空间碎片防护结构效能评价仿真系统和应用

论述了流星体/空间碎片(M/OD)防护的重要性,给出了自主开发的空间碎片防护结构效能评价仿真平台总体框架.通过分析不同防护参数及碰撞参数条件下的防护结构效能,总结了防护间距、防护屏厚度、碰撞速度和碰撞角等参数对空间碎片防护结构效能的影响规律.针对基本的Whipple防护结构,碰撞速度V<3 km/s时,防护结构的防护效能不受防护间距变化的影响,碰撞速度v>3 km/s时.防护间距越大.防护结构的防护效能越好;Whipple防护结构的防护屏厚度越大.防护结构抗空间碎片撞击的能力越强.即其防护效能越好;在整个碰撞速度范围内(0～15 km/s),防护结构的防护效能呈现出3种不同的变化趋势,且防护结构的防护效能随碰撞角增大而提高.提出了一种波纹填充式防护结构,确定了可有效防护小尺寸空间碎片的防护设计参数.     

爆炸压涂碰撞速度对铜涂层性能的影响

研究了碰撞速度对爆炸压涂铜涂层性能的影响,首先利用SPH无网格法模拟了爆轰驱动飞板的加速过程,计算出了飞板碰撞速度-炸高曲线。然后,在三种碰撞速度下进行了铜粉-铜板爆炸压涂实验,碰撞速度分别为700 m/s、900 m/s和1 100 m/s。通过对试样进行宏观观察、光学显微观察和显微硬度测试,得出碰撞速度为900 m/s时铜涂层的质量最佳。其铜涂层由8层颗粒组成,厚度达到300μm,显微硬度为114HV,接近冷轧铜板的显微硬度。     

爆炸压涂碰撞速度对铜涂层性能影响研究

研究了碰撞速度对爆炸压涂铜涂层性能的影响,首先利用SPH无网格法模拟了爆轰驱动飞板的加速过程,计算出了飞板碰撞速度-炸高曲线.然后,在三种碰撞速度下进行了铜粉-铜板爆炸压涂实验,碰撞速度分别为700 m/s、900 m/s和1 100 m/s.通过对试样进行宏观观察、光学显微观察和显微硬度测试,得出碰撞速度为900 m/s时铜涂层的质量最佳.其铜涂层由8层颗粒组成,厚度达到300 μm,显微硬度为114HV,接近冷轧铜板的显微硬度.     

快凝Nd-Fe-B厚带的制备与组织结构

采用单辊快凝法取代传统的铸锭法制备出了厚度为0.1～0.4mm的NdFeB厚带.通过对制备快凝厚带过程中不同的工艺参数的探索,获得了工艺参数、带片厚度及显微组织间的关系.结果表明:制备0.25～0.35mm厚带的最佳工艺参数为:辊轮转速在10m/s左右,喷射压力0.08～0.10MPa,辊嘴间距(2±0.5)mm.当带片厚度为0.3mm时,带片中以Nd2Fe14B相为主,沿着(410)方向Nd2Fe14B含量比例较大;其显微结构主要是Nd2Fe14B片状晶,富Nd薄层相之间的间距约为5 μm.带片厚度为0.4mm时,厚带试样中α-Fe含量明显大于Nd2Fe14B含量,并且择优取向变成了(008).厚度0.1 mm的厚带的显微结构中是细小的急冷等轴晶,厚度0.4mm的厚带中有较大区域的等轴晶.     

600MW机组锅炉管排偏斜引起的磨损模拟分析

以商用软件Fluent为平台,运用用户自定义函数(UDF)模拟分析600 MW机组锅炉低温再热器管排发生偏斜对气固两相流场分布、飞灰运动轨迹、碰撞速度等的影响,进一步研究飞灰碰撞造成的管束磨损分布.研究结果表明:当管排偏斜角从1.6°增加到6.5°,管排通道内最大气流速度由16 m/s增至20 m/s,最大飞灰质量浓度由5.8 g/m3增至6.8 g/m3.同时颗粒平均碰撞速度增大,较多颗粒平均碰撞角集中于最大磨损发生角附近,造成偏斜管束年磨损量有较大增加.     

