不同应变率下冰破坏特性的试验研究

为研究寒区流冰对水工/船舶结构的影响,需要获得不同流速冰载荷的特征,准静态下不同应变率条件下冰材料变形至破坏的特征就成为一项重要的基础性问题。为此,开展了低温环境应变率10-2s-1至10-4s-1下淡水冰的单轴压缩试验。试验发现:随着应变率减小,极限应力由18.51MPa降低至8.44MPa,达到极限应力后,试件承载能力由瞬间消失变为逐渐降低至稳态,试件破坏形貌由劈裂转变为周向膨胀,即由脆性转变为韧性破坏,转变应变率约为10-3s-1;在双对数坐标系中,单轴压缩强度随应变率的增加近似呈线性增大。通过对应力-应变曲线进行积分,给出了不同破坏形式下冰变形至破坏的临界应变能密度,发现脆/韧转变状态下加载至破坏所需能量最大,该能量特征主要由冰中微裂纹的萌生、断面摩擦、再结晶引起。     

高应变率下纯水冰和杂质冰的动态力学行为

通过采用大热惯性试件快速加载技术和波形整形技术，对3种冰材料在?18 ℃下的动态压缩性能进行测试，实验中试件达到了应力均衡和近似恒应变率加载等条件。通过实验波形对比分析，解释了反射波和透射波中的“双峰现象”。在700～2 700 s?1的应变率范围内，纯冰试件的压缩强度为14.5～49.3 MPa，相比于准静态结果表现出明显的动态增强效应。含有杂质的冰试件总体峰值应力相比于纯水冰试件有较大提升，而峰值应力对应的平均应变在减小，这表明添加了杂质的冰试件动态模量增大，冰材料变得更硬，其抵抗变形的能力更强。b型试件所表现出的强度（41.3～51.6 MPa）较a、c型试件均有提高并且分散性较小，说明该试件中杂质与冰晶体之间的结合力较强，抑制了微裂纹的萌生、扩展、成核等过程。     

飞机目标在爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估方法

从飞机结构强度设计角度出发,研究了大当量爆炸冲击波作用下飞机目标毁伤效应评估方法。根据飞机结构强度设计准则,确定了典型飞机目标的失效判据。通过有限元分析,获得了典型飞机目标机翼在均布冲击波作用下完全失效的超压值,与试验数据对比表明,该方法具有较好的合理性。在此基础上,考虑动态加载下的结构响应,通过计算不同工况下飞机目标失效的超压值和相应的持续时间,获得了飞机失效的冲击波超压-冲量准则,为后继冲击波对飞机整体毁伤效应评估提供了更为合理的方法。     

超细晶D6A钢动态拉伸力学特性实验研究

为了推进超细晶D6A钢在半穿甲战斗部壳体上的应用,研究了动态加载下其宏观力学行为和细观变形机理。运用旋转盘式Hopkinson拉杆技术,开展了超细晶D6A低合金钢（平均晶粒尺寸为510 nm）的动态拉伸实验,获得了不同应变率（500～1000 s?1）下超细晶钢的应力-应变曲线。运用TEM观测微观形貌,从细观层次研究了高应变率拉伸作用下超细晶钢的动态力学特性。结果表明,超细晶D6A钢具有较高的动态拉伸强度和良好的延展性。并且,晶粒细化和纳米析出相（渗碳体）是超细晶钢同时拥有高强度和较好韧性的重要因素;在动态拉伸过程中析出的大量纳米级渗碳体,与高密度晶界共同作用限制了位错运动,从而产生额外的塑性变形抗力,有效提升了超细晶钢的强度;在塑性变形阶段超细晶钢出现的明显应力下降现象,是可动位错密度增高的结果。     

钢筋混凝土结构改进型分离式数值模型

提出一种考虑粘结滑移效应的钢筋混凝土改进型分离式数值模型。在混合物理论基础上,该模型兼顾混凝土基体和钢筋的力学行为,且基于钢筋混凝土界面粘结滑移模型,获得了钢筋等效模型。改进型分离式数值模型由于对钢筋及其界面无显式离散要求,使得钢筋的运用完全独立于其几何形状,同时对混凝土网格没有约束,并且不增加计算成本,因此该模型可适用于钢筋混凝土宏观结构层面分析。通过钢筋混凝土构件-结构的爆炸实验,对改进型分离式数值模型进行层次化验证。对比结果表明,考虑粘结滑移效应的有限元模型能够更好地预测钢筋混凝土结构的宏观力学行为。     

单输入单输出系统故障检测中匹配混沌激励的设计

针对单输入单输出系统故障检测定义了混沌激励与被测系统匹配的概念,建立了混沌激励与被测系统匹配的标准,提出了调整混沌激励与被测系统匹配的方法.利用改进的预测误差实现了对单输入单输出系统的故障检测.仿真结果表明,匹配混沌激励能够对被测系统故障进行有效检测,而不匹配混沌激励对被测系统进行故障检测时存在不确定性.     

