇评述简要介绍我们围绕微喷射物理机制与影响因素、理论建模以及气粒混合问题开展的数值模拟和理论研究工作,以及取得的研究成果.主要包括以下几个方面:(1)微射流喷射数值模拟与理论建模;(2)微层裂破碎数值模拟与机理分析;(3)微喷混合数值模拟与动力学规律.     

沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析

由沙袋堆积起来的沙墙对强冲击波具有很好的消波吸能作用,在爆炸实验中对结构有一定的防护作用.沙墙在爆炸冲击波作用下,飞散形成颗粒相,吸收冲击波的能量,降低冲击波对结构的冲击作用.分别使用通用非线性动力学数值计算程序LS-DYNA和自编的多相流程序,计算了某封闭空间中沙墙对爆炸冲击波消波吸能的作用.自编的多相流程序可以计算沙子的飞散,可以考虑对流、辐射传热的吸能作用.LS-DYNA没有这些功能,但是却可以模拟复杂的爆炸与结构相互作用的问题.两种程序对比计算的结果可为使用商业软件LS-DYNA进行类似的复杂数值计算提供参考和修正.     

强冲击加载下铅样品表面微层裂现象诊断

针对强冲击加载下样品表面与熔化相关的微层裂现象,本文发展了Asay-F-window技术,结合压电石英计和高速摄影等传统微喷测试技术,首次从实验上给出了熔化状态下Pb样品表面微层裂物质层质量、密度、速度和空间分布等信息,并近似给出了某特定时刻传统高速微喷物质与微层裂物质的整体空间分布图像,为熔化状态下材料微喷模型的构建提供了重要数据.     

高速对称加载下改性酚醛碳纤维材料的物理特性

利用一级轻气炮加载技术,对改性酚醛碳纤维材料进行了对称式抗冲击实验研究.探讨了改性酚醛碳纤维材料在对称高速撞击下的物理状态特性,构建了材料在高速冲击下的Hugoniot曲线和Griineisen状态方程,并计算了相应的Griineisen系数.实验结果表明,Griineisen系数与后自由面粒子速度呈负敏感效应的关系.     

浅埋土中梁式结构受冲击波作用的动力响应和弹塑性介质中的卸载波

本文选取双线型弹塑性加载、可变形卸载的土壤模型,分析了浅埋土中梁式弹塑性结构受地面冲击波荷载作用的动力响应,计算了土中由压缩波相互作用而形成的弹塑性弱间断边界,给出了可供设计用的土中结构动力相互作用系数曲线。     

爆炸冲击波与防弹衣相互作用的数值模拟

为研究穿戴防弹衣情况下爆炸冲击波对人体的作用模式,建立了爆炸冲击波冲击防弹衣的2维和3维数值模型.借助Eulerian和Lagrangian的完全耦合方法,模拟构建爆炸冲击波与防弹衣相互作用所形成的冲击波流场.对冲击波流场的分布情况进行分析,包括冲击波在防弹衣表面的反射,在防弹衣边缘绕射以及在防弹衣与人体之间的传播情况.研究结果表明,在穿戴防弹衣情况下,爆炸冲击波与防弹衣发生相互作用,形成的复杂波系会加重对人体的伤害.      

高速弹体对混凝土拱形靶体的侵彻效应分析

混凝土拱结构由于其拱形受力特性,在高速弹体作用下其侵彻效应将与混凝土板梁结构存在一定的差异.为分析混凝土拱结构在高速侵彻荷载作用下的动力响应及侵彻效应特性,考虑弹体侵彻高加载率下混凝土的应变率效应,采用SPH-Lagrange耦合方法,建立了弹体高速冲击作用下的侵彻耦合模型,并且验证了该耦合模型对此类问题模拟的可靠性;同时采用该耦合模型研究了混凝土拱形靶体在高速弹体外拱及内拱冲击作用下的贯穿破坏发展过程,并分析了弹体侵入拱形靶体的非贯穿侵彻破坏效应.结果表明:拱效应对混凝土拱形靶体的侵彻破坏过程具有重要的影响;弹体从外拱侵彻引起拱形靶体的动力响应、破碎区深度以及弹体贯穿的残余速度均小于内拱侵彻.     

流体中强冲击波的微观结构数值模拟研究进展

冲击波广泛存在于各种复杂系统中,对冲击波的研究,包括冲击雨贡纽和冲击波面动力学过程,在基础研究和工程应用上都具有重要意义.由于在强冲击载荷作用下,材料通常表现出流体的状态,因此本文主要关注流体中强冲击波的行为.本评述回顾了冲击波研究方法的发展过程并总结了各类研究方法的适用范围和特性,其中着重介绍了近期发展起来的电子力场方法.对比和展示了各类方法获得的冲击波面微观结构、非平衡效应、动力学过程以及冲击雨贡纽等研究结果,能够为复杂系统中冲击波的物理建模提供参考.     

强激光驱动微颗粒高速冲击下铝合金材料的动态力学行为

微颗粒冲击条件下铝合金材料的动态力学行为研究，对保障铝合金部件在极端环境下结构设计和安全防护性能至关重要. 针对2024铝合金材料，采用强激光驱动微颗粒高速冲击实验和数值模拟，研究其微弹道冲击行为. 首先通过强激光驱动微颗粒冲击实验，获得了常温条件下冲击过程中微颗粒的能量损失与铝合金板材冲击的局部变形行为，并对有限元模型进行了验证；基于相场动力学模拟，获得了接近熔点温度的固液共存铝合金的微结构特征，并建立了流固耦合计算模型，给出了不同温度下铝合金材料的冲击能量耗散特性、应力分布规律与变形失效行为. 数值模拟结果表明，动态加载下固液共存态铝合金中的流固耦合效应对铝合金的宏观动态力学行为有重要影响；固液共存铝合金材料的吸能效率更低，且由于固相枝晶的相互作用，使应力的传递路径发生明显变化.      

可变高速冲击源和动态材料条纹值

本文在国产WZDD-Ⅰ型多火花动态光弹仪落锤低速冲击加载台的基础上,利用SDQ603型射钉器火药弹爆燃时产生的高压火药气体并按活塞杆位置来改变燃烧室尺寸,以获得适合动态光弹性研究的可变高速冲击源,采用一维应力杆件对光弹性环氧树脂材料的动态材料条纹值f_(?)~*作了较精确的标定,对进一步探讨和研究高速碰撞与冲击载荷下,材料的断裂韧性与扩展速度,构件内应力波的传播方式与瞬态应力的分布规律等,提供了必要的实验基础。