活性破片终点毁伤威力试验研究

针对活性破片终点毁伤威力问题,采用试验研究的方法,分析了活性破片的击穿能力、引燃能力和引爆能力. 结果表明,2.5 g活性破片在870 m/s以上碰撞速度条件下,能可靠击穿8 mm厚LY12硬铝,侵孔直径约为自身直径的1.6~2.0倍;10 g活性破片以大于800 m/s左右速度击穿10 mm厚LY12硬铝板后,可靠引燃航空煤油;10 g活性破片以大于960 m/s左右速度击穿6 mm厚A3钢板后,可靠引爆战斗部装药. 结合活性破片击穿能力可知,活性破片贯穿一定厚度靶板并达到其起爆阈值,就能引燃燃油或引爆装药.      

冲击载荷下颗粒碰撞的SPH法数值模拟

颗粒高速碰撞问题是冲击动力学领域中的一个重要研究方向。本文利用SPH无网格方法,建立了三层10颗粒SPH质点模型,对冲击载荷作用下无氧铜颗粒高速碰撞过程进行了二维数值模拟,得到了四种不同冲击速度下的颗粒变形结果。对结果对比分析后发现,对于直径为1 mm的铜颗粒,只有当冲击速度达到300 m/s时颗粒碰撞才会形成射流及侵彻,射流速度约为1500 m/s。研究结果表明射流的形成是颗粒高速碰撞形成牢固结合的重要条件。     

魔芋气体射流冲击干燥特性及干燥模型

为探究魔芋干燥特性,提高魔芋干制品质和效率,将气体射流冲击干燥技术应用于魔芋片的干燥,研究其在切片厚度(3~5mm)、风温(70~100℃)和风速(10~13m/s)条件下的干燥曲线、干燥速率曲线、水分有效扩散系数以及干燥活化能,建立气体射流干燥魔芋片的最适数学模型。研究表明:整个干燥过程属于降速干燥,水分有效扩散系数在1.232 3×10-9~2.217 8×10-9 m2/s范围内随着切片厚度、风温和风速的增加而增加。利用阿伦尼乌斯公式求出魔芋片的干燥活化能为6.601kJ/mol。通过决定系数(R2)、卡方检验值(χ2)和均方根误差(ERMS)等拟合优度评价指标对各种干燥模型进行拟合比较,Henderson and Pabis模型能很好地预测魔芋片气体射流冲击干燥过程中的水分比变化规律。     

PTFE/Al活性破片碰撞三层间隔靶冲击响应行为

为研究PTFE/Al活性破片多次碰撞下冲击响应行为,开展了活性破片碰撞三层间隔铝靶实验并采用包含自定义状态方程的数值方法进行模拟,定量分析了活性破片冲击激活反应行为的时空分布与毁伤效应.结果表明,数值模拟中活性破片反应与空间分布情况与实验结果具有较好一致性,活性破片反应空间分布对中靶毁伤效果影响较大.中靶厚3.0 mm时,各碰撞速度下活性破片均主要于中靶前方发生反应;中靶的穿孔面积与隆起范围随着碰撞速度增加而增大,且靶板隆起范围远大于穿孔面积.中靶厚1.5 mm时,碰撞速度小于等于1 100 m/s时活性破片主要于中靶后方发生反应,碰撞速度提升至1 300 m/s后破片的主要反应位置转移至中靶前方;随着碰撞速度增加,中靶的穿孔面积呈先增大后减小趋势,隆起范围不断增加.     

钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型

为研究钨球对低碳钢板高速侵彻成坑直径的分析方法.采用12.7mm弹道枪和57.5mm/14.5mm二级轻气炮加载方式,进行了Φ6mm和Φ7mm钨球以600~2400m/s撞击速度侵彻不同厚度Q235A钢板实验,根据实验现象分析了弹-靶作用过程,对不同侵彻速度下钢板上侵彻孔边缘进行了扫描电镜(SEM)观察.研究结果表明,撞击速度在1000m/s时,靶体破坏以动态断裂为主,当撞击速度达到1500m/s以上时靶体破坏以塑性流动为主;据此,同时考虑钨球塑性变形、靶体动态屈服和塑性流动,建立了钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型,模型计算结果与实验偏差在12%以内.      

