金属切削过程的三维数值仿真

近年来国内外对金属切削工艺的有限元模拟的研究已有较多的研究报道，但是这些研究大多局限于二维模型，在三维切削过程的数值模拟方面有待于进一步深入研究。在实际切削过程中，工件和刀刃都具有三维几何形状；它们的相对移动也不总是正交的；因此切削是在三维状态下形成的。利用动态显示积分有限元程序，建立率相关的热弹塑性模型模拟材料在高温区的热、力学行为；采用侵蚀接触算法描述刀具与工件以及刀具与切屑之间的相互作用；同时利用单元删除法实现切屑的分离与破坏，从而实现了金属块体切削过程的三维数值仿真。     

高温SHPB实验技术及其应用

介绍了高温分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验方法,建立了一套高温SHPB实验系统,利用该系统研究了温度对某种抗氢钢动态压缩力学性能的影响,实验温度最高达到1000 ℃,应变率为500～1000 s-1。仅对试件进行加温,并利用一套气动装置在加载前快速完成系统的组装,以尽量减小试件中温度分布的不均匀性。研究结果表明:该气动装置可以将加载前杆端与试件的完全接触时间控制在500 ms内;该抗氢钢的温度软化效应很明显,且温度敏感性随温度升高而下降。     

激光辐照下充内压柱壳动态爆裂的数值模拟

采用动力有限元显式积分程序,对承受内压、在侧面受到激光辐照的圆柱壳的热 力学响应进行了数值模拟,展现了圆柱壳热软化、鼓包和爆裂的动态失效过程。获得的柱壳失效方式与实验现象基本吻合;还给出了不同内压作用下柱壳的破坏时间,获得一些定性的认识。     

脉冲激光诱导的薄片反冲塞破坏分析

 基于空间轴对称热弹性理论和最大剪应力强度理论，建立了脉冲激光辐照下薄片发生反冲塞破坏的一个理论模型，导出了薄片反冲塞的激光功率密度阈值条件。以空间均匀分布的ms级脉冲激光辐照铜薄片为例进行了理论计算和数值模拟，给出了激光功率密度阈值随薄片厚度线性增加的关系，得到了与文献中相应实验结果基本一致的薄片反冲塞破坏的激光功率密度阈值数据。     

一种高温SHPB实验技术中的温度场分析

近年来发展了一种单独对试件加温的高温SHPB技术,即首先对试件单独加热,然后在短时内完成导杆和试件的组装,随即进行实验.本文针对使用这一实验技术的ψ5mm、ψ22mm的SHPB试验系统,对室温的导杆和高温的试件间的短时界面热传导进行了数值模拟,得到了实验过程中导杆和试件的温度场变化.综合导杆中的温升以及试件中的温差两方面的原因,本文分析认为,在研究材料高温动态力学性能方面,小杆更具优势.     

横向撞击下短梁的剪切破坏研究

应用实验和数值模拟手段研究了 2 0 # 钢梁在横向撞击下的双剪破坏问题。实验中通过测量加速度 ,分析了梁破坏需要吸收的能量 ;数值分析中采用Cauchy应力对数应变Cowper Symonds过应力本构方程模拟材料率相关行为 ,累积塑性应变破坏准则与单元死活技术结合模拟材料弱化行为 ,数值分析给出的结构破坏吸收能量与实验结果基本吻合 ,由计算得到的剪切塑性铰长度与S .B .Menkes等的实验结果基本一致。     

Ti-6Al-4V弹体破坏模式对冲击反应的影响研究

Ti-6Al-4V材料是武器结构轻量化时的重要替代材料，其冲击反应将可能增加战斗部毁伤威力，但目前缺乏对其冲击反应条件及反应机理的研究。本文将采用试验与理论分析方法，研究结构破坏模式对Ti-6Al-4V材料冲击反应的影响，获得其冲击反应条件及反应机理。设计并开展了钛合金弹（头部与壳体均为钛合金）与复合弹（头部碳/碳复合材料、壳体空心钛合金圆柱）正侵彻混凝土试验，撞击速度在222~1008 m/s之间。钛合金弹激发了剧烈的氧化冲击反应，但复合弹未产生冲击反应。破坏模式宏细观分析显示，钛合金弹侵彻后宏观结构基本完整，仅表面发生摩擦磨损，以细观组织剪切变形为主要失效模式，形成尺寸在微米量级至百微米量级的颗粒碎片，碎片个数可高达3×106。复合弹的钛合金空心圆柱被撕裂成块，撕裂面沿剪切带方向发展，碎块尺寸在毫米或以上量级，个数至多百余个。碎片供氧和供热的效率均与碎片尺寸成反比，而特定供氧与供热条件下，碎片尺寸足够小是Ti-6Al-4V材料发生冲击反应的必要条件，这是钛合金弹发生冲击反应而钛合金空心圆柱无法激发冲击反应的本质原因。在具备冲击反应必要条件的前提下，碎片个数越多，冲击反应烈度越高。     

SHPB系统高温实验自动组装技术

在进行SHPB系统高温实验时,波导杆常常与试件被同时加温,从而在波导杆中产生温度梯度。为了消除波导杆中温度梯度的影响,有研究人员利用传热学原理来对测量波形进行修正。本文利用一套自动组装装置,实验前对试件加热并自动保温,波导杆则置于加热炉外,实验时进行瞬态组装,由此避免了导杆温度梯度对波形的影响。本文介绍了自动组装原理和过程,比较了在200℃时导杆和试件同时加热,与采用自动组装所产生的透射波形的差异。同时应用ABQUS进行了接触热传导分析,比较了“冷接触时间”在40ms～500ms时试件上的温度分布,计算结果表明:自动组装条件下“冷接触时间”在400ms以内,试件温度不均匀可控制在10%以内。     

结构变形对深侵彻弹体偏转的影响

钻地弹是打击地下工事的利器，弹道偏转是降低钻地弹侵彻效率的重要原因之一，弹道偏转的本质原因是弹体偏转，亟需快速且精确地预测多侵彻姿态下弹体的侵深与偏转角度。基于微分面力法，将计及有限大靶所有自由面影响的靶体响应力函数加载在弹体表面，快速模拟了弹体的运动和变形。靶体响应力函数和数值计算模型通过了试验校核。利用刚性弹与可变形弹的运动和变形的对比，剥离并分析了结构变形对弹体偏转的影响。分析显示，结构变形是可变形弹偏转的驱动源之一，其可改变弹体外力矩，并影响弹体瞬时偏转速度。相同条件下，可变形弹偏转角度大于刚性弹。随着弹体长径比减小、着靶速度降低及侵彻斜角增大，刚性弹偏转角度增大；而随着弹体长径比增大、侵彻斜角增大及弹体壁厚减小，可变形弹偏转角度增大。着靶速度对可变形弹偏转角度的影响不单调。当着靶速度不高于800 m/s、侵彻斜角不小于20°时，着靶速度越高、侵彻斜角越大、弹体长径比越大、壁厚越小，则结构变形对弹体偏转的贡献越大。为此，建议选择可变形弹分析非理想侵彻弹体的运动和变形，以提高分析精度与合理性。