强冲击载荷下边界对固支方板的毁伤破坏试验

冲击载荷作用下边界条件对方板的毁伤破坏具有很大影响。利用落锤试验机开展了不同边界支撑下固支方板的冲击试验,为获取固支方板边界撕裂的典型破坏模式,专门设计加工了与固支方板尺寸相当的冲击锤头和可改变倒角的方板支撑框架。研究结果表明:(1)冲击载荷作用下,固支方板呈现出塑性大变形、单边撕裂、双边撕裂等典型破坏模式,倒角越小,方板越容易撕裂;(2)边界支撑对固支方板中心位移、整体变形轮廓影响较小,但对方板的撕裂长度、临界撕裂阈值存在较大影响;(3)不同边界支撑主要改变方板边界处的剪切应变,边界支撑倒角越小,剪切效果越明显,方板边界临界撕裂应变位于[0.191,0.241]区间。     

金属蜂窝夹芯结构抗水下冲击性能

为揭示高强度水下爆炸冲击载荷作用下金属夹芯结构的抗冲击性能,在实验室开展小尺寸水下爆炸加载技术对金属蜂窝夹芯结构性能影响的实验研究。基于实验结果,开展了全尺寸数值模拟金属蜂窝夹芯结构在水下冲击载荷作用下的动态响应和抗冲击性能研究。结果表明,数值模拟、实验和理论模型计算的结果具有良好的一致性。由于蜂窝芯材相对密度对夹芯结构能量耗散方式和载荷传递机制的影响,结构动态响应、失效模式以及抗冲击性能随着冲击强度的变化表现出较为明显的不同。通过抗冲击参数分析,建立了反映金属蜂窝夹芯结构抗冲击性能的结构横向变形、固支反力、透射脉冲和塑性能耗随冲击强度和芯材相对密度变化的结构-载荷-性能量化关系。     

爆炸冲击作用下铝蜂窝板失稳研究

基于非线性动力学软件AUTODYN,对铝蜂窝夹芯板在爆炸冲击载荷作用下的失稳过程进行三维数值模拟。通过建立不同参数规格的铝蜂窝夹芯板的实体模型,研究其前、后面板在TNT爆炸冲击作用下的动态响应及塑性阶段的失稳变形。计算结果表明:随着铝蜂窝板前、后面板厚度,夹芯层铝箔高度和厚度的增加,铝蜂窝板在爆炸冲击载荷下的最终残余变形量均明显减小,抵抗变形的能力增强;对于夹芯层胞元形状不同但相对密度相同的铝蜂窝板,因冲击载荷下单轴压缩"惯性效应"差异较小,其面板在爆炸载荷作用下的最终残余变形量差异不大。     

钢筋混凝土靶板在弹丸冲击及爆炸载荷下响应的数值模拟

 采用HJC混凝土损伤本构模型及LS-DYNA的流固耦合算法,分别对钢筋混凝土靶板在弹丸冲击和爆炸载荷作用下的响应进行了有限元数值模拟,其中模拟参数由实验数据拟合重新获取。将模拟结果与实验结果和经验公式进行对比分析,结果表明：数值模拟再现了弹体贯穿靶板过程中的开坑、隧道及漏斗碎裂区,计算得到的弹体弹道极限及残余速度与实验数据吻合较好;此外,数值模拟也很好地再现了炸药爆炸后冲击波的传播过程以及爆炸载荷作用下混凝土的破坏情况,模拟结果与实验现象具有良好的一致性。     

爆炸荷载下不同壁厚圆柱壳动力学行为的研究

对爆炸荷载下圆柱壳的动力学行为进行了实验研究及数值模拟。将外径均为100mm的3种壁厚的Q235钢质圆柱壳置于由TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,系统分析了在不同装药高度及壳壁厚度参数条件下圆柱壳的冲击变形模式,即迎爆面局部凹陷变形模式(ModeⅠ)、迎爆面局部凹陷与壳整体弯曲变形耦合模式(ModeⅡ)、整体变形失效模式(ModeⅢ)及局部穿透与整体变形失效耦合模式(ModeⅣ)。采用LS-DYNA有限元程序及Lagrangian-Eulerian流固耦合算法,对圆柱壳的非线性动力响应过程进行了数值模拟,分析了圆柱壳的变形历程及最终残余变形的情况,计算结果与实验现象吻合较好。研究结论可为圆柱壳结构爆炸破坏分级及抗爆技术设计提供科学依据。     

突发事件用爆炸容器设计方法及寿命评估

 提出了应付突发事件用爆炸容器的设计方法和使用寿命的评估方法，对JBG系列抗爆球罐在爆炸载荷作用后的残余变形进行了计算，评估了多次重复载荷条件下的使用寿命，残余变形的验证实验结果与计算结果基本一致。     