铝箔填料在直接蒸发冷却机组中的性能分析

在近乎相同的入口条件下,对不同厚度的金属铝箔填料、在不同迎面风速、淋水密度的组合下进行蒸发冷却效率和阻力的实验测试。通过无重复双因素分析法和图表法对实验数据进行分析。测试结果表明,铝箔填料的最佳厚度为300～500mm;迎面风速为2～4m/s;淋水密度为3600～9000kg/（m^2· ;h）。     

压片机加压机构方案设计及运动分析

压片机是将陶瓷干粉压制成直径为34mm、厚度为5mm圆形片坯的装置，阐述了压片机加压机构设计过程，并应用C语言程序对运动进行了分析。     

Au/ZnO多孔纳米片及其紫外光照射下的NO_2气敏性能

采用水热法结合后期热处理技术制备了Au/ZnO多孔纳米片,并对其气敏性能进行了详细研究。Au/ZnO样品是由厚度约一二十纳米的多孔纳米片组成;气敏性能测试发现,在紫外光照射下Au/ZnO多孔纳米片结构对NO_2气体具有室温响应,检测限为100ppb。Au/ZnO传感器对100ppb NO_2气体的响应时间是21.5s,恢复时间是7s,灵敏度是1.25。当NO_2气体浓度增加到50ppm时,Au/ZnO传感器的灵敏度增加到138.3,是纯ZnO传感器的2.9倍。分析认为,Au/ZnO优异的室温气敏性能是由于在紫外光照射下材料内部产生光生电子-空穴对以及Au颗粒的催化作用。本论文为高性能、低功耗室温气体传感器的构筑提供了一种简易的方法。     

番薯片薄层热风对流干燥模型与传质性能

为了探讨番薯干燥的热传递特性,在对流热风干燥实验装置中进行了番薯片薄层干燥实验,研究了干燥温度对干燥过程的影响;将试验的水分比与数学模型进行了拟合,计算了不同温度下的水分有效扩散系数,并关联了其与干燥温度的关系。结果表明:干燥温度对干燥过程影响显著;用Logarithmic模型来描述番薯片热风干燥动力学令人满意;番薯片厚度为2mm时,随风温升高,水分有效扩散系数从2.961 6×10-10 m2/s增大到4.693 9×10-10 m2/s,并符合阿累尼乌斯方程,活化能为23.29kJ/mol。     

弹簧钢脱碳层深度的无损检测

对脱碳层深度和弹簧钢件热处理前后尺寸变化关系进行了研究,利用所得关系提出一种对弹簧钢脱碳层深度进行无损检测的方法,从微观组织变化角度进行了理论研究,并通过弹簧钢试样的热处理实验进行了验证.结果表明:脱碳层深度和弹簧钢件热处理前后尺寸存在关系,脱碳层深度从0.1 mm增加到0.4 mm的过程中,弹簧钢试样直径增加了0.054 5 mm.因此,由弹簧钢直径变化的数值能够间接地检测弹簧钢脱碳层深度,并运用该方法对60Si2MnA弹簧钢脱碳层深度进行无损检测.     

高耐热性陶瓷纤维纸

日本兴人公司不久前开发了用温式法将无机质类原料薄层化的新技术,研制成高耐热性陶瓷纤维纸。这种新型陶瓷纤维纸采用该公司独自开发的清除散粒技术和特殊粘合剂,使硅酸铝纤维薄层化而制成。它和以往的陶瓷纸(如陶纸、氢氧化铝纸等)所具有的特性完全不同。其耐热性高,连续使用温度达1000℃左右,最高使用温度可达1200℃,热传导率为0.05—0.20千卡/米小时,厚度有0.15mm、0.3mm两种规格,最大宽度为1300mm。主     