层状结构冰球的高速撞击特性实验

为研究冰雹在不同撞击速度下的破碎特性及致损能力，通过空气炮加载技术，开展了单一性状冰球和层状结构冰球高速撞击刚性靶实验，利用测力杆记录了两种类型冰球在不同撞击速度下的撞击力时程曲线，并结合高速摄影技术研究了两类冰球的高速撞击破碎特性。实验结果表明:两类冰球高速撞击刚性靶的宏观破碎特性相似，在碰撞初始阶段冰球已完全破碎，形成微颗粒团簇体，反向溅射角呈随撞击动能增大而增大的趋势；与单一性状冰球撞击力曲线相比，层状结构冰球撞击力曲线中出现二次上升信号，推测是由于破碎界面在层间界面发生偏折，小球未完全破碎再次撞击测力杆所导致；高速撞击下层状结构冰球的撞击力高于单一性状冰球，推测是由于层间结构的存在延缓了冰球的破碎进程，提升了其在冲击方向传递动量的能力，进而产生了更高的撞击力。研究结果有助于深化对冰雹在高速撞击下的破坏力学行为的认识，同时可为飞行器结构防护、冰雹撞击安全设计研究等提供参考。     

砌体结构长脉宽爆炸荷载损伤等级评估方法

随着百千吨级当量爆炸工业事故的频繁发生,建筑结构的损伤评估和抗爆安全性更受到关注。目前,构件级的评估方法相对成熟,而大当量冲击波作用下的建筑结构整体毁伤评估依旧是个开放性问题。本文中,面向结构级的毁伤评估,提出了一种新的评估方法?构件损伤加权。该方法以承重构件损伤程度为基础,通过基于应变能的构件权系数加权,进而评估结构级损伤破坏程度。为了验证评估方法的有效性,以典型砌体结构为例,利用自主研发的冲击波结构毁伤模拟有限元程序,开展了百毫秒脉宽爆炸冲击波荷载下结构动力学响应数值模拟。根据数值模拟结果,结合构件损伤加权的评估方法,获取砌体结构损伤等级与冲击波超压的关系。预测的超压值的相对误差为?16.9%～26.2%,验证了评估方法的有效性。该评估方法为获取砌体结构的超压-冲量曲线提供了可行的途径,可为结构的抗爆安全设计提供参考。     

椭圆截面弹体斜侵彻金属靶体弹道研究

为研究椭圆截面弹体对半无限金属靶体的侵彻弹道规律,基于14.5 mm弹道枪平台,开展了椭圆截面弹体在0°～20°倾角、850～950 m/s撞击速度下对2A12铝合金的斜侵彻试验。基于空腔膨胀理论及局部相互作用模型,建立了椭圆截面弹体侵彻弹道模型,并结合试验数据验证了模型的准确性。在此基础上,进一步分析了椭圆截面弹体长短轴之比、绕弹轴旋转角度、弹体撞击速度对侵彻弹道的影响规律。弹体长短轴之比为1.0时,弹体退化为尖卵形圆截面弹体,且椭圆截面弹体侵彻弹道稳定性随长短轴之比的增大而变弱,最优长短轴之比为1.0,即尖卵形圆截面弹体。椭圆截面弹体绕弹轴旋转一定角度后,侵彻弹道在平面曲线与空间曲线之间变化,当旋转角度为0°、90°时,侵彻弹道为二维平面弹道,当旋转角度在0°～90°之间时,侵彻弹道为三维空间弹道。当弹体撞击速度由800 m/s提升至1000 m/s时,椭圆截面弹体姿态角增量由18.6°降至17.8°。     

大质量钨合金动能块高速侵彻超高强度钢靶作用特性

为研究超高强度钢靶抗大质量钨合金动能块的侵彻性能及破坏特性，基于弹道炮开展了215 g圆柱形钨合金动能块高速侵彻半无限超高强度G50钢靶和低强度45钢靶试验，获得了不同速度侵彻下两种钢靶的侵彻深度和成坑体积。试验表明，不同于低强度钢靶的近似圆柱体成坑特性，钨合金动能块侵彻超高强度钢靶时，在靶板内形成了类锥形弹坑，成坑侧面和坑底均有拉伸崩落裂纹；分析了超高强度钢靶的侵彻破坏特性，指出侵彻过程中钨合金动能块局部破碎引起靶板内的卸载拉伸剥落和动能块的侵彻锐化行为联合导致了类锥体弹坑的形成。通过数值模拟验证了超高强度钢靶的高速侵彻破坏机制。