湿式发射对同心筒瞬态热冲击的影响机理

针对路基同心筒自力发射整体热环境恶劣的问题,依托弹性变形和域动分层相结合的动网格技术,基于均质多相流理论并耦合液态水专用汽化求解程序,建立在发射筒底部注水的三维气液两相流体动力学模型;以火箭发动机自由射流注水实验为基础,验证汽化程序三维计算的可靠性与有效性;通过瞬态数值计算,讨论筒底注水角度对导弹、内外筒热环境和导弹载荷特性的影响规律。分析表明:发射筒内发生了显著的汽化反应;导弹及发射系统总体热环境得到了显著改善,实现了发射系统持续降温的目的;在筒底注水后,弹底的附加推力及火箭发动机的推力有一定增加,随着注水量的减少,注水对导弹载荷的影响越来越弱。     

筒口气幕环境下的导弹出筒姿态数值仿真

针对潜艇带速潜射时导弹垂直发射出筒过程的力学环境,在发射筒口加载气幕保护装置来降低导弹出筒时的横向流影响,以保证导弹出筒姿态的稳定。本文基于气幕环境及动量、动量矩定理建立了导弹水下垂直发射出筒过程的动力学模型并进行了仿真计算,分别分析了10m/s、12m/s 两种出筒速度下有无气幕保护对弹体发射出筒姿态的影响。结果表明：在有无气幕两种工况下,导弹的出筒姿态参数值均随着出筒速度的增加而减小,弹体出筒均伴随着较大的振荡过程;气幕对出筒姿态影响明显,尤其当出筒速度为12m/s时,有气幕工况下的出筒姿态参数值平均减小了61.9%。本文研究结果可应用于相关系统方案的设计论证及弹体运动、发射的安全性评估。     

轴对称自由振动功能梯度材料微圆板中的热弹性阻尼

基于经典弹性薄板理论和单向耦合热传导理论,研究了材料性质沿厚度连续变化的功能梯度微圆板的热弹性阻尼特性．首先,考虑热力耦合效应,建立了功能梯度微圆板轴对称横向自由振动微分方程．然后,忽略温度梯度在面内的变化,建立了单向耦合变系数一维热传导方程．采用分层均匀化近似方法,将变系数热传导方程转化为一系列常系数的微分方程,利用上下表面的热边界条件和层间连续性条件获得了微圆板温度场解析解．将所得温度场代入微圆板的自由振动微分方程,得到了包含热弹性阻尼的复频率,从而获得了反映热弹性阻尼水平的逆品质因子．最后,针对材料性质沿板厚按幂函数变化的陶瓷-金属功能梯度微圆板,定量地分析材料梯度指数、几何尺寸、边界条件、温度环境等对微圆板热弹性阻尼的影响．     

基于神经网络的车辆抗冲击防护组件优化

随着军用车辆防护要求的不断提高,抗冲击防护组件设计面临越来越多的挑战。为了提供一种高效科学的研究方法,本文中采用V型结构,并应用径向基函数神经网络近似模型和多目标遗传算法对某型车防护组件进行优化设计。以防护组件变形量与总体质量最小为设计目标,利用灵敏度分析筛选出对防护组件防护性能影响较大的设计因子。以径向基函数神经网络构建实验设计样本的近似模型,然后用多目标遗传算法进行数值优化获得防护组件最优方案。最后通过仿真与实验验证,证明优化方案满足设计要求。研究结果可为今后防护组件开发提供设计思路。     

含半椭圆型表面缺陷陶瓷材料的热冲击阻力分析

本文研究一个有半椭圆型表面缺陷的陶瓷材料板的热冲击阻力问题.通过多项式形式的应力和几何形状因子得到半椭圆型表面裂纹尖端的热应力强度因子.以蓝宝石陶瓷板为例,基于最大应力准则和断裂韧性准则分析其热冲击阻力行为,并由这两个准则得到其强度计算中真实的热冲击阻力曲线.     

