钝圆头质量块对简支梁的多次弹塑性撞击

考虑多次局部弹塑性接触变形行为、多次撞击和多次分离过程,提出了1种采用有限差分方法研究柔性结构多次弹塑性撞击问题的MCIS方法,研究了钝圆柱头刚性质量块水平撞击简支梁的过程。研究结果表明,该撞击过程实际上是1个复杂的多次弹塑性撞击过程,一般存在2个以上的明显撞击区,每个撞击区包含了形式多样的复杂的次生撞击过程。其他撞击区的冲量值与第1个撞击区的冲量值相当,其他撞击过程中损失的撞击动能的总和与首次撞击过程中损失的撞击动能相当,因此,多个撞击区和多次撞击过程将对梁的撞击物理行为产生重要影响。研究还发现,小质量块刚性体撞击时,首次撞击过程的撞击动能损失明显。在大质量刚性体撞击时,后续的多次撞击过程的撞击动能损失明显。 更多还原     

端头带有质量块的悬臂梁在冲击载荷下的剪切失效

以飞射物撞击构件引起破坏为工程背景,研究端头带有质量块的悬臂梁受到冲击载荷作用后发生剪切失效的可能性。分析表明:在初始速度间断面上是否发生失效取决于无量纲初始动能和质量块尺寸与梁厚之比,而与梁的长度无关;质量块的转动惯量对于剪切失效具有不可忽略的影响。     

编织Kevlar/Epoxy复合材料层合板在冲击荷载下的动态响应

通过编织Kevlar/Epoxy复合材料层合板的平头弹冲击实验，分析了结构在不同冲量下的变形失效模式以及结构的抗冲击性能。实验表明复合板的变形失效模式主要表现为:(1)弹性变形；(2)复合板表面嵌入失效及整体塑性大变形；(3)背面纤维拉伸断裂及分层失效。基于实验研究，运用LS-DYNA 971有限元程序对铺层数不同的复合板在冲击载荷作用下的动态响应过程进行了数值模拟，模拟结果与实验吻合较好，子弹作用区域边缘处首先发生近似圆形的嵌入失效，而在板背面发生近似正方形的破坏区域；计算中重点分析了铺层数对结构动力响应的影响，在一定冲量范围内，通过对铺层数的优化，能够有效地减小后面板挠度，提高结构的能量吸收效率，增强结构的抗冲击性能。     

点阵材料夹芯悬臂梁在端部承受撞击的动力响应分析

利用非线性有限元软件ABAQUS分析了点阵材料夹芯悬臂梁在端部受刚性质量块撞击时的弹塑性动力响应,考察了刚性块质量和冲击速度变化时对梁端部最大位移的影响.对给定的刚性块质量和速度,考察了芯层的拓扑构型变化时对最大位移的影响,并对刚塑性理论解与有限元计算进行了比较,结果表明:当动载赋予结构的总输出能量与结构的最大弹性能容量之比较大时,两者给出的悬臂梁端部达到最大位移的时间及位移峰值比较接近.     

局部冲击作用下刚塑性平板的动力响应和失效模式

基于理想刚塑性的材料模型假定,同时考虑靶板弯曲塑性变形和剪切滑动,完整地分析了平板受刚性体撞击或受局部压力脉冲冲击的动力响应和失效模式。得到了撞击物侵彻深度、靶板穿透条件、塑性变形范围等特征变形破坏参数的解析表达式。讨论了撞击物速度、压力脉冲的冲量和形状等参量对响应和破坏模式的影响。比较了刚塑性理论分析结果与相关的实验和弹塑性数值计算结果。     

撞击载荷下Nomex蜂窝夹芯梁的变形模式研究

本文研究了Nomex蜂窝夹芯结构在不同冲量下的变形模式和失效模式.实验采用子弹撞击的加载方式,对Nomex蜂窝夹芯梁施加大小不同的冲量,使用激光位移传感器测量每个试件后蒙皮的变形位移.分析了同芯层厚度,不同蒙皮厚度的Nomex蜂窝夹芯梁在不同冲量作用下抵抗变形的能力,以及冲量大小与蒙皮厚度对夹芯梁抵抗撞击能力的影响,计算分析了蒙皮与芯层的吸能性.实验结果表明:增加蒙皮的厚度能够改善夹芯梁在撞击荷载下抵抗变形的能力,在撞击过程中芯层吸收了50％左右的能量,且冲量越大,芯层吸收的能量越多.     

