爆炸冲击振动下人体抛离问题的分析

采用单自由度模型研究了爆炸冲击振动下人体抛离问题。提出了人体抛离的飞离条件,推导了人体飞离时刻和飞离速度计算公式,为定量研究爆炸冲击振动下人员冲击伤和碰撞伤及人员隔冲问题提供了参考。     

拉压双模量问题的动力分析

给出拉压双模量单自由度振动解析解,应用逐步积分法,求解拉压双模量多自由度振动问题。计算分析显示了此类材料的一些振动特性和特殊现象。     

浮动冲击平台冲击环境对设备响应的影响

对浮动冲击平台提供给设备的冲击环境及舰载设备在不同冲击环境下的响应进行了数值模拟和理论分析。以美国中型浮动冲击平台为计算模型,将设备基座的冲击环境与德国规范BV 043-85进行了比较,为分析两个体系在设备抗冲击要求中谱加速度的差异,对不同舰载设备进行数值模拟计算,并通过虚拟约束边界模态方法,提出不同冲击环境下基础激励的多自由度系统响应的计算方法。数值分析及理论计算结果表明:冲击谱中谱加速度对舰载设备响应影响较小,而谱位移和谱速度对设备响应有较大影响,理论计算得到的多自由度系统响应与数值模拟结果较一致,同时在进行浮动冲击平台设计时可不考虑谱加速度对设备响应的影响。     

内嵌流体自适应减振方法(IVFUM)中流体运动数值模拟

针对内嵌流体自适应减振方法(IVFUM)和所完成的内嵌流体Euler梁(BIFS)稳态减振试验,进行了对应的流体动力学数值分析。在BIFS定频简谐激励下,根据振动梁模态分析和稳态响应理论,将本意上的流固耦合模型,通过构建流体活动边界,近似简化为半充液腔的纯流体动力学问题。梁在一阶与二阶主振动下FLUENT数值计算所得流腔中的自由液面形状与试验结果基本一致;计算流体自由表面形状、速度场和压力场性态较好地揭示了腔内流体运动的规律和流体-柔性梁力学互动特征,定性和半定量地说明了内嵌式粘性流体单元(IVFU)对柔性梁减振的内在机理和有效性。     

拉压双模量问题的动力分析

给出拉压双模量单自由度振支解析解，应用逐步积法，求解拉压双模量多自由度振动问题，计算分析显示此类材料的一些振动特性和特殊现象。     

激光陀螺捷联惯导减振系统动力学建模与仿真

由于激光陀螺固有机抖频率的存在,以及导弹运输、装卸、发射与飞行过程经历的动态环境中振动、冲击、过载等激励,导致激光陀螺在导弹上使用输出精度差。应用多体系统传递矩阵法,建立了激光陀螺捷联惯性测量组合减振多体系统动力学模型,分析激光陀螺固有抖动和导弹振动冲击对激光陀螺输出精度的影响。通过对减振系统动力学模型进行仿真,获得了激光陀螺抖动和导弹冲击环境下激光陀螺捷联惯性测量组合减振系统动态响应。该仿真结果为激光陀螺捷联惯性测量组合减振设计提供理论依据,该分析方法为激光陀螺捷联惯组在导弹上应用提供理论基础。     

单面碰撞TMD的减振性能分析与试验

根据质量块单面碰撞的特点,得到了SS-PTMD的动力特性;开展黏弹性材料自由碰撞试验,根据试验数据识别了碰撞力模型参数,验证了碰撞力模型的可靠性;设计了可改变频率的单自由度结构的试验模型,开展了减振试验。仿真分析表明:调谐时在自由振动阻尼比由0.1%增加到3.66%时,在简谐激励下的减振率达到95.1%;在频率失谐时(-11.6%)自由振动阻尼比可达到1.71%,在简谐激励下减振率达到94.6%。采用试验分析评估了结构在自由振动、简谐振动的控制效果,分析表明:调谐时在自由振动阻尼比由0.1%增加到3.52%,在简谐激励下的减振率达到95.6%;在频率失谐时(-11.6%)自由振动阻尼比可达到1.43%,在简谐激励下减振率达到95.3%。理论仿真分析和试验结果表明:SS-PTMD能够有效控制自由振动和简谐激励下结构的振动。     

CALCULATION OF DYNAMIC LOAD IMPACT OF BIMODULOUS BEAM WITH CONSIDERATION OF SHEAR EFFECT AND DAMPING

在考虑剪切效应及阻尼的基础上,采用线性振动理论研究了双模量梁动载荷问题的冲击计算. 建立了双模量梁动载荷问题的振动微分方程,推导出了双模量梁动载荷问题的动位移、动载荷系数、冲击时间的表达式,并讨论分析了剪切效应及阻尼对双模量梁动载荷冲击问题的影响. 算例分析表明,对于某些双模量梁动载荷冲击问题,剪切效应及阻尼的影响是不能忽略的.     