超高速碎片云撞击下薄板变形与撕裂建模研究

为研究多层板结构中薄板在碎片云作用下的变形与破坏问题,开展了超高速撞击多层板实验。实验结果表明,薄板在高速碎片云冲击下的典型破坏特征为中央穿孔及环孔凹陷变形与花瓣型撕裂。在此基础上,考虑弯矩和膜力作用,建立了描述薄板在轴对称分布强冲击载荷作用下大变形的理想刚塑性环板模型,据此可以计算环板变形过程的横向与径向速度场,结合Grady破碎理论,可以计算花瓣型撕裂的花瓣数,理论计算值与实验比较吻合。研究结果可以为多层板结构在超高速弹丸撞击下的毁伤评估提供理论基础。     

泡沫铝柱壳对药柱水下爆炸压力场影响的数值研究

基于流体弹塑性模型,建立了描述泡沫铝在爆炸载荷下的冲击响应方程;采用Lagrange差分格式,在均匀网格上对方程进行了离散;编写数值计算程序,进行了药柱水下爆炸的一维数值计算,重点考虑了泡沫铝对水中爆炸冲击波分布的影响。结果表明,数值计算结果与实验数据、LS-DYNA模拟结果基本吻合,证明所建立的泡沫铝流体弹塑性本构方程可以用来描述泡沫铝的冲击响应行为,且泡沫铝对水中爆炸冲击波压力场的影响显著。     

射流冲击模型在水下爆炸实验中的应用研究

 为研究射流冲击载荷对结构的作用效果,从理论和数值角度研究了射流的载荷特性,以舱段模型实验为研究对象,建立了射流计算模型,结合实验数据,对射流冲击问题进行了分析。结果表明,射流冲击能够造成结构强烈的局部响应,某些情况下,射流冲击载荷引起的结构响应甚至比冲击波载荷引起的响应更大。因此,中近场水下爆炸实验需要考虑射流的影响。建立的射流模型能够较好地反映射流冲击的载荷特性,为水下爆炸实验分析提供了一种新的手段。     

极小装药爆炸驱动两级重载荷研究

根据瞬时爆轰理论,在极小装填比(C/M)条件下进行了小质量装药驱动大质量载荷运动研究,理论分析了弱约束和强约束装药条件下载荷驱动速度。弱约束装药条件下在格尼方程基础上通过考虑装药壳体径向飞散获得二维炸药驱动载荷运动的计算模型,强约束条件下按照爆轰产物等熵膨胀理论获得大质量载荷驱动速度的计算模型。开展了两种约束条件下爆炸驱动大质量载荷的运动试验研究,弱约束条件下,载荷驱动速度随着装药长径比减小而增大;强约束条件下,载荷驱动速度随着装药量增加而增大,随装药腔体与运动腔体直径比增大而增大。     

锥头弹丸穿透薄钢板的实验研究

 为了研究延性薄靶的穿透性能,进行了90°锥头弹丸穿透薄钢板的准静态和动态实验。通过准静态实验,得到了4种不同厚度钢板的载荷-压入位移曲线及破坏模式;结合膜力理论模型及纯弯静塑性破坏模型,对实验结果进行了分析,得出：对于薄靶,大变形膜力起主导作用,随着靶厚增加,弯距在板整体变形过程中的影响逐渐增大。通过动态穿透实验,得到了弹丸穿透4种不同厚度钢板的入射速度、残余速度及靶板破坏模式,计算得到穿透耗能。最后,将准静态实验与动态实验结果进行了对比讨论。     

高温、高压、高应变速率动态过程晶体塑性有限元理论模型及其应用

对于高温、高压、高应变速率加载条件下的材料冲击变形行为,动态晶体塑性模型能够直接反映晶体中塑性滑移的各向异性及其对温度、压力和微观组织结构的依赖性,因而广泛应用于材料的动态冲击力学响应、微观结构演化以及动态损伤破坏的模拟。本文综述了高压冲击下动态晶体塑性有限元的理论模型,主要包括变形运动学、包含状态方程的超弹性本构模型和晶体塑性本构模型,涉及位错滑移、相变、孪生等塑性变形机制,以及层裂、绝热剪切带等动态破坏方式。     

The transition from localized to homogeneous plasticity during nanoindentation of an amorphous metal

Using nanoindentation, we examine the fundamental nature of plasticity in a bulk amorphous metal. We find that the mechanics of plasticity depend strongly on the indentation loading rate, with low rates promoting discretization of plasticity into rapid bursts. For sufficiently slow indentations, we find that plastic deformation becomes completely discretized in a series of isolated yielding events. As the loading rate is increased, a transition from discrete to continuous yielding is observed. These results are fundamentally different from the classical expectations for metallic glasses, in which the transition from discrete to continuous yielding occurs upon a decrease in deformation rate. The present experimental results are analysed with reference to the theoretical ideal-plastic strain field beneath an indenter and rationalized on the basis of mechanistic models of glass plasticity.     