自适应底座附加冲击载荷的积分表达和影响因子

为研究附加冲击载荷的解析方法和影响因子,推导了附加冲击载荷的积分表达式,获得了影响附加冲击载荷的3个主要参数;建立底座的数值模型,并通过实验验证了数值模型建立方法的正确性。在数值模型基础上,结合MISO(multiple-input, single-output)多元广义多项式神经网络方法,建立了底座力学特性数学模型,对附加冲击载荷的影响因子进行智能决策分析。分析结果表明:对于附加冲击载荷的影响因子由高到低排序为帘线模量、截面面积、帘线间距,且当相应参数的变化导致附加冲击载荷增大时,该参数对附加冲击载荷的影响因子逐渐减小。     

热冲击作用下非均质圆筒的广义热弹性分析

基于L-S广义热弹性理论,研究了非均质圆筒在热冲击作用下的广义热弹性问题。利用状态空间技术和有限差分格式,获得了材料性质沿径向任意梯度变化圆筒的一维广义热弹性解。通过算例分析,给出了延迟效应和耦合效应以及材料的梯度形式对圆筒内的温度和应力沿径向分布和随时间变化的影响。分析表明:延迟效应可反映热波以有限速度传播,波前形成巨大的温度梯度,并与弹性波相互作用引起尖峰应力;耦合效应在最初阶段或耦合系数较小时对温度传播影响较小,但会削弱尖峰应力的峰值;改变材料梯度可有效降低热冲击对圆筒内应力的影响。     

气泡弹性对同心筒水下发射影响研究

潜射导弹自同心简装置发射过程中在筒口处会形成燃气泡,由于气泡在水下的弹性效应,水气耦合作用导致气泡周期性地膨胀压缩,会对导弹弹道参数、受载特性产生一定影响.以CFD为技术手段,建立了导弹水下发射动态仿真模型,通过数值模拟获得了发射过程中多相流场、导弹弹道参数及受力的时间历程曲线,分析了气体弹性效应对参数变化的影响;并针对发射深度及其发射艇速对气泡弹性效应的影响进行了仿真分析,给出了其影响规律.仿真方法和结果对工程研究有一定参考价值.     

径向弹性约束下功能梯度圆板的热过屈曲

研究了周边具有面内径向弹性约束功能梯度圆板在横向非均匀升温下的热过屈曲行为.基于von Karman薄板理论,推导出了横向非均匀加热功能梯度圆板在径向弹性约束作用下的位移形式的轴对称热过屈曲控制方程.假设功能梯度材料性质沿厚度方向按幂函数连续变化,采用打靶法求解得到非线性常微分方程边值问题,获得了周边简支和夹紧条件下功能梯度圆板的热过屈曲响应.定量分析了径向弹性约束对圆板的临界屈曲温度载荷以及热过屈曲变形的影响,给出了不同弹性约束刚度功能梯度圆板的热过屈曲平衡路径和平衡构形.数值结果表明,径向弹性约束对圆板的热过屈曲平衡路径的影响显著,随着约束刚度的减小,临界屈曲温度载荷增大.     

动载荷作用下中介轴承的非线性热行为研究

中介轴承作为双转子系统高低压转子重要的支承部件,其内圈和外圈均随着低压转子和高压转子高速旋转, 其传热问题更加突出.本文研究中介轴承在非线性动载荷作用下的非线性热行为.基于双转子系统动力学响应定义中介轴承动载荷,考虑中介轴承的径向游隙、分数指数非线性和参数激励等非线性因素,中介轴承动载荷会出现跳跃和双稳态等非线性行为. 考虑润滑剂的黏温关系,根据Palmgren经验公式建立动载荷作用下中介轴承的热传递模型,通过数值求解得到中介轴承稳态温度,发现动载荷的非线性行为导致中介轴承温度出现跳跃和双稳态等非线性热行为.分析转速比、偏心距、中介轴承径向游隙、Hertz接触刚度和滚子数目对中介轴承温度及非线性热行为的影响,表明偏心距、径向游隙和刚度只影响非线性热行为,而转速比和滚子数目对两者都有重要影响. 本文研究表明,动载荷相较于静载荷更适合描述中介轴承的实际载荷,由于双转子系统具有非线性振动特性, 中介轴承的热行为也表现出复杂的非线性行为.      

