高速碰撞过程中应变硬化材料靶动态响应研究

 给出了适用于可压缩、弹塑性、按幂次律应变硬化材料的动态柱形腔膨胀模型和侵彻模型，并编制了相应的计算程序。腔膨胀模型给出靶中应力分布情况，侵彻模型根据腔膨胀模型的有关结果来预估具有锥形头部的刚性弹丸侵彻半无限厚靶的最终侵彻深度以及贯穿薄靶时的弹丸剩余速度和弹道极限速度。给出了钨合金弹丸正碰5083-H131铝靶和钢弹丸正碰6061-T651铝靶的一些计算结果，计算结果与实验结果及二维拉氏弹塑性LTZ-2D程序的数值模拟结果符合得很好。     

混凝土靶球形腔膨胀侵彻模型应用

Bishop等人于1945年开始用解析方法研究侵彻机理，导出了柱形腔和球形腔的准静态v膨胀方程，后来这种方法被称为空腔膨胀理论。目前，空腔膨胀理论已经在多种不同材料靶的侵彻研究中获得较为普遍的应用。Forrestal等人于1997年提出了一个适用于混凝土材料靶的球对称空腔膨胀侵彻模型，模型对靶结构的描述是将其压力与体积应变的关系理想化为不可压或线性可压，而将剪切强度与压力的关系理想化为由一拉伸阈值表示的Mohr-Coulomb准则。     

超音速侵彻混凝土过程中装药安定性结构设计的动摩擦理论分析

 根据侵彻过程中弹体内部装药的弹性变形假设,利用弹体结构与内部装药的相对位移、摩擦功、热力学原理和热点理论,提出了装药热安定性设计的弹性理论分析方法。计算中,侵彻弹体的响应函数从空穴膨胀理论出发;利用弹塑性材料中应力波Hugoniot跳跃条件以及流体力学动量和质量守恒方程,分析了弹体侵彻混凝土过程中的弹体表面径向应力;结合牛顿第二定律,采用有限差分技术,获得了弹体侵彻过程的轴向阻力。通过弹性理论分析,得到了弹体侵彻过程中影响装药安定性的重要设计参数,为装药安定性设计提供了理论依据。     

厚金属靶在弹丸打击下的侵彻与穿透

 给出了预测厚金属靶在不同形状弹头弹丸大速度范围内打击下侵彻与穿透的简单分析方程。在方程的建立过程中，假定变形是局部化的、冲击能量仅由侵彻过程吸收，并进一步假定靶材料对弹丸的平均阻（压）力由两部分组成：一部分基于空穴膨胀理论由于靶材料弹-塑性变形所产生的准静态凝聚阻力；另一部分是考虑了速度效应后的动压力。推导出了预测靶侵彻深度和弹道极限的方程表达式，并与金属靶在不同形状弹头弹丸大速度范围内打击下侵彻与穿透的实验进行了比较。理论预测与实验结果吻合得很好。     

卵形钢弹对铝合金靶板侵彻问题的数值模拟

 基于球形空穴膨胀理论（SCE），采用ABAQUS有限元商业软件并结合其子程序的二次开发功能对钢弹侵彻金属靶进行3D有限元数值模拟。根据空穴膨胀理论，靶体对侵彻弹体的影响可以用一个作用在弹体表面的力函数代替，这样在进行数值模拟时就无须划分靶体网格，也避免了复杂的接触问题，从而使模拟大大简化。模拟所用卵形弹为VAR 4340钢弹，靶体为6061-T6511铝合金。模拟过程中考虑到弹体的可变形性和入射时的微小偏航角等实际情况，并且考虑到了弹身在运动过程中和靶体的接触分离效应。所得模拟结果与文献中的实验结果进行了比较，发现模拟结果与实验结果吻合得很好，并得到了一些有意义的推论。     

锥头弹丸撞击下固支金属厚靶的侵彻与穿透的理论研究(英文)

研究了在不同速度的刚性锥头弹丸撞击下固支金属厚靶的侵彻和穿透性能。假定靶板的变形是局部化的,且冲击能量仅通过侵彻过程吸收,同时假定弹体在侵彻过程中表面所受靶体的平均压力是由基于空穴膨胀理论的靶体材料弹塑性变形所引起的静态阻力以及速度效应引起的动阻力两部分组成,认为侵彻过程中靶体对弹体的静阻力要进行自由表面效应修正,而且动阻力是瞬时侵彻速度的函数。获得了锥头弹丸在侵彻和贯穿过程中的弹道极限速度和残余速度的公式。将理论预测与实验结果进行比较,发现两者符合得很好。     

