压缩载荷作用下复合材料开孔补强稳定性分析

运用有限元软件MSC.Nastran分别分析了压缩载荷作用下的复合材料板在无孔、开孔及开孔补强后的稳定性问题.在开孔复合材料板稳定性分析中,讨论了开孔孔径和开孔位置的影响;在补强中,分别选取不同开孔孔径和开孔位置研究补强参数对板稳定性的影响.研究表明:开孔降低了复合材料板的稳定性,通过补强可提高其稳定性;开孔孔径和开孔位置对复合材料板稳定性的影响较大,补强参数随开孔孔径和开孔位置改变而改变,且对复合材料板的稳定性有所影响;补强后板的稳定性要好于无孔复合材料板的稳定性.     

预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应

对四边固定带预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应问题进行了实验研究。通过设计 爆炸冲击波载荷对2种材料不同孔数、不同孔径的靶板的冲击工况,获得了各靶板的中心点挠度。通过分析, 得到了预制孔靶板中心点挠度与预制孔数、孔径的相关规律,结合无孔平板在爆炸冲击波载荷下的挠度公式, 建立了广义的靶板中心点挠度公式,可用于计算不同孔靶板的中心点挠度。研究结果可作为平板材料在破片 冲击波联合毁伤研究的基础,为杀爆战斗部威力评估提供一些依据。     

负压爆炸载荷和数据采集间隔对弹性开孔板动应力集中的影响

基于ANSYS 7.0/LS-DYNA程序,对3 m3 m四边简支,厚度0.025 m,中心开有0.3 m0.3 m方孔的弹性板,在正压和负压三角爆炸载荷作用下的应力响应进行了分析,利用能量密度时间分布函数（TDFED）确定了动应力集中因子,并给出其计算步骤。计算结果表明计算总时间和数据采集时间间隔对动应力集中因子影响较大,而负压荷载影响较小。     

弓形折流板开孔位置的数值模拟研究

在相同的开孔面积和开孔数目前提下,本文数值研究在开孔位置不同时圆缺高度为0.2D(D为折流板直径)的单弓型折流板换热器的壳程换热与流动阻力问题。数值结果表明:在折流板压强高的“高压区”,均匀地开孔对减小换热器壳程压降效果更好,其综合换热性能的性能评价因子E值也更好;在壳程入口速度为0.1m/s时,通过改变开孔位置,壳程压降可优化3%左右。     

基于动能定理的火炮炮闩系统冲击试验台设计

针对火炮射击条件下炮闩系统性能数据测量困难,提出将炮闩系统单独出来建立系统冲击试验台进行分析研究的思路。在确定了试验台设计原理的前提下,通过对自动开闩虚拟样机模型进行改进,建立了试验台原理模型。依据动能定理,确定了炮闩系统冲击试验台实现开闩所需的最小开闩力。在最小开闩力下,基于试验台原理模型分别对开闩板质量取初始值m、10m、50m、100m时进行模拟实验,结果表明:4种工况下皆未实现开闩,但随着开闩板质量的增加,外力做功损失的能量越小,曲柄转过角度越大,越容易实现开闩。研究结果可为试验台建立提供理论支撑。     

串联随进战斗部垂直侵彻装甲钢板实验研究

设计了一种串联随进战斗部,作用时前级聚能装药形成聚能杆式侵彻体对靶板进行侵彻开孔,随后后级随进子弹依靠动能嵌入到开孔的靶板中,实现对目标的毁伤与封锁。在着靶速度为220～330m/s范围内,开展了对该串联战斗部垂直作用于不同厚度装甲钢板的侵彻实验研究。实验结果表明,在230～300m/s范围内,此种结构的串联随进战斗部可以有效作用,随进子弹的嵌入深度总体上随着撞击速度的提高而增大,随进子弹保持完整且嵌入牢固,能够有效实现对目标的毁伤与封锁。     

真实爆炸容器壳体动力响应的强度分析

运用DYTRAN编码中的欧拉计算方法,得到了作用于内径3．80m、壁厚0．09m的球形爆炸容器内壁的反射冲击波压力;再运用三维LS－DYNA有限元编码,对容器壳体在反射冲击波载荷作用下的瞬态响应进行了强度分析,着重给出了爆炸容器的几个主要开孔部位的等效应力云图。分析结果对类似工程设计和爆炸容器的安全使用具有实际意义。     

球形爆炸容器开孔补强方法

参考压力容器设计标准,针对某实验用球形爆炸容器进行了开孔补强设计,对容器开孔处等效应变随接管壁厚、补强圈尺寸的变化规律进行了数值计算,确定了“5/3倍球壳厚度的接管”配合“与球壳等厚度、张角10°的补强圈”的开孔补强设计方案。并对数值计算结果和补强设计进行了实验验证。     