浮动冲击平台横向冲击谱受外形结构的影响

基于ABAQUS软件中的声固耦合法,采用设备、平台一体化分析方法,展开对中型浮动冲击平台的研究,探讨平台外形结构形式对平台冲击环境的影响,并提出了提高平台横向冲击谱谱值的设计方案。首先对外形结构进行初步设计,分析其对平台冲击谱的影响,并找到决定影响程度的关键因素。然后针对结构进行优化,使其更大幅度的提高平台冲击谱谱值。计算表明:在平台外部下方加装挡板结构不会明显影响平台垂向冲击谱,但可以提高平台横向冲击谱;舷侧底端向下延伸加装竖直挡板由于受到冲击波绕射和阻力的影响,增加横向谱值的效果不是很明显;平台底部流线型挡板可以有效增加平台对爆炸载荷的接收效果,同时可以尽量减小阻力影响,从而明显提高平台横向冲击谱谱值。     

Magneto–thermo–electro–elastic transient response in a piezoelectric hollow cylinder subjected to complex loadings

The article presents an analytical solution for magneto–thermo–electro–elastic problems of a piezoelectric hollow cylinder placed in an axial magnetic field subjected to arbitrary thermal shock, mechanical load and transient electric excitation. Using an interpolation method solves the Volterra integral equation of the second kind caused by interaction among magnetic, thermal, electric and mechanical fields, the electric displacement is determined. Thus, the exact expressions for the transient responses of displacement, stresses, electric displacement, electric potential and perturbation of the magnetic field vector in the piezoelectric hollow cylinder are obtained by means of Hankel transforms, Laplace transforms, and inverse Laplace transforms. From sample numerical calculations, it is seen that the present method is suitable for a piezoelectric hollow cylinder subjected to arbitrary thermal shock, mechanical load and transient electric excitation, and the result carried out may be used as a reference to solve other transient coupled problems of magneto–thermo–electro–elasticity.     

圆筒装置内爆炸压力载荷特性实验研究

为了研究密闭环境压力载荷波形特征和分布规律,开展了长径比2∶1圆筒装置的TNT装药内爆炸实验,获取了圆筒壁面、端盖板表面的压力载荷数据,结合仿真计算结果,研究了圆筒壁面、端盖板上压力载荷波形特征和形成机理,建立了压力载荷峰值的表征模型,并开展了模型验证。结果表明,圆筒壁面与盖板压力载荷波形不完全相同,壁面压力载荷按照爆心距由近到远,从显著的单波峰向多峰值变化,在近场区域压力载荷衰减特性与一定炸高自由地面冲击波类似;盖板上压力载荷呈多波峰特点,中心区域压力载荷最大峰值大于首峰值的3倍,角隅区域大于首峰值6倍;圆筒壁面上的压力载荷最大峰呈现凹型分布规律。该研究结果可为密闭环境内爆载荷的特性分析和结构毁伤评估提供参考。     

Transient thermal elastic fracture of a piezoelectric cylinder specimen

A finite piezoelectric cylinder with an embedded penny-shaped crack is investigated for a thermal shock load on the outer surface of the cylinder. The theory of linear electro-elasticity is applied to solve the transient temperature field and the associated thermal stresses and electrical displacements without crack. These thermal stresses and electrical displacements are added to the surfaces of the crack to form an electromechanical coupling and mixed mode boundary-value problem. The electrically permeable crack face boundary condition assumption is used, and the thermal stress intensity factor and electrical displacement intensity factor at the crack border are evaluated. The thermal shock resistance of the piezoelectric cylinder is evaluated for the analysis of piezoelectric material failure in practical engineering applications.     