鸟撞击叶片时载荷因素的数值模拟分析

鸟与叶片的撞击过程是一个复杂的加载过程。为了将其简化,以建立一个简单且合理的鸟撞击载荷模型,需要分析鸟撞击载荷的各种因素对叶片响应的影响。本文通过计算机数值模拟进行上述工作。以矩形悬臂板模拟实际叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。从鸟撞击载荷的冲量、时间因索、空间因素三个方面分析了冲量、加载持续时间、力-时间函数、初始冲击压力、加载位置、载荷的空间分布以及载荷类型等七种因素对叶片响应的影响。本文得出的结论为合理简化鸟撞击加载过程及建立鸟撞击载荷模型提供了参考与依据。     

烧脑之问：撞击力有多大?

作为冲击加载的一种类型,撞击指的是一个具有质量m 的物体(或结构) 以某一初速度V0 撞到另一个物体(或结构) 的加载行为,以及由之产生的力学和物理现象。动量--冲量定理是求解撞击问题的基本方程,但仅由此定理并不能解出撞击后各物体的速度,所以刚体动力学中通常建议引进一个\恢复系数" 来求得解答。可是,恢复系数" 实际上并不是材料常数,而且仅凭动量-- 冲量定理和\恢复系数" 仍然不能得出撞击脉冲的参数,如峰值力、撞击时长和脉冲形状。本文基于冲击接触力学和结构冲击动力学,对确定撞击脉冲提出了一些思考,并指出工程中沿用的\动载系数" 是缺乏理论根据的,许多撞击问题值得深入探讨。     

轴对称横观各向同性浅球壳受物体撞击的非线性动力响应分析

基于非线性扁壳理论和弹性接触力学,建立了横观各向同性浅球壳在其顶部受集中载荷作用的非线性运动微分方程,根据Hertz定律,考虑撞击物与浅球壳之间的弹性接触效应,确定了壳体顶部所承受的冲击力,它与撞击物的质量、初始速度、壳体的几何和物理性质等因素相关.对此非线性动力问题,采用正交配点法与时间增量法求解.算例中,讨论了撞击物的冲击速度、壳体的厚度及中曲面曲率半径对壳体所受冲击载荷及其位移响应的影响.     

浅谈材料力学冲击应力分析的基本假设

在材料力学教材中,常采用能量法进行冲击应力分析.在教学过程中发现,学生对该理论的适用范围不够清晰,忽略或不能够准确理解基本假设在该问题中的重要性.本文以杆件承受轴向撞击为例,利用弹性动力学理论和有限元方法,给出了杆件受到冲击载荷时的实际动力学响应过程,对比了不同质量比撞击情况下材料力学能量法与弹性动力学理论和有限元方法...     

Experimental investigation on large deflection response of a frame impacted by a moving body

This paper reports on the experimental investigation of the dynamic large deflection response of a portal frame impacted at its midspan by a body moving at a certain speed. Both the deflection and velocity vs. time curves of the midspan and the dynamic history of a number of desired locations were recorded during the process of response. On the basis of the test data, the momentum and kinetic energy conversion between the frame and the moving body in the impact process are realized, and the occurrence and expansion of plastic regions are described. Investigation results show that the initial collision is approximately ideally inelastic, and that the elastic deformation plays a considerable role in the response though the input energy is much larger than the maximum elastic energy capacity of the beam member; therefore, in a general impact, the energy ratio should not be regarded as a sufficient criterion for a rigid—plastic solution. The ratios of the impulse transferred to and the energy absorbed by the frame in the initial collision to that carried by the moving body before impact is only related to the ratiobetween the equivalent mass of the frame paticipating in the initial collision and the mass of the impacting body, having nothing to do with the impacting velocity to a certain extent.     

