含能破片引爆带壳炸药过程的数值模拟

将引爆模拟战斗部等效为带铝壳炸药,设计了一种新型含能破片作为毁伤元,利用非线性有限元LS -DYNA软件对该含能破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟。用“升降法”得到了该“含能破片”对不同盖板厚度带壳炸药的引爆速度,同时与普通破片引爆同规格带壳炸药进行了对比,并进行了实验验证。结果表明,通过控制含能破片的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间,可有效引爆盖板厚度为8~16mm的带铝壳炸药。     

无限弹性土体中洞室在反平面冲击荷载作用下的瞬态响应

为了探讨无限弹性土体内圆柱形洞室在突加反平面冲击荷载作用下的瞬态响应,利用Laplace变换及围道积分逆变换,得到土体位移和应力的一般解析表达式,并给出了数值解。在时域内分析了无限弹性土体内圆柱形孔洞在轴向荷载作用下的动力响应,并将计算结果与采用拉普拉斯数值反变换得到的结果以及静力情况下的结果作了比较。研究结果显示:波到达后,该点土体的应力和位移均瞬间增大,随后慢慢减小,并逐渐趋于静力值;波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度比静力情况的应力衰减慢。     

爆炸压涂制备铜涂层的性能

利用爆炸压涂技术在铜基板上制备了较大面积的铜涂层,详细阐述了爆炸压涂技术的工艺。利用光学显微镜、扫描电镜观察了铜涂层的微观组织结构,涂层的厚度为280μm,用截线法在涂层的显微结构图上测得其孔隙率为约2%,利用显微硬度计测量了涂层的显微硬度h_V0.05=114,还利用能谱分析测量了粉末和涂层中各元素的质量分数,实验前后元素的组成成分基本没有发生变化。爆炸压涂制备的铜涂层具有较好的均匀性和致密性,铜粉末在形成涂层的过程中不会发生氧化现象。     

炸药水中爆炸冲击因子的新型计算方法

针对水中爆炸冲击因子在近场范围内的一些不足,利用水中爆炸冲击波的最大峰值压力与正相冲量的乘积推导了冲击因子的表达式。通过水中爆炸实验,得到了几种典型炸药的冲击波参数及其相似方程。利用该公式计算了水中爆炸冲击因子及其装药指数,并与基于平面波的水下爆炸冲击因子进行了对比。结果表明:冲击因子中的装药指数n＝0.5不仅适合所有以TNT为基本组分的炸药,也适合于RDX、HMX基的炸药。在修正冲击波形状的基础上,由峰值压力与冲量的乘积推导的冲击因子计算公式,从冲击波的毁伤作用的角度表述了水中爆炸冲击因子的物理意义,在计算近场冲击因子时具有更高的准确性。     

梯度多孔材料单轴压缩弹塑性变形的宏微观数值分析

针对闭孔的密度梯度多孔材料,建立含球形孔洞的三维数值分析模型,研究其单轴压缩力学行为。首先,研究密度梯度对多孔材料宏观力学行为(如弹性模量和屈服强度)的影响;其次,研究密度梯度与材料局部力学性能的关系,得到了沿梯度方向弹性模量和屈服强度的分布规律;最后,讨论梯度多孔材料单轴压缩变形局部化机制。结果表明:当梯度材料与均质材料的总体相对密度相同时,梯度材料的宏观弹性模量和屈服强度均低于均质材料水平,其宏观应力-应变关系曲线降低;梯度多孔材料沿梯度方向的力学性能发生急剧变化,等效弹性模量沿梯度方向呈线性分布,屈服强度呈非线性曲线分布,导致沿梯度方向应力、应变呈现高度的不均匀性;多孔材料的变形局部化产生于孔隙率较大的薄弱位置,再逐渐向孔隙率较小的位置发展。由此可知,孔隙率的梯度变化影响多孔材料的力学性能,通过改变孔隙率的分布可实现材料预期的力学性质。     

