刚粘塑性圆板有限变形动力响应分析

本文以作者给出的刚粘塑性强化体有限变形动力学加速度最小原理为依据,采用Kantorovich近似方法分析了非弹性薄圆板在冲击荷载作用下的动力响应。分析中考虑了材料的应变强化和应变率效应。通过与现有实验和理论结果比较,评价了数值解的精度。     

在冲击载荷作用下弹塑性圆板的反直观动力行为数值分析

对周边简支理想弹塑性圆板受脉冲载荷作用时的动力行为进行了数值计算与分析,揭示了板类结构反直观动力行为的客观存在性．通过分析发现,随着脉冲强度的增加,存在几个窄的载荷区域,板的响应是反直观的,而且在此附近,结构参数、载荷等因素的微小改变将导致响应模式的很大差异,表明反直观行为对这些参数的极其敏感性．进一步计算表明,这一特殊的动力行为主要与板内力间的相互耦合作用密切相关,同时,卸载后的结构反弹到另一侧时发生较大的反向塑性变形,导致能量的进一步耗散,使板呈现反常的动力响应．这一现象是几何与材料两种非线性相互作用的结果。     

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。     

再访结构弹塑性动力响应的异常行为

以ＬｅｅＬＨＮ的有限变形弹－塑性连续体的最小加速度原理为基础,对理想弹－塑性材料的两端铰支梁受矩形脉冲载荷作用时的动力行为进行了数值计算和分析,结果得到了梁的动力响应的异常现象,通过详细分析整个响应过程各个阶段梁的轴力、     

内部爆炸薄圆板的变形及有效载荷

为了研究内爆炸薄圆板的失效与作用载荷特性，在双圆筒装置内开展了铝质、钢质薄圆板内爆炸实验，分析了圆板破坏模式及比冲量载荷特性，并基于相同变形下载荷相等原理，得到了钢质圆板极限变形下的有效比冲量及作用时间，提出了该工况下圆板变形的预估模型。结果表明:在内爆炸载荷作用下，薄圆板的夹持边界和几何中心是应力集中区，产生了塑性大变形、拉伸撕裂、剪切断裂3种破坏模式；圆板的比冲量载荷由初始的波浪式增长逐渐转化为线性增长，30～80 g某温压装药使1 mm厚钢质圆板产生极限变形的有效比冲量作用时间在2.26～2.93 ms之间，经验证，圆钢板变形预估模型得到的装药质量与实验装药质量偏差小于13.3%。     

基于最小加速度原理分析点阵材料夹芯梁的弹塑性动力响应

以Lee的有限变形弹塑性连续体的最小加速度原理为基础,结合有限差分法建立了两端铰支轴向不可移的四棱锥夹芯梁受到横向均布冲击载荷时的动力学控制方程,并且考虑了横向剪切效应.通过对简支梁进行弹塑性动力响应数值计算和分析,证明了四棱锥夹芯梁的抗冲击性能明显优于相同质量的实心梁,芯层杆元与面板的夹角对夹芯梁的抗冲击能力有显著影响.所得结果对点阵材料夹芯梁的设计和优化有参考价值.     

基于饱和响应时间的封闭空间内爆炸载荷等效方法研究

针对舱内爆炸载荷形式复杂、作用时间长、缺乏有效的简化描述方法的问题，首先采用显式动力学计算程序开展了内爆载荷作用下钢板动态响应的数值计算，在与试验结果对比验证的基础上分析了金属板的内爆载荷饱和冲量。通过对216种不同爆炸载荷加载时长与金属板响应关系的分析，提出了内爆炸载荷作用下结构最大变形所对应的饱和时间计算经验公式，并给出了饱和时间的无量纲系数建议值。考虑到内爆载荷初始冲击波的影响，结合爆炸载荷饱和作用时间的规律，提出了封闭空间爆炸载荷的矩形载荷等效方法，对比了18组简化载荷与耦合载荷分别作用下钢板的动力响应，验证了等效方法的有效性。     

冲击载荷作用下弹塑性板的反常动力响应研究

对弹塑性方板在横向脉冲载荷作用下动力响应的反直观行为进行了数值模拟及分析,给出了产生反直观行为的载荷范围和对相关问题的探讨。详细的分析发现,随着脉冲强度的增加,在几个窄的载荷区域,板的响应是反直观的,而且在此附近,结构参数、载荷等因素的微小改变将导致响应模式的很大差异,表明反直观行为对这些参数的敏感性。进一步的计算表明,这一特殊的动力行为主要与板的内力间的相互耦合作用密切相关,同时,卸载后的结构反弹到另一侧时发生较大的反向塑性变形,导致能量的进一步耗散,使板呈现反常的动力响应,这一现象是几何与材料两种非线性相互作用的结果。     