孪晶对Be材料冲击加-卸载动力学影响的数值模拟研究

在高压、高应变率加载条件下,孪晶变形对材料的塑性变形具有重要的贡献,而目前孪晶对金属材料的动态屈服强度、冲击响应等的影响还没有被充分揭示.为此,本文考虑孪晶变形和晶粒碎化,针对铍(Be)材料在高应变率加载下的动态力学响应发展了含孪晶的热弹-黏塑性晶体塑性模型.经过和实验结果的对比,发现该模型可以更准确地预测Be材料在动态加载下,尤其是高压动态加载下的屈服强度.进一步,基于该塑性模型研究了Be材料在冲击加载下的准弹性卸载行为,结果表明剪切波速随着压力和剪应变的变化而发生变化是材料产生准弹性卸载现象的主要原因.此外,研究了冲击波卸载过程中Be材料孪晶的演化过程,发现Be材料卸载过程中也伴随着孪晶的产生.     

Dynamic response of composite plates with cut-outs,part II: Clamped-clamped plates

The forced and free dynamic response of plates with cut-outs formulated in Part I [1] is used to investigate the effect of cut-outs on the natural frequencies of clamped-clamped plates. The size, shape and location of the cut-out is expressed as a displacement dependent external loading. The plates considered are homogeneous and anisotropic. Lagrange's equations of motion lead to an infinite system of differential equations in time-dependent generalized co-ordinates with generalized forces which include the effects of the cut-outs. There is an infinite system of frequency equations for free vibrations. The infinite system is truncated to a finite system of equations depending upon the accuracy desired in frequency values. Results are given for square, clamped-clamped plates with centrally located square cut-outs for different modulus ratios. Good agreement is obtained when results for isotropic plates with cut-outs are compared with available theoretical and experimental results.     

爆轰波对碰驱动平面锡飞层的动力学及动载行为特征研究

强冲击下的物质变形、破坏及诱发的轻重介质混合问题,是内爆压缩科学和工程应用领域的研究重点.本文针对爆轰波对碰条件下的复杂加载动力学过程及其动载破坏形态特征,开展数值模拟研究与极曲线理论分析.设计了爆轰波对碰驱动平面锡飞层的计算模型,获得了爆轰加载动力学过程及波系相互作用物理图像,分析了锡飞层对碰区自由表面速度历史的典型特征.给出了锡飞层中折射激波对碰发生马赫反射的临界条件,解读了三波结构的传播行为,阐明了对碰区内存在"一维正冲击"区域,一维区外存在单次斜冲击向两次斜冲击过渡的复杂加载动力学过程,提出了对碰区冲击动力学模型,揭示了影响对碰区动载行为特征的机理.数值模拟结果与极曲线理论分析结果相互印证,符合较好.本文的研究成果,将为深入理解和解读对碰区特殊的物质破坏及混合现象提供重要的理论支撑.     

Prediction of the effect of plastic-strain stabilization under cyclic deformation based on the structural‒temporal approach

On the basis of modification of the relaxation model of plasticity developed previously for the case of single loading, a new model of cyclic deformation is formulated. It is shown that the introduction of only one constant time parameter dependent on the material structure makes it possible to compose a simple calculation scheme of accumulation of residual strains under multiple cycling of samples.     

Solution of the thermoelastoplastic problem for a thin disk of plastically compressible material subjected to thermal loading

Elastoplastic solutions for thin plates and disks are sensitive to loading and plasticity conditions [1–5]. The plasticity condition for a number of metal materials depends on the mean stress [6–8]. In this case, when using the associated flow rule, plastic deformations do not satisfy the incompressibility condition, which is commonly accepted in statements of boundary-value problems for thin elastoplastic plates and disks [9–13]. It is of interest to determine the effect of plastic compressibility on the behavior of solutions for such structures. In this paper, a hollow disk in a rigid container subjected to a uniform temperature field is considered. The plasticity condition proposed in [14] is accepted. A general study of the set of equations including this plasticity condition and the associated flow rule was performed in [15]. The solution under the Mises plasticity condition was obtained in [1].     

Temperature evolution associated with dynamic phase transformation in shape-memory TiNi alloys

In this paper, temperature evolution in shape-memory TiNi alloys was in situ measured in the process of phase transition under shock loading tests. It was shown that the temperature increased during loading, while unloading, it would keep the maximum value constant or decreased, depending on the strain rate. The corresponding dynamic response indicated that the hardening property is related to phase transition strain and the transformation path has remarkable strain-rate effect. The reason for this phenomenon is essentially due to the temperature dependence of the phase transformation stress. Moreover, the evolution of temperature was consistent with the change of stress, suggesting that this dynamic phase transition deformation is uniform. The theoretical calculation shows that the mechanism of temperature evolution results from the release of latent heat and the hysteresis dissipated energy. The results of this investigation provide insight into intriguing strain-rate-dependent phenomena intrinsic of TiNi alloys.