基于应力及能量条件的岩芯饼化机理研究

为研究煤矿中岩芯饼化现象的产生机理,结合开滦矿区赵各庄矿地应力测量过程中的岩芯饼化现象,构建了力学模型;基于拉应力条件和能量理论分别给出了煤矿中饼化现象产生的判据,并结合地应力实测结果,采用理论计算和数值模拟方法对饼化判据进行了验证。研究结果表明:利用空心包体地应力测定方法测定地应力时,岩芯顶部所受摩擦力逐渐减小,在被应力解除的岩芯根部合成出一个指向顶部方向逐渐增大的拉应力,当该拉应力大于岩芯本身抗拉强度时,会出现饼化现象,随着套筒的继续解除,此过程将重复地发生下去;从能量角度来判断,赵各庄矿岩芯饼化现象属于岩芯积聚弹性能的周期性释放,当岩芯集聚的弹性能大于生成饼化岩芯所需能量时,即具备了饼化发生的能量条件,其发生次数由弹性余能来控制,表现为套筒平均每钻进22.1 mm,岩芯将生成一段岩饼。理论验证结果表明,力学模型中岩芯集聚的弹性能足以支持饼化现象发生24次,饼化岩芯的平均厚度为20.8 mm,与实际观测结果基本相符;模拟验证结果表明,套筒每钻进20 mm时,在被应力解除的岩芯根部形成饼状破裂,破裂过程随着套筒的持续钻进而重复发生。     

铜丝电爆炸的光谱分析

通过搭建脉冲成形网络放电模块和光谱测试系统,利用Andor SR750光谱仪测量了铜丝电爆炸等离子体在400~500nm范围内的发射光谱。根据热力学平衡理论,采用双谱线相对强度法计算了等离子体的激发温度,并研究了激发温度随时间变化的特性。研究结果表明,铜丝电爆炸产生的稳态等离子体的激发温度约为5 400K。在脉冲放电前期,激发温度变化较大;在放电后期,激发温度较稳定;整个脉冲时间内激发温度差约达800K。     

一种基于颗粒接触的二维无网格方法及其在高速冲击模拟中的应用

为解决基于连续介质力学的离散元方法(CDEM)在高速冲击模拟中因网格畸变导致的系统能量发散问题,提出了一种基于颗粒接触的二维无网格方法(PCMM)。该方法基于颗粒间复杂丰富的接触信息构建三角形单元,通过接触对的演化更新实现旧单元(满足删除条件的单元)的删除及新单元(满足创建条件的单元)的重建,通过在单元内引入流体弹塑性模型实现高速冲击问题的模拟。给出了三角形单元创建的3个必备条件:组成单元的3个颗粒必须彼此接触,任意一个内角必须在30°~150°之间,任意一条边长必须大于平均半径的0.5倍。弹性杆撞击、泰勒杆、碎片云、子弹入射靶板等算例的结果表明了PCMM方法在模拟高速冲击问题方面的正确性及合理性。     

蜂窝夹层板撞击极限方程预测能力的提升

蜂窝夹层板撞击极限方程是空间碎片撞击航天器风险评估的关键技术,目前描述其预测能力的指标主要有总体、安全预测正确率和绝对、相对误差。基于131个蜂窝夹层板的实验数据,分别描述各个预测指标在方程系数空间的变化特征,并采用层次化思路进行方程预测指标提升的探讨。结果发现,进行方程优化时,预测概率型指标可精确优化,而预测误差型指标可快速优化;总体预测正确率作为首要预测指标可优先用于研究航天器的在轨防护特性,而安全预测正确率作为首要指标则可优先用于其设计安全性。     

高温下轻质泡沫铝动态力学性能实验

对传统的分离式Hopkinson压杆装置加以改进,设计了一种长杆直接撞击Hopkinson杆的实验方案,检测出低波阻抗材料在高温动态加载下的应力均匀性。对轻质泡沫铝材料的实验表明,在同一撞击速度下,温度越高,试件两端的应力均匀性越差,增加温度与提高撞击速度均会导致泡沫铝材料冲击端与支撑端的应力不均匀性。根据高温下应力均匀性的实验结果,确定高温下试件均匀变形对应的冲击速度,再通过传统的分离式Hopkinson压杆实验得出泡沫铝在高温动态下的力学性能。