受冲击作用弹塑性圆板动力响应的弹性效应

利用有限差分离散微分方程进行计算分析,研究冲击载荷作用下弹塑性圆板的早期动力响应,通过对瞬态径向弯矩分布规律的细致分析,阐明弹塑性固支圆板响应过程中弹性效应对其变形历史的影响.研究表明:弹塑性响应过程可划分为八个阶段,对应的变形模式为:“单铰圆模式”,“双铰圆模式”,“五铰圆模式”,“四铰圆模式”,“三铰圆模式”,“双铰圆模式”,“双驻定铰圆模式”,“弹性振动模式”.与刚塑性分析所假定的三相的变形模式比较,弹塑性响应分析证实了固支边界“驻定塑性铰圆”的存在性.虽然刚塑性分析所假定的第一相位移响应模式并不存在,但第二相和第三相响应模式则得到了证实.由于这两相及相应弹塑性分析的两个阶段持续时间都较长,因而也肯定了刚塑性分析所假定变形模式的主要特征.弹性效应对于板内“移行铰圆”的影响比较大,它不但使“移行铰圆”出现“回退”现象,还使得“移行铰圆”的个数增加到三个;对于圆心处的“塑性铰圆”,弹性效应则使得它的符号出现由负向到正向的反复变化.因此,弹性效应对弹塑性板的变形历史影响十分明显.     

脉冲载荷下加筋圆板的各向同性快速等效方法

加筋板在爆炸与冲击防护中应用广泛,而其动力响应的快速求解一直是工程中关注的重点。对于径向均匀加筋的圆板,基于刚度叠加思想,提出了一种将其等效为各向同性平板的方法,用于分析其在脉冲载荷下弹性阶段的动力响应。结合理论推导与数值方法,显式地给出了简洁的等效平板厚度公式。经验证,提出的等效方法建立了加筋圆板与均质圆板间的内在联系,适用于多种加筋尺寸、材料及载荷形式。等效圆板与加筋圆板的最大挠度偏差不超过6%,低阶振动频率偏差不超过10%。相比于直接对加筋圆板进行计算,等效分析方法大大提高了求解效率,且保证了很高的计算精度,在冲击响应预测和结构优化等工程应用中具有重要意义。     

薄片炸药与固体靶冲量耦合的计算模型

薄片炸药可用于模拟强脉冲X射线辐照下空间结构的响应,其与固体靶的冲量耦合作用是进行模拟载荷设计的基础。本文中基于有限元模拟技术,研究不同直径薄片炸药的边界稀疏作用和安装支座的反射作用对薄片炸药与固体靶冲量耦合的影响,结果表明:边界稀疏作用对薄片炸药的比冲量起到减弱的作用,由边界稀疏作用引起的薄片炸药比冲量的变化量和薄片炸药直径的倒数近似成线性关系;薄片炸药安装支座的反射作用对薄片炸药的比冲量起到增强的作用,由支座反射作用引起的薄片炸药比冲量的变化量和薄片炸药直径的平方近似成反比;随着薄片炸药直径的增加,薄片炸药比冲量趋于定值,边界稀疏作用和支座反射作用可以忽略;存在一个临界直径,当薄片炸药的直径为临界直径时,薄片炸药的边界稀疏作用和支座反射作用达到平衡,其比冲量大小和薄片炸药的直径为无穷大时的比冲量值相等。     

带脉冲的三维引力辅助变轨研究

在引力辅助过程中施加脉冲可以有效地改善变轨效果.目前只能对施加小脉冲的情况进行近似计算,当脉冲大于近拱点速度的1%时无法进行分析.针对这一问题,提出了一种解析分析方法,可以计算施加任意大小和方向脉冲的三维引力辅助变轨.基于二体问题,建立了带任意脉冲的三维引力辅助模型,采用8个相互独立的参数对模型进行描述,其中5个参数表征三维引力辅助、一个参数表征脉冲的大小、两个参数表征脉冲的方向;建立了一组坐标系,可以方便地对轨道进行描述;以施加脉冲为界,将轨道划分为前后两段,分别进行公式推导;应用双曲线轨道动力学与坐标变换等技术方法,可以将飞行器的位置矢量和速度矢量表示为上述8个参数的解析公式,进而可以求出变轨导致的速度、能量和轨道倾角的变化量.通过与基于圆型限制性三体问题的数值仿真结果进行对比,验证公式的有效性.应用导出的解析公式分析了施加脉冲的大小和方向对飞行器能量和轨道倾角的影响,并给出了相应规律.结果表明:以最大能量改变为优化目标,施加脉冲的最优方向往往并不是该点速度方向;轨道倾角受到脉冲方向的影响显著.      

