爆炸与冲击载荷下结构和材料动态响应研究的新进展

对激波与高应变率现象的基础问题及应用国际学术会议 (EXPLOMET 2 0 0 0 )和第 2 0届国际理论与应用力学大会 (ICTAM 2 0 0 0 )上有关爆炸冲击载荷下结构和材料动态响应的研究论文进行了回顾和综合分析。分别从应力波、结构的高应变率响应和材料的高应变率响应三个方面就其新进展和新动向作了述评。     

船用加筋板架爆炸载荷下动态响应数值分析

针对船用加筋板架复杂结构在爆炸冲击波作用下的动态响应 ,采用商用高动态非线性有限元程序MSC/Dytran ,讨论了大尺寸加强结构板架迎爆承载问题 ,提出了复杂板架结构爆炸冲击波作用下动态响应的有限元计算方法 ,并进行了模型试验。试验结果与计算结果吻合较好 ,验证了应用程序及计算模型参数的稳定性和可靠性。对加筋板架两种承载形式 (大尺寸加强构件迎爆或背爆设置 )在爆炸冲击波作用下的动态响应 (板架中心挠度和塑性分布 )差异的分析研究表明 ,大尺寸骨架 (纵骨和肋骨 )背向爆炸冲击波设置将分散爆炸冲击波的冲击作用、减小板架变形、增强其抵抗爆炸冲击波冲击的能力 ,使结构偏于安全。     

固支加筋方板的大挠度塑性动力响应

本文详细分析了爆炸载荷作用下固支回筋方板的大挠度塑性动力响应，给出了各种可能的运动模拟以及相应的差别条件，导出了最大残余变形的计算式，与文献［３］的试验结果比较表明，在多数情况下符合良好。     

水下爆炸载荷作用下加筋板的毁伤模式

为研究加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的破坏模式,进行了一系列模型试验。通过对试验结果的分析,将加筋板的毁伤模式总体分为塑性大变形（模式I）、拉伸破坏（模式II）和剪切破坏（模式III）等3大类。又根据载荷强弱和加强筋的相对强度,将每种破坏模式细分为3种子模式。提出了一个量纲一的损伤因子,作为预报毁伤模式的判据。     

水下爆炸载荷作用下加筋板的毁伤模式

利用有限元软件MSC.Dytran研究了不同药量和爆距水下爆炸载荷作用下加筋板结构的毁伤模式,并进行了实验验证。研究了不同参数对毁伤模式的影响,并分析了不同毁伤模式之间的临界载荷值及判别条件。从毁伤模式的角度提出了接触爆炸与非接触爆炸的判别条件。     

刚塑性圆板受水下爆炸载荷时的动力响应

分析了简支刚塑性圆板受水下爆炸载荷时的塑性动力响应。考虑到流固耦合作用,应用Taylor平板理论求水下爆炸压力,用刚塑性法分析了圆板的永久变形场,引入膜力因子考虑了圆板大变形时的膜力效应。计算结果同用ABAQUS程序的计算结果进行了比较,表明不考虑空泡时所得结果较精确。最后考察了流固耦合作用及空泡对结构响应的影响。     

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。     

水下非接触爆炸作用下舱段模型的动态响应

对舱段缩比模型遭受水下爆炸冲击载荷时的动态响应进行了测量与分析。模型是参照水面舰船的典型舱段而设计的,用于评估普通船用钢材料模型的冲击响应。试验工况为远场非接触爆炸,介绍了药包/模型的几何特性,以及用装在舱室内、甲板处和龙骨上的加速度计来测量舱段模型的冲击运动。     

钢质套筒被动围压下混凝土材料的冲击动态力学性能

为了研究混凝土材料在钢质套筒侧限约束下的动态力学性能参数和破坏规律,采用分离式大直径（75 mm）SHPB实验技术,测试了钢质套筒侧限约束下不同混凝土试件在不同载荷作用下轴向或径向的应力、应变峰值,平均应变率,计算了混凝土材料的损伤值,描述了加载破坏现象,对实验结果进行了分析。结果表明:混凝土材料在被动围压下,延性、抗破坏能力得到加强,具有明显的增强效应。被动围压下SHPB实验中混凝土材料的破坏应变为典型SHPB实验中破坏应变的1.8～2.8倍;破坏应力达到150 MPa以上,为静力学无围压条件下的2～5倍。     

受面内冲击载荷下加筋板的非线性动态屈曲

分析了受面内冲击载荷下加筋板的非线性弹性动态屈曲.考虑板与筋的膜力,忽略面内位移,运用Hamilton变分原理,得出非线性控制方程,采用双级数形式的挠度假设,由Galerkin方法得到离散方程组,根据B-R准则,判断加筋板的动态屈曲.     

Contact interaction of two rectangular plates made from different materials with an account of physical nonlinearity

Nonlinear Dynamics - A mathematical model of a contact interaction between two plates made from materials with different elasticity modulus is derived taking into account physical and design...     