腹板开孔的冷弯槽形轴压构件试验研究

腹板开孔是冷弯薄壁构件中一个较新的构造形式。孔的存在导致薄膜应力的重新分布,影响构件的屈曲特性和承载能力,使得无孔构件的分析与设计公式不再适用于开孔构件,因此有必要研究开孔构件。本文选取冷弯薄壁型钢中主要的承力构件形式卷边槽钢构件,对两端简支、腹板开单孔的中长柱进行了轴心受力性能的试验研究,对比进行了未开孔构件的试验。通过对比发现两类构件的受力特性有着明显的差异,开孔构件的承载力有所降低。将两类构件的试验结果分别与理论分析、ANSYS模拟结果进行对比和分析,讨论了两类构件受力性能及承载力不同的原因。根据不同开孔尺寸试件的试验结果可知,开孔构件的极限承载力随着开孔高度、宽度的增大而下降。     

卵形弹体侵彻预开孔靶理论分析

以破爆型串联战斗部后级随进弹对预开孔靶侵彻过程为研究对象,基于锥形预开孔和库仑摩擦模型,发展完善了包括扩孔/开坑和稳定侵彻的卵形弹体侵彻预开孔靶理论模型。分别对该模型在侵彻脆性和弹塑性靶体的有效性进行了实验验证。利用该模型分析了弹头曲径比、预开孔直径、预开孔形状等对侵彻结果的影响。研究结果表明:发展完善的模型计算结果与实验数据吻合较好。柱形开孔情况下,侵彻速度、弹头曲径比及相对孔径同侵彻深度呈正比;在侵彻容积相同的条件下,弹体侵彻预开锥孔的侵深结果与锥角及相对入孔孔径变化关系较大。     

Dynamic stress concentration around a circular hole due to SH-wave in anisotropic media

A new approach based on complex function to solve the SH-wave scattering problem around a circular hole in anisotropic media is introduced in this paper. It is found that the dynamic stress concentration factor is dependent on the incident wave number and the hole radius. Finally, some numerical results of dynamic stress concentration factor of a circular hole in anisotropic media are given. The Project Supported by National Natural Science Foundation of China     

弯曲波在含非圆孔洞无限压电薄板中的散射

基于线性压电动力学理论,采用波函数展开法、保角映射以及复变函数,对含非圆孔洞无限大压电薄板弹性波的散射及动应力集中问题进行了分析,给出了其动弯矩集中系数（DMCF）的解析表达式。为说明问题,以PZT-4为例,讨论了外加电场、椭圆孔长短半轴比、椭圆孔倾角以及入射波频率对含圆孔和椭圆孔无限大压电薄板弹性波散射的影响,并分别给出了无限压电薄板开圆孔和椭圆孔动弯矩集中系数的数值结果。     

Stress Concentration in an Orthotropic Plate with a Circular Hole under Dynamic Loading

The paper sets forth a photoelastic method for the determination of the dynamic stress concentration factor near a hole in an orthotropic plate. The stress distribution at the periphery of a circular hole is analyzed. The stress concentration factors for orthotropic and isotropic plates under dynamic and statical loading are compared     

冲击载荷作用下圆孔缺陷对裂纹动态扩展行为的影响规律

空腔和裂纹缺陷通常共存于深部地下岩体中,它们共同影响着岩体的结构安全性与稳定性。为了探究动力扰动载荷下圆形空腔对裂隙岩体内裂纹扩展行为的影响规律,提出了不同圆孔倾角的直裂纹空腔圆弧开口试件（circular opening specimen with straight crack cavity, COSSCC）,利用自制大型落锤冲击实验装置进行动态加载实验,同时采用裂纹扩展计系统测试了裂纹的动态起裂时刻与裂纹扩展速度等各种断裂力学参数,随后采用有限差分软件Autodyn进行裂纹扩展路径与圆孔周围应力场的数值分析,并采用有限元软件Abaqus计算裂纹的动态起裂韧度与裂纹扩展过程中的动态扩展韧度。结果表明:（1）当圆孔倾角θ小于10°时,裂纹扩展路径会偏折并穿过圆孔表面;当圆孔倾角θ为20°与30°时,裂纹扩展路径向圆孔方向发生偏折但不会穿过圆孔,圆孔具有明显的裂纹扩展引导作用; 当圆孔倾角θ为40°与50°时,裂纹扩展路径不会发生偏折,圆孔引导作用明显减弱。（2）当裂纹扩展路径达到圆孔空腔附近时,裂纹尖端的拉伸应力区与圆孔边缘的拉伸应力区发生重合,此时裂纹扩展速度显著增大,裂纹动态断裂韧度显著减小。（3）裂纹的偏折方向与裂纹尖端最大周向应力的方向基本一致。（4）裂纹动态断裂韧度始终小于裂纹起裂韧度,且裂纹动态断裂韧度与裂纹动态扩展速度呈负相关关系。裂纹动态扩展速度越大,裂纹动态断裂韧度越小。     