单自由度超弹性SMA减振结构随机振动控制理论研究

利用形状记忆合金（Shape Memory Alloy,简称SMA）丝的超弹性,提出了一种具有复位功能的阻尼器。在SMA丝的Graesser本构模型基础上,建立了阻尼器恢复力的滑移双线性模型;假定滞回面积相等,提出了恢复力的滑移刚塑性模型以近似简化滑移双线性模型。采用等价线性化法建立了单自由度超弹性SMA减振结构在高斯白噪声激励下的平稳随机振动分析公式。通过一算例,考虑不同激励谱密度和结构阻尼比：比较了等价线性法和蒙特卡罗（Monte Carlo）模拟法计算的结构振动响应（位移标准差和速度标准差）,证明了SMA减振结构随机振动控制理论的有效性;比较了等价线性减振结构和无控结构的动力特性（刚度和阻尼比）和振动响应,说明了SMA阻尼器能提高结构的刚度和阻尼比,因而可有效抑制结构的振动。     

高速铁路碎石道砟振动的离散元模拟

道砟振动对其磨损、破碎和道床累积变形有显著影响,为揭示高速车辆移动荷载作用下道砟动态响应特性,建立有砟道床离散元模型,开展车辆-轨道耦合动力学计算得到离散元模型输入荷载,模拟分析高速车辆以不同速度通过时有砟道床的振动响应,并与车辆-轨道耦合动力学计算结果进行对比分析。结果表明,轨枕、道砟和道床块振动位移波形相似,位移幅值沿道床深度方向减小,道床块振动位移与轨枕底面以下0.3m处道砟的振动位移相当;轨枕、道床块振动速度与加速度随行车速度提高而增大;受道砟颗粒间复杂相互作用的影响,道砟振动加速度会出现突变。道床离散元模型能合理反映道砟颗粒的振动响应特性,道床块模型体现了道床层在有砟轨道结构中的动力传递与减振特性,两种道床模型的计算结果具有一定的相似性。     

声振耦合分析在冲击波测量中的应用

为了高精度地测量空气冲击波形,采用声振耦合分析对该测量系统的频响特性进行了理论计算,并在激波管中进行了动态响应实验。通过上述研究,得出了探头在3个不同量程时的适宜阻尼孔径。结果表明,探头的阻尼孔直径和波形上升时间的计算值与实验值都是基本符合的,并且该测量系统在强爆炸中测得的冲击波压力波形也具有良好的频响特性。     

爆炸冲击波对肺损伤的数值模拟

采用数值模拟方法,分析了人体胸部在自由空间爆炸场中受冲击波作用的力学过程。利用Mimics 软件对CT图像进行处理,建立人体胸部三维模型。根据人体胸部各生物组织的特性,选择合理的材料模 型和参数,并利用LS-DYNA有限元程序中流固耦合方法,计算分析冲击波作用于人体胸部肺的受力过程。 通过计算获得冲击波入射超压峰值和正压持续时间,参照Bowen损伤曲线评估出肺处于Dc 与D1损伤状态 之间。观察肺部应力变化过程,获得肺部表面的正应力变化规律和损伤最严重的区域。分析剪切应力变化规 律,了解肺受切应力作用损伤的可能性。     

硬盘驱动器冲击激励的头盘碰撞分析

根据Winchester型硬盘驱动器在冲击载荷作用下头盘碰撞的动力学方程,利用数值模拟方法分析了在正弦半波激励条件下头盘系统的动力学响应过程。当头盘系统发生碰撞时,冲击激励峰值加速度与作用时间的倒数之间具有近似线性关系。随激励强度和作用时间的变化,硬盘驱动器具有性能退化、盘面局部损坏和头盘系统结构破坏三种失效形式。磁头浮动块与磁盘盘面发生多次碰撞,碰撞位置可能在浮动块尾端,也可能在浮动块的前端。硬盘驱动器冲击失效的理论分析结果得到了爆炸冲击环境条件下试验现象的验证。     

Droplet break-up through an oblique shock wave

The interaction of a two-phase flow with a wedge where a stationary shock wave is initially settled is studied in a two-dimensional configuration. Before the introduction of the dispersed phase, the flow around the wedge is a supersonic one phase flow such as an attached stationary shock wave is present. Then, the dispersed phase is introduced upstream the initial position of the stationary shock wave. The purpose of this study is to point out two-phase and droplets break-up effects on the oblique shock wave. The two-dimensional equations are solved by a TVD scheme where fluxes are computed by using Riemann solver for the gas phase equations and also for the dispersed phase equations wich is an original approach due to the authors (Saurel et al. 1994). In addition to drag forces and heat and mass transfers, the process of droplets fragmentation based on the particle oscillation is considered. Accepted April 28, 1995     