冰载荷下不锈钢复合板挠度特性分析

以复合板中面的挠度响应作为不锈钢复合板抗冲击性能的评价指标,基于能量法和经典层合板理论,考虑层间结构参数设计,通过横向载荷下的弯曲平衡微分方程,建立冰载荷下不锈钢复合板挠度响应简化解析模型。该分析模型将整个动态响应分析过程分为冰载荷计算分析和动力学方程求解两个阶段。分析了冰载荷模型的面倾角、冲击速度和碰撞位置对冰载荷的影响,确定极端工况参数,汇总接触面的节点力数据;分析了层厚比对挠度响应的影响规律;基于LS-DYNA有限元仿真以及数值算例分析,对比挠度响应仿真结果和解析计算值,验证了本文简化解析模型的准确性,研究结果对不锈钢复合板抗冲击性能分析和评估具有一定的参考价值。     

Analysis of a rigid body obliquely impacting granular matter

The model of the oblique rigid body impact with a granular matter is studied. The force acting on the body is a linear superposition of a static (velocity-independent) friction force and a dynamic (velocity-dependent) resistance force. The impact of a sphere, a mathematical and a compound pendulum are modeled and simulated using different initial impact velocity conditions and different impact angles. We analyze how rapidly the rigid body impacting a granular media slows upon collision. For most of the analyzed cases the rigid body under high-force impact (higher initial velocity) comes to rest faster in a granular matter than the same body under low-force impacts (lower initial velocity). Researchers were able to explain this interesting phenomena, not shared by solids or liquids, for the vertical impact of spheres. The simulations for some configurations with small initial impact angles show that as the speed at which the rigid body impacts the media increases, the later it will come to rest.

     

Asymptotic modeling of the impact of a spherical indenter on an elastic half-space

The impact of a rigid sphere on a homogeneous, isotropic elastic half-space in the absence of friction and adhesion is considered. The influence of the superseismic stage immediately following the moment of first contact upon the impact process is investigated in the frame of the Hertzian impact theory. The first order asymptotic approximation for the contact force in a three-dimensional dynamic contact problem with the slowly moving contact zone boundary is obtained and the corresponding asymptotic model of impact is developed. The motion of the indenter as it indents and rebounds from the elastic medium is analytically described. Explicit formulas are derived for the peak indentation depth, contact time, and rebound velocity as functions of the initial impact velocity, indenter mass, and characteristics of the elastic half-space.     

Modeling of vibrational impact motion of mobile-based body

The paper deals with vibrational impact motion of a mobile-based body on an inclined plane, which is a characteristic for vibrational alignment of components subjected to an automated assembly. The alignment model is presented by a two-degree-of-freedom vibro-impact system in which the moving body is impacting the plane obliquely. Properties of the vibrational impact motion under kinematical excitement of the moving body and under the excitement of the plane in two perpendicular directions were investigated by numerical methods. It was determined that impact displacement occurs under transient regimes of motion from static to dynamic state of equilibrium. Dependencies of maximum displacement of the body and average displacement velocity on force of elastic resistance, amplitude of plane vibration in the direction of the displacement, and phase angle between the perpendicular members of vibration components were established. Zones of system and excitement parameter combination when the vibrational impact motion occurs were defined.     

结构碰撞振动的建模与模态截断

根据弹性体碰撞理论和结构模态分析,提出一种简便方法识别两弹性结构的碰撞恢复系数和碰撞速度,进而可确定碰撞阻尼,该方法及后继的碰撞振动分析涉及到结构模态截晰,为此,文中分析了模态截断对碰撞参数识别精度的影响,讨论了不同模态截断对研究碰撞系统动力学行为的作用。     