Attenuation of shock waves propagating over arrayed baffle plates

The paper reports results of shock tube experiments of the attenuation of shock waves propagating over arrayed baffle plates, which is motivated to simulate shock wave attenuation created accidentally at the acoustic delay line in synchrotron radiation factory upon the rupture of a metal membrane separating the acceleration ring at high vacuum and atmospheric test chambers. Experiments were carried out, by using double exposure holographic interferometry with double path arrangement, in a 100 mm×180 mm shock tube equipped with a test section of 180 mm×1100 mm view field. Two baffle plate arrangements were tested: Oblique and staggered baffle plates; and vertical symmetric ones. Pressures were measured along the shock tube sidewall at individual compartments for shock Mach numbers ranging from 1.2 to 3.0 in air. The results were compared with a numerical simulation. The rate of shock attenuation over these baffle plates was compared for vertical and oblique baffle plates. Shock wave attenuation is more pronounced in the oblique baffle plate arrangements than in the vertical ones. PACS 47.40.Nm; 42.40.Kw Communicated by C. Needham     

Crack spacing effect for a piezoelectric cylinder under electro-mechanical loading or transient heating

This paper investigates the fracture problem of a piezoelectric cylinder with a periodic array of embedded circular cracks. An electro-mechanical fracture mechanics model is established first. The model is further used to the thermal fracture analysis of a piezoelectric cylinder subjected to a sudden heating on its outer surface. The temperature field and the associated thermal stresses and electric displacements are obtained and are added to the crack surface to form a mixed-mode boundary value problem for the electro-mechanical coupling fracture. The stress and stress intensities are investigated for the effect of crack spacing. Strength evaluation of piezoelectric materials under the transient thermal environment is made and thermal shock resistance of the medium is given.     

冲击波作用下LY12铝合金结构毁伤的数值模拟

针对冲击波作用下的结构毁伤判据问题,利用LS-DYNA软件,对LY12铝合金平板结构的损伤过 程进行了数值模拟。讨论了冲击波超压、正压作用时间、材料屈服强度和结构自振频率等因素对结构破坏的 影响规律,提出了一个以超压为函数,以正压作用时间、材料屈服强度和结构自振频率为参量的破坏判据,与 实验结果比较,该判据吻合程度较高。     

Transient temperature fields in functionally graded materials with different shapes under convective boundary conditions

This paper presents analyses of the transient temperature fields in an infinite plate, an infinite solid cylinder and a solid sphere made of functionally graded materials (FGMs) under convective boundary conditions. The composition and the thermo-physical properties of the infinite FGM plate, the infinite FGM solid cylinder and the FGM solid sphere are of planar symmetric, axially symmetric and spherically symmetric distributions, respectively. The analytical formulae of the one-dimensional transient temperature fields for the three FGM solids are obtained respectively by using the separation-of-variables method and the variable substitution method. Numerical results reveal that the transient temperature fields of the FGM components exhibit similar shape effect to that of homogeneous components. The present work provides valuable basis for the investigation of the thermal shock resistance of FGMs with various shapes.     

鸟撞击叶片时载荷因素的数值模拟分析

鸟与叶片的撞击过程是一个复杂的加载过程。为了将其简化,以建立一个简单且合理的鸟撞击载荷模型,需要分析鸟撞击载荷的各种因素对叶片响应的影响。本文通过计算机数值模拟进行上述工作。以矩形悬臂板模拟实际叶片,以冲击载荷模拟鸟撞击载荷,采用有限元法计算悬臂板在冲击载荷下的非线性瞬态响应。从鸟撞击载荷的冲量、时间因索、空间因素三个方面分析了冲量、加载持续时间、力-时间函数、初始冲击压力、加载位置、载荷的空间分布以及载荷类型等七种因素对叶片响应的影响。本文得出的结论为合理简化鸟撞击加载过程及建立鸟撞击载荷模型提供了参考与依据。