Application of Discrete Element Method for Continuum Dynamic Problems

A new method based on the principle of minimum potential energy is presented, aiming to overcome some weakness of the present discrete element method (DEM). Our primary research is to put forward the DEM with a tight theory base and a fit technique for treating continuum dynamic problems. By using this method, we can not only extend the existing seven-disc model, but also establish a new nine-disc model in a general way. Moreover, the equivalences of two kinds of models have been verified. In addition, three numerical examples of stress wave propagation problems are given in order to validate accuracy and efficiency of the present DEM models and their algorithms. Finally, the dynamic stress concentration problem of a square plate with a circular hole is analyzed.This work was supported by Nation Natural Science Foundation of China (nos. 10232040 and 10572002).     

On the stress concentration around a hole in a half-plane subject to moving contact loads

We study the stress concentration due to a pore in an elastic half-plane, subject to moving contact loading, in the entire range of possible geometrical parameters (contact area/hole diameter, hole depth/hole diameter). Since the number of cases is very large to study with FEM even with modern machines, the use of a recent simple approximate formula due to Greenwood based on the stress field in the absence of the hole is first attempted, and compared with a full FEM analysis in sample cases. To further distillate the effects of the hole distance from the free surface and of the contact area size, the limiting cases are studied of: (i) concentrated load perpendicular to the surface and aligned with the hole centre; (ii) constant unit pressure on the top surface of the half-plane and (iii) hydrostatic load. A full investigation is then conduced for the case of Hertzian load on the surface, and it is seen that the tensile stress concentration is significantly reduced with respect to that of the concentrated load, when the contact area size is of the same order of the hole radius. Results obtained with the approximate Greenwood formula are generally accurate however only if the hole distance from the surface is greater than two times the hole radius.     

定向断裂控制爆破的空孔效应实验分析

采用新型数字激光动态焦散线实验系统, 对爆炸荷载作用下空孔周围的动应力场分布及空孔对爆生主裂纹扩展行为的影响进行了研究。研究结果表明, 在空孔周围强应力场的影响下, 2条相向扩展的爆生主裂纹逐渐向空孔处偏转, 并在空孔处贯通; 空孔附近的主应力方向与炮孔连心线夹角基本稳定在约12°, 增大空孔尺寸对空孔附近的主应力方向影响不明显; 爆炸应力波与空孔相互作用, 产生反射拉伸波, 改变了主裂纹尖端的应力场, 降低了主裂纹的扩展速度, 且空孔直径越大, 主裂纹的扩展速度越低; 当爆生主裂纹扩展到空孔附近时, 主裂纹尖端动态应力强度因子再次出现上升的趋势。     

DUAL RECIPROCITY BOUNDARY ELEMENT METHOD FOR FLEXURAL WAVES IN THIN PLATE WITH CUTOUT

The theoretical analysis and numerical calculation of scattering of elastic waves and dynamic stress concentrations in the thin plate with the cutout was studied using dual reciprocity boundary element method (DRM). Based on the work equivalent law, the dual reciprocity boundary integral equations for flexural waves in the thin plate were established using static fundamental solution. As illustration, numerical results for the dynamic stress concentration factors in the thin plate with a circular hole are given. The results obtained demonstrate good agreement with other reported results and show high accuracy.     

爆炸荷载下青砂岩动态起裂韧度的测试方法

为了研究爆炸荷载下青砂岩I型裂纹动态断裂韧度的测试方法，利用内部中心单裂纹圆盘（internal center single crack disc，ICSCD）试样进行了爆炸试验研究。试样由外径为400 mm、内部加载孔径为40 mm、预制裂纹长为60 mm的青砂岩制成。利用同步触发器实现圆盘中心起爆，并同步触发超动态应变仪，通过径向应变片获取爆炸应变曲线、裂纹尖端的环向应变片获取裂纹起裂时刻。以实测爆炸应变曲线为参量，应用Laplace变换推导出试样加载孔壁应力时程曲线表达式，并用数值反演法得出其数值解。利用ANSYS有限元软件，建立数值计算模型，通过相互作用积分法得出了在爆炸荷载作用下砂岩的I型动态应力强度因子曲线。研究结果表明:（1）ICSCD试件能够很好地用来测试岩石的动态起裂韧度；（2）炮孔周边的应力可以通过拉普拉斯变换的数值反演方法得到；（3）通过试验-数值法能稳定计算出ICSCD砂岩构型的动态起裂韧度，其最大误差仅为7%。