Method of model analysis for flexible head impacting with elastic plane

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈｅｓｓｈｏｗ :70ｔｏ 80ｐｅｒｃｅｎｔｏｆｔｈｅｖｅｈｉｃｌｅｓｔｈａｔｃａｕｓｅｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｓａｒｅｓａｌｏｏｎｃａｒｓ[1].Ｉｎｔｈｅ 70ｐｅｒｃｅｎｔｏｆｔｈｅａｃｃｉｄｅｎｔｓ,ｔｈｅｈｕｍａｎｂｏｄｙｗｉｌｌｃｏｌｌｉｄｅｗｉｔｈｔｈｅｆｒｏｎｔｏｆｔｈｅｃａｒａｎｄｔｈｅｈｅａｄａｎｄｌｅｇｗｉｌｌｂｅｉｎｊｕｒｅｄ .Ｍｅａｎｔｉｍｅ ,ｔｈｅｈｏｏｄａｎｄｗｉｎｄｓｈｉｅｌｄｗｉｌｌｃａｕｓｅｔｈｅｉｎｊｕｒｙｏｆｔｈｅｈｅａｄａｎｄｔｈ…     

含黏弹性夹芯FG-GRC后屈曲梁的低速冲击响应

研究了含黏弹性夹芯的功能梯度石墨烯增强复合材料(functionally graded graphene reinforced composite, FG-GRC)后屈曲梁在低速跌落冲击下的跳跃振荡行为.采用修正Halpin-Tsai细观模型预测FG-GRC的材料宏观属性.使用赫兹点接触模型确定冲击器和梁之间的接触力.提出了考虑轴向预应力的复合材料层本构关系和阻尼层的Kelvin型黏弹性本构.通过一种广义高阶剪切变形锯齿梁模型建立夹芯梁的非线性位移场. 基于Hamilton 能量变分原理, 推导了动力学控制方程组. 通过两步分析,首先获得弹性后屈曲平衡路径作为冲击问题的初始状态. 随后, 结合四阶龙格库塔法,拓展了两步摄动-伽辽金法计算接触力的时程曲线以及后屈曲梁的位移时程曲线.研究了后屈曲梁在单次和两次撞击下双稳态大幅振荡过程的动力学特征.讨论了轴向载荷、冲击速度、黏弹性阻尼特性、冲击器材料等因素对于碰撞接触力以及后屈曲梁动力响应的影响规律.结果表明, 接触力仅对冲击速度较为敏感,一定的结构碰撞参数设计可以在接触力变化不大的情况下,使得后屈曲梁由单势能阱运动转变为双阱大幅振荡.      

冲击载荷下轻质夹芯拱最大刚度拓扑优化及动力响应

基于双向渐进结构优化方法（bi-directional evolutionary structural optimization,BESO）框架,将传统动态载荷优化法中的内外层迭代引入到ABAQUS-MATLAB平台集成优化中,改进动态载荷拓扑优化流程。对初速度为100 m/s的子弹冲击下的夹芯拱结构进行拓扑优化设计和动力学响应分析。优化后夹芯拱芯层的变形模式可分为3个对称的部分,跨中区域的中部和上部主要发生压缩变形,呈现类三角点阵桁架结构,边界区域上部发生拉伸变形,下部发生压缩变形,呈现C形型结构,跨中和边界之间的过渡区域以拉弯联合变形为主,呈现Y形结构。通过与两种等质量的拱结构对比,分析了3种结构在不同初速度的子弹冲击下结构的挠度以及芯层的能量吸收情况。结果表明:在相同的冲击速度下,优化后的结构挠度最小,芯层比吸能最高;当冲击速度较低时,优化后的结构的抗冲击性能优势并不明显;在所研究的冲击速度范围内,冲击速度越高,优化后结构的抗冲击性能越好。对比对称载荷与非对称载荷（冲击点偏移量为100%）下2种优化结构在不同载荷工况下的动态响应,结果表明:载荷工况不同,得到的最终优化结果也略有所不同,但在相同载荷下结构的响应相差较小,每种工况下得到的优化结果在相应工况下所展现的力学性能略优,但均明显优于传统结构。因此,在对称冲击载荷下优化所得的结构具有一定的普遍性。     

弹性杆在刚性块轴向撞击下的动力屈曲

基于能量关系,应用功率原理对弹性杆在刚性块轴向撞击下的动力屈曲问题进行了讨论。用幂级数解法,理论上给出了该问题的级数解,同时考虑了应力波传播及反射对屈曲的影响。通过理论分析和数值计算,得到了临界速度与冲击质量以及临界时间的关系,给出了发生屈曲时的临界条件。