宽区压榨毛毯-纸幅体系微观结构的研究

【目的】了解毛毯-纸幅体系在压榨过程中的结构变化以及压缩速度、不均匀压力作用对于湿纸幅水分脱除动力学的影响。【方法】将毛毯和纸幅视作一个综合作用体系加以研究,首先研发了一套专门实验装置,通过压榨模拟实验研究压缩过程毛毯-纸幅体系微观结构上的变化,进而研究不同压缩速度、不同毛毯表面结构以及不同浆种对压缩过程所需压力的影响。【结果】①宽区压榨毛毯-纸幅体系微观结构为非均匀性结构; 靠近渗透毛毯表面最为致密,且最上层纸幅会嵌入毛毯纸幅空隙中,使得毛毯-纸幅体系整体渗透性降低,所需压榨压力增加。②采用铁丝面和中网面模型压缩过程中,当加压试验速度从51 mm/min变为99 mm/min时,后者压力峰值约为前者的4倍; 加压试验速度从99 mm/min变为124 mm/min时,后者压力峰值约为前者的2.3倍。但当压缩速度从124 mm/min变为99 mm/min(减小20%)时所需作用力减小了50%左右,并不符合达西定律。③在同一加压速度下,采用铁丝网面模拟压榨过程所需的压力是采用3种毛毯表面模型模拟压榨过程所需的压力的5倍左右。而采用3种毛毯表面模型模拟压榨过程所需的压力值几乎相同。④采用中网面毛毯表面模型时,当没有加入中间刚性层,试验速度从51 mm/min变为99 mm/min时,压缩过程所需的压力并没有明显的变化。当试验速度从99 mm/min变为124 mm/min(即增加25%)时,所需压力增加150%左右。在试验速度为51 mm/min时,压缩过程所需压力基本一致; 当试验速度为99 mm/min时,采用中间刚性层实验组所需的压力峰值比没有采用的组大; 当试验速度变成124 mm/min时,现象却相反。【结论】在压榨过程中纸幅模型在厚度方向上呈现不均匀性。纸幅模型在压缩过程中,压缩速度相同时压榨毛毯表面模型选用的不同,所需的载荷也不相同,当采用铁丝网面(即理想化平整的压榨表面)时,所需的压力最大; 而压缩速度越大,所需的压力值也就越大,且压力的大小与速度的变化关系并不符合达西定律。在纸幅模型层之间加入中间刚性层之后,相同的加压试验速度下,采用理想化细密平坦的压榨表面所需压力的峰值会减小。     

公路波形梁护栏抗撞防护特性及轻量化研究

高速公路护栏是公路交通安全中的关键因素。针对其抗撞防护特性和轻量化开展研究具有显著的社会效益和经济价值,目前已逐渐成为公路交通安全领域的研究热点。基于有限元仿真对公路波形梁护栏进行了性能分析及轻量化研究,选用轿车、SUV和小型客车3种车型,碰撞速度采用了60、80和100km/h,对Q235碳素钢护栏和Fe-0.1C-5Mn中锰钢护栏进行碰撞仿真分析。研究结果表明,碰撞过程中能量吸收曲线的变化规律与车辆结构、碰撞速度和车辆质量等因素有关。在多数碰撞情况下,中锰钢护栏的抗撞防护性明显优于Q235钢护栏,将A级波形防护栏材料由Q235钢改为中锰钢,梁板厚度可减少1.0mm,轻量化程度可达25%。     

加载速率对锚杆及其锚固效应影响的实验研究

研究加载速率对锚杆及其锚固效应意义重大.对金属锚杆杆体进行了不同加载速率的室内拉伸实验,并用PFC2D颗粒流软件模拟加载速率对锚固效应的影响.结果表明：锚杆杆体强度随加载速率的增加而增大,有效检测锚杆杆体强度的加载速率应在0.5 mm/s左右;拉拔荷载随加载速率的增加而增大,且锚固体的破坏拉拔荷载与加载速率为线性关系,有效测试拉拔力的加载速率为10 mm/s;随着加载速率的增加,破坏形态最终会向锚杆拔出及产生大范围破碎区转变;根据加载速率对锚固强度的影响,可将其分为弱影响范围（v＜ 10 mm/s）、中等影响范围（10 ＜v＜ 100 mm/s）和强影响范围（v＞100 mm/s）,强影响范围内加载速率对轴应力及剪应力大小有着明显影响,易造成锚固段上部应力严重集中.     

介质阻挡放电电压对阳极键合材料表面性能的影响

通过亲水角和表面形貌两个标准,探究了介质阻挡放电电压对低温阳极键合材料性能的影响。实验采用1 mm厚的玻璃片和2 mm厚的氧化铝陶瓷片作为阻挡介质,在放电时间为10 s,放电间隙1.5 mm的放电条件下进行活化。实验表明,放电电压为24 kV时,活化效果较好,此时玻璃片亲水角14.3°,硅片亲水角33.5°,玻璃片粗糙度为0.643 nm,硅片粗糙度0.419 nm。