冲击波超压测试系统二次仪表频域特性

从二次仪表对冲击波的峰值、持续时间和比冲量3个主要参数的影响出发,首先构建了冲击波信号用以分析冲击波信号特性;搭建了适配器等效电路,对适配器的低频特性进行了实验研究;在MATLAB平台上构建了5种常用滤波器模型,模拟了不同类型滤波器和不同截止频率下测试系统的输出。模拟和实验结果表明:适配器的低频特性影响冲击波信号的持续时间和比冲量;在5种滤波器中贝塞尔滤波器最适合冲击波测试系统;滤波器截止频率对冲击波超压峰值影响明显;小型试验对测试系统的带宽要求高。     

冲击波作用下乳化炸药压力减敏的表征方法

引入一个新的物理量压力减敏程度,来更合理地表征乳化炸药发生压力减敏的难易程度,为研究其作用机理提供量化的分析工具。分别利用乳化炸药发生压力减敏前后的爆炸冲击波峰压及其对数、冲击波能量和总能量计算压力减敏程度,比较并分析计算结果的优劣。结果表明,几个参数计算的结果都能达到相近的效果,用冲击波峰压计算起来简单方便,冲击波能量计算效果较好。用冲击波参数计算的压力减敏程度能够反映乳化炸药压力减敏的本质,建议采用冲击波峰压计算压力减敏程度,在数值差别不明显时采用冲击波能量来计算。     

应用浮动冲击平台考核舰载设备响应分析

为研究安装甲板模拟器的浮动冲击平台系统考核舰载设备的机理,对整个系统建立有限元模型进行数值模拟并建立力学模型进行了理论分析。根据船体甲板结构产生的垂向低通滤波特性,提出甲板模拟器具有减缓高频冲击并满足设备安装频率要求的作用。将被试设备的浮动冲击平台考核系统简化为有阻尼的三自由度系统强迫振动模型,通过拉普拉斯变换方法求解了不同冲击环境下被试设备的响应。数值模拟与理论计算结果比较吻合,被试设备响应迅速达到峰值后逐渐衰减,振动频率由高频向低频过渡,在分析浮动冲击平台舰载设备考核系统长时间响应时需考虑阻尼的影响。     

Experimental and numerical studies of rotational relaxation behind a strong shock wave in air

This paper describes the experimental and numerical investigations of unknown characteristics of the rotational nonequilibrium phenomena behind a strong shock wave in air. Experiments were carried out using a piston-driven shock tube with helium as driving gas and air as driven (test) gas, operated as a two-stage shock tube. In the experiments, emission spectra of NO were measured to evaluate the rotational temperature behind a strong shock wave. The numerical calculations use the computational code for the thermal and chemical nonequilibrium flow behind a strong shock wave developed by the present author's group, where 11 chemical species (N, O, NO, N, O, N, O, NO, N, O, e) and 48 chemical reactions of high-temperature air are considered. The thermal nonequilibrium is expressed by introducing an 8 temperature model composed of translational temperature, rotational and vibrational temperatures for N, O, NO, and electron temperature. The coupling of a rotation, vibration and dissociation (CRVD) model was incorporated to take sufficiently into account the rotational nonequilibrium. The calculations were conducted for the same conditions as the experimental ones. From the calculated flow properties, emission spectra were re-constructed using the code for computing spectra of high temperature air “SPRADIAN”. Furthermore, rotational and vibrational temperatures of NO (0,1) were determined from a curve fitting method and compared with the computed results. Received 12 September 2001 / Accepted 18 February 2002     

微惯性传感器建模及冲击响应分析

研究了微惯性传感器在冲击环境下的可靠性问题，重点分析了微惯性传感器在冲击载荷作用下的冲击响应问题。根据微惯性传感器结构部件主要由质量块、支承梁、衬底组成的特点，建立了微惯性传感器结构部件的集总参数模型，得出了微加速度计和微陀螺在半周正弦加速度冲击载荷作用下的冲击响应解析解，并采用有限元分析软件ANSYS验证了该解析解的正确性。此冲击响应解析解对预测微惯性传感器在冲击环境下的可靠性具有重要作用。     

基于分子动力学模拟的单晶硅冲击压缩相变研究

晶体硅具有复杂的相变机制,在相图研究中受到广泛关注,其在动载荷下的变形机制是当前研究热点。为揭示晶体硅在强动加载下的变形和相变行为特征,基于分子动力学方法,采用平板冲击加载方式,模拟研究了单晶硅在初始环境温度为300 K时分别沿[001]、[110]和[111]晶向的不同强度下的冲击压缩行为,冲击粒子速度为0.3～3.2 km/s。研究发现,随着冲击粒子速度的增加,单晶硅剪切应力在逐渐增加后由于结构相变发生急剧下降,相变阈值和相变机制均呈现各向异性。其中,沿[001]晶向冲击压缩下观察到多种固-固相变以及固-液相变,并观察到与最新文献的实验高度一致的固-液共存现象。研究结果可为动加载下晶体硅的相变研究提供纳米尺度的结果支撑。