一种预测层合板层间剪应力的新后处理方法

层合板是航空航天领域典型的承力构件,过大的层间应力是导致其分层失效的主要原因.准确的层间应力预测往往依赖于三维平衡方程后处理方法(TPM).然而,该方法需要计算面内应力的一阶导,使得基于C0型板理论构造的线性单元无法使用TPM计算横向剪应力.本文在三维平衡方程后处理方法的基础上,提出了一种新后处理方法(NPM).新后处理方法通过虚功等效法消除了三维平衡方程后处理方法中产生的位移参数的高阶导.基于提出的新后处理方法和C0型板理论,仅需使用线性单元就可以预测层合板的横向剪应力.为了验证所提方法的有效性,本文基于修正锯齿理论(RZT)和所提方法构造了一种C0连续的三节点三角形线性板单元.数值算例表明,所提方法和三维平衡方程后处理方法具有相同的计算精度,提出的板单元能够准确高效地预测层合板的横向剪应力.此外,所提方法便于结合现有的有限元商用软件使用,基于商用软件中板壳单元获得的节点位移,使用新后处理方法极易获得准确的层间剪应力.     

流固冲击载荷下弹性约束加筋板的非线性动力响应

本文在考虑大变形、忽略阻尼影响的情况下,基于高散加筋板模型,对具有弹性约束边界的加筋板在流固冲击载荷下的非线性瞬态响应进行了理论研究.取样条函数作为挠度试函数,运用加权残值法求得加筋板动力响应的控制方程,采用四阶Runge-Kutta法求解该方程,并用Fortran语言编制了相应的计算程序.构造的B样条函数能适应板侧边上的任意弹性转动约束.文中不仅分析了不同的冲击载荷形式对加筋板动力特性的影响,还讨论了载荷峰值、冲击栽荷持续时问、加强筋和弹性转动约束的影响.     

Vibration of stiffened annular sector plates using the spline element method

Summary Vibrations of a stiffened annular sector plate with arbitrary boundary conditions are analysed using the spline element method. The plate is idealized as a system of an annular sector plate and curved beams rigidly connected to each other. To demonstrate the accuracy of the present method several examples are solved, and the results are compared with those obtained analytically and by other numerical methods. Good accuracy is obtained. The effect of stiffening beams on the frequencies of stiffened annular sector plates is also investigated.

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Bestimmung der Schwingungen versteifter Kreisringsegment-Platten mit Hilfe der Spline-Element-Methode

Übersicht Die Schwingungen versteifter Sektorplatten werden mittels der Spline-Element-Methode untersucht. Die Platte wird als ein System von Sektorplatte und gebogenen Trägern idealisiert. An Zahlenbeispielen wird gezeigt, daß bezüglich der üblichen analytischen Methode und numerischen Methoden die genaue Lösung erhalten wird. Der Effekt versteifender, gebogener Träger auf die Frequenzen wird untersucht.

     

A dynamic method for measuring the critical loads of elastic flat plates

A dynamic method is described for determining the linear buckling loads of elastic, perfectly flat, rectangular plates. The proposed method does not require the application of in-plane loads; it requires only vibrational excitation of the plate. The buckling load is determined from the measured normal modes of vibration. The method is applicable to isotropic as well as anisotropic plates with any type of edge support. The accuracy of the dynamic method was evaluated by tests in which buckling loads of aluminum and graphite fiber-reinforced-epoxy composite plates were determined both by the dynamic method and by imposing static in-plane loads on the plates. The results of the dynamic and static tests agree closely. A. Segall (on leave from RAFAEL, Israel)     

A micromechanical model for predicting thermal properties and thermo-viscoelastic responses of functionally graded materials

This study introduces a micromechanical model for predicting effective thermo-viscoelastic behaviors of a functionally graded material (FGM). The studied FGM consists of two constituents with varying compositions through the thickness. The microstructure of the FGM is idealized as solid spherical particles spatially distributed in a homogeneous matrix. The mechanical properties of each constituent can vary with temperature and time, while the thermal properties are allowed to change with temperature. The FGM model includes a transition zone where the inclusion and matrix constituents are not well defined. At the transition zone, an interchange between the two constituents as inclusion and matrix takes place such that the maximum inclusion volume contents before and after the transition zone are less than 50%. A micromechanical model is used to determine through-thickness effective thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, and time-dependent compliance/stiffness of the FGM. The material properties at the transition zone are assumed to vary linearly between the two properties at the bounds of the transition zone. The micromechanical model is designed to be compatible with finite element (FE) scheme and used to analyze heat conduction and thermo-viscoelastic responses of FGMs. Available experimental data and analytical solutions in the literature are used to verify the thermo-mechanical properties of FGMs. The effects of time and temperature dependent constituent properties on the overall temperature, stress, and displacement fields in the FGM are also examined.     

Large deformation solution of stiffened plates by a mixed finite element method

In the present paper, a finite element mixed variational functional and the iterative equations of the eccentric orthogonal stiffened plates are developed in accordance with nonlinear elasticity. By using an important technique the coupling coefficients of the two-dimensional coupling matrix are resolved into the known input data in the programming which is a three-dimensional coefficient matrix. The nonlinear equations are transformed into the instantaneous linear equations; and by using the conjugate gradient method the linear equations are solved. As a result, therefore, the calculation is enormously simplified, the precision manifested, and a satisfactory result obtained.     

弹性地基加肋功能梯度板自由振动分析的无网格法

基于一阶剪切变形理论和移动最小二乘近似研究Winkler弹性地基上加肋功能梯度板的固有频率。假设功能梯度板的材料性质沿厚度方向按幂函数连续变化,基于物理中面和移动最小二乘近似分别推导功能梯度板和肋条的动能和势能,再通过引入位移协调条件,建立板和肋条节点参数转换关系,叠加两者的总能量,然后利用Hamilton原理推导加肋功能梯度板自由振动控制方程。采用完全转换法施加边界条件。通过将本文的计算结果与有限元以及文献的结果对比,验证方法的收敛性以及准确性。