The use of impulse response functions for evaluation of added mass and damping coefficient of a circular cylinder oscillating in linearly stratified fluid

 The damped horizontal oscillations of a circular cylinder in linearly stratified fluid are studied experimentally. The cylinder is fixed to the lower end of a physical pendulum with variable restoring moment. The impulse response function of the pendulum in time domain is recorded and converted to the frequency response function using Fourier transform. The density stratification is shown to have a strong effect on frequency-dependent hydrodynamic coefficients (added mass and damping). The data obtained are compared with available theoretical predictions. The applicability of a simplicistic method implying approximation of impulse response functions by analytical functions is discussed. Received: 15 September 1998/Accepted: 1 April 1999     

On the convergence and causality of a frequency domain method for dynamic structural analysis

Venanico-Filho et al. developed an elegant matrix formulation for dynamic analysis by frequency domain (FD), but the convergence, causality and extended period need further refining. In the present paper, it was argued that: (1) under reasonable assumptions (approximating the frequency response function by the discrete Fourier transform of the discretized unitary impulse response function), the matrix formulation by FD is equivalent to a circular convolution; (2) to avoid the wraparound interference, the excitation vector and impulse response must be padded with enough zeros; (3) provided that the zero padding requirement satisfied, the convergence and accuracy of direct time domain analysis, which is equivalent to that by FD, are guaranteed by the numerical integration scheme; (4) the imaginary part of the computational response approaching zero is due to the continuity of the impulse response functions. The English text was polished by Yunming Chen     

空间机械臂抓取负载时最小冲击的研究

本文讨论空间机械臂冲击动力学问题,建立捕获得过程冲击动力学方程。导出负载质量,机械臂相对围角与碰撞冲量的关系,得到抓手在捕获过程所受冲击最小的系统铰空间位形,文中附有数值曲线。     

一种改进的冲量测试装置及其数据处理方法

对摆锤式片炸药比冲量测试装置及其数据处理方法进行了改进。首先,在对机械结构进行了改进设计的基础上,利用光栅测试系统测量摆动角度,并解决了测试时波形失真的问题,提高了装置的精密性和稳定性。然后,采用该装置研究了阻尼随摆动幅度的变化规律,并用实测数据进行了验证;提出了片炸药比冲量测试时的最大摆角修正方法,并进行了试验对比研究。结果表明:改进后的装置及其数据处理方法能够更加准确地测量片炸药的比冲量。     

用柔爆索构成沿圆柱壳体周向呈余弦分布的冲量载荷

利用柔爆索爆炸加载模拟脉冲X射线辐照产生的汽化反冲冲量进行结构响应实验研究,需要对柔爆索载荷的分布特征进行直接的实验测定。按照优化设计结果在圆柱壳体周围排布一定数量的柔爆索,测量柔爆索爆炸在圆柱壳体表面不同角度处产生的冲量。测量结果表明通过优化设计柔爆索间距及柔爆索与圆柱壳体之间的距离可得到沿圆柱壳体周向呈余弦分布的冲量载荷。     

卫星在轨道平面内的可达范围研究

对在初始轨道上施加平面内幅值固定的脉冲后卫星的可达范围进行了研究. 考虑脉冲幅值较小、生成轨道均为椭圆的情况. 根据平面曲线族包络线的定义,针对不同任务的需求,考虑脉冲施加点固定而方向任意、脉冲施加点任意而方向固定、脉冲施加点和方向均任意的3种情况,分别给出了确定可达范围边界的方法. 数值仿真表明: 所提出的方法能够确切描述卫星可达范围的边界,所得结论对初始椭圆轨道的偏心率没有限制,可以用于单颗卫星机动范围的评估和不同卫星间安全距离的设计.      

在冲击载荷作用下结构大变形的挠度估计

参照Martin和Ponter关于冲击载荷作用下塑性结构大变形的最终挠度的上限定理,从能量平衡的角度提出了一种在冲击载荷作用下结构挠度的估计方法。对刚塑性材料制成的圆板梁和圆环,给出了最终挠度的估计表达式,同已有的解作了比较,讨论了支承条件的影响,从而说明了这是一种在工程上十分实用的良好近似方法。     

地下化学爆炸地运动信号关联探索

分析了弹性区域中应力传播的波动方程,说明该应力传播过程可以使用线性系统模型进行描述。根据系统辨识领域的脉冲响应方法,建立了应力测点的脉冲序列与源函数和响应序列之间的关系。在此基础上,建立了各测点间应力序列之间的关联响应模型,给出了采用神经网络的自适应优化方法求解关联参数的方法,并采用某次黄土介质中化学爆炸的实验数据进行了验证。将该模型用于测点数据的预测,预测值和实测值之间的误差很小。这表明,各测点间存在与测量数据无关的客观联系,仅由实验中爆炸源、测点位置和地介质力学参数分布等所决定。