PELE弹丸壳体的损伤断裂模型

结合横向效应增强型侵彻体(PELE)侵彻金属靶板的数值模拟结果和实验结果,将PELE弹丸壳体膨胀断裂过程分为加速膨胀和匀速膨胀两个阶段。在封加波提出的损伤度模型的基础上,推导得到PELE弹丸壳体的损伤断裂方程;并通过PELE壳体断裂实例计算了PELE弹丸壳体膨胀断裂过程的参数,分析了弹丸着靶速度与壳体断裂之间的关系,为PELE弹丸设计提供了理论指导。     

冲击波影响下的聚能射流侵彻扩孔方程

 当聚能射流侵彻速度大于靶板声速时,由于冲击波的产生导致波阵面后材料的状态参数发生改变,影响聚能射流的侵彻扩孔过程,致使波阵面前后不能直接应用伯努利方程求解。在考虑侵彻过程中冲击波影响的基础上,对射流轴向侵彻和径向扩孔的力学特性进行了分析,并对冲击波的传播和衰减进行了假设,着重探讨侵彻速度大于靶板声速时冲击波的影响。针对侵彻速度大于和小于靶板声速两种情况,建立了相应的侵彻模型,提出了一个新的聚能射流侵彻扩孔方程。将该方程与Szendrei-Held模型进行了比较,结果表明,新模型更符合Held等人的实验数据,冲击波对轴向侵彻的影响远小于对径向扩孔的影响。     

谱元法数值模拟约束结构内炸药中应力波的传播

针对高速侵彻类战斗部在侵彻过程中的装药安定性以及在意外事故中的安全性问题,对约束结构内炸药在冲击加载下的应力波传播规律进行了模拟研究。计算了不同侵彻速度下弹体的冲击响应函数,并将具有高精度和低耗散特点的谱元法应用于约束结构内凝聚炸药中的应力波传播模拟;考虑炸药-金属界面的动摩擦特性,计算了冲击加载下由动摩擦引起的装药-壳体界面温升,以及装药内部的塑性功积累。成功地将谱元法应用于凝聚炸药中应力波传播过程的模拟,模拟结果对更准确地评估热点生成机制,以及进行装药安定性分析具有参考意义。     

941nm大功率应变单量子阱激光器的波长设计

从薛定谔方程出发推导了阶梯形有限深应变单量子阱中的特征值方程，研究了台阶宽度对激射波长、电子第一子能级、空穴第一子能级的影响以及空穴第一子能级对激射波长的影响，计算结果表明当有源区In组分较大时，不能忽略空穴第一子能级对激射波长的影响.该模型计算结果与实验值相吻合. 关键词： 薛定谔方程 有限深势阱 应变量子阱 特征值方程     

高速钨杆弹对脆性靶体的侵彻分析

 考虑脆性材料在高速弹体的侵彻下会发生破碎这一特性,将靶体材料划分为弹性-裂纹-破碎三个响应区,利用静态空腔膨胀理论求出了空腔膨胀压力,即修正的流体动力学模型（A-T模型）中的靶体阻力R_t。分析了压剪系数对靶体阻力和靶体应力场的影响。利用A-T模型求出了钨杆弹以1.5~4.5 km/s的速度撞击靶体时的侵彻深度,并与实验结果及其他研究者的结果进行了比较。     

Acoustic elliptical cylindrical cloaks

By making a comparison between the acoustic equations and the 2-dimensional (2D) Maxwell equations, we obtain the material parameter equations (MPE) for acoustic elliptical cylindrical cloaks. Both the theoretical results and the numerical results indicate that an elliptical cylindrical cloak can realize perfect acoustic invisibility when the spatial distributions of mass density and bulk modulus are exactly configured according to the proposed equations. The present work is the meaningful exploration of designing acoustic cloaks that are neither sphere nor circular cylinder in shape, and opens up possibilities for making complex and multiplex acoustic cloaks with simple models such as spheres, circular or elliptic cylinders.     

Helmholtz水声换能器弹性壁液腔谐振频率研究

针对传统Helmholtz水声换能器设计中刚性壁假设的局限性,将Helmholtz腔体的弹性计入到液腔谐振频率计算中,实现低频弹性Helmholtz水声换能器液腔谐振频率精确设计.基于细长圆柱壳腔体的低频集中参数模型,导出了腔体弹性引入的附加声阻抗表达式,得到了弹性壁条件下Helmholtz水声换能器等效电路图,给出了考虑了末端修正的弹性壁Helmholtz共振腔液腔谐振频率计算公式.利用ANSYS软件建立了算例模型,仿真分析了不同材质、半径、长度时的Helmholtz共振腔液腔谐振频率.结果对比表明弹性理论值与仿真值符合得很好,相比起传统的刚性壁理论计算结果,本文的弹性壁理论得出的液腔谐振频率值有所降低,与真实情况更加接近.本文的结论可以为精确设计低频弹性Helmholtz水声换能器提供理论支持.     

刚热粘塑性轴对称一维流的解法

 根据轴对称一维流动的控制方程，采用刚塑性流体假设，将偏微分方程组化为一阶常微分方程组，从而可引入热粘塑性本构关系。利用成熟的一阶常微分方程组解法求解。文中还对厚壁圆管承受外压作用下塌缩运动情况、应力分布、温度分布进行了计算。     

长杆侵彻中材料参数对侵彻性能的影响

采用LS-DYNA程序研究长杆侵彻中材料参数对侵彻性能的影响.在弹塑性流体本构模型中,描述材料属性的主要参数有失效应变、屈服强度、剪切模量.通过对钨合金杆侵彻半无限厚铝合金靶的一系列数值计算,分析上述参数对侵彻深度的影响.数值结果表明,失效应变是影响侵深的主要参数,而屈服强度和剪切模量对侵深的影响较小.在此基础上,对着速在785 m·s^-1~1 924 m·s^-1范围内的长杆侵彻问题进行数值模拟,计算结果与试验数据符合较好.     

Dynamic ball hardness tests on polymers

The present work demonstrates the possibility of determining and differentiating the elastic and plastic material properties (like the Young's modulus, the ball hardness under load, and the plastic hardness) by applying the dynamic ball hardness indentation test. In Ref. 1, the elastic properties are neglected. Nevertheless, the obtained hardness number includes both elastic and plastic parts. Now, the continuous data acquisition allows the determination of the elastic modulus of the polymer and also its dynamic and thermal dependence. Furthermore, a way of specifying a plastic hardness number is shown. Using the approach of Oliver and Pharr [2] enables the separation of the real material property of plastic hardness. Topographic measurements allowed taking the wall formation during a hardness test into account while analyzing the impression. It turned out that the elastic modulus determined in the manner described is independent of the penetration rate, but decreases with increasing temperature or caoutchouc mass content. Also, the dynamic and thermal dependence of the hardness are discussed.     

Finite-element modeling of stresses and strains in a diamond anvil cell device: case of a diamond-coated rhenium gasket

The stresses and strains in a diamond anvil cell device were investigated using a finite-element code NIKE2D for the case of an ultra-hard composite gasket material. The pressure distribution in a diamond-coated rhenium gasket was measured by the energy dispersive diffraction technique to 213 GPa and compared with the finite-element modeling results. We examine various models for the mechanical properties of diamond-coated rhenium gasket as well as for diamond failure for shear stresses exceeding 100 GPa. The elastic and plastic properties of gasket were varied such that a good agreement between the experimentally measured pressure distribution and the computational pressure profiles were obtained. As a result, we obtained the effective Young’s modulus, Poisson’s ratio, yield stress for indented gasket, linear hardening modulus, and hardening parameter value for this layered ultra-hard composite gasket material. Future diamond design strategies for attainment of extreme high pressures using ultra-hard gasket materials are also discussed.     

考虑介质膨胀速率的锂离子电池管状电极中扩散诱导应力及轴向支反力分析

硅作为锂离子电池阴极材料相对于传统负极材料具有高比容量,价格低廉等优势.本文针对充电过程中锂离子电池中电极建立力学模型和扩散模型,并在扩散模型引入考虑介质膨胀速率的影响.以硅空心柱形电极为例,分析了恒流充电下介质膨胀速率对电极中扩散诱导应力分布的影响,并研究了不同内外半径比、充电速率、材料参数以及锂化诱导软化系数(lithiation induced softening factor,LISF)对轴向的支反力达到临界欧拉屈曲力所需时间的影响.结果表明,随着电极中锂浓度上升,介质膨胀速率对应力分布的影响增大,对轴向的支反力影响较小.弹性模量和应力成正比,但其与轴向的支反力达到临界欧拉屈曲力所需时间无关;扩散系数与所需时间成反比;偏摩尔体积增大时,达到临界屈曲力所需时间减少;随着LISF绝对值增大,完全锂化时轴向力降低.     

广义平面应变锂离子电池柱形梯度材料颗粒电极中扩散诱导应力分析

柱形梯度材料是最有潜力的锂离子电池电极之一. 为了研究恒压充电过程中柱形梯度材料颗粒电极下力学机理, 以Li_1.2(Mn_0.62Ni_0.38)_0.8O₂为例, 讨论弹性模量、扩散系数和偏摩尔体积三个重要材料参数对应力场影响. 并推导出非均匀柱形颗粒电极的扩散方程和力学方程. 结果表明, 柱形梯度材料纳米电极, 沿着半径方向Mn 的材料组分升高Ni 的材料组分降低, 其材料结构有利于降低最大径向应力和环向拉应力, 有效地避免电极的力学失效现象. 并根据计算结果, 对梯度材料电极提出材料结构优化建议.