组合式隔热陶瓷短杆高温SHPB实验技术

讨论和分析了当前高温分离式霍普金森压杆(SHPB)实验技术,为了获得材料在高温下可靠的动态力学性能,建立了一套在压杆和试件之间添加隔热陶瓷短杆的高温SHPB实验系统。相比于传统接触式高温SHPB方案,该系统可以使用在更高的冲击载荷和温度下,与机械对杆方案相比,实验装置及其控制要简便许多。结合有限元模拟,对陶瓷短杆及温度场对压杆中应力波传播的影响进行了相应的评估,并利用这套实验系统得到了800℃下HR2抗氢钢的动态压缩应力-应变曲线。     

绝热剪切变形中温升现象的研究进展

材料温度升高是绝热剪切现象的重要特征,研究绝热剪切中的温升对于深入了解绝热剪切失效的形成机制和演化历程具有重要意义,同时对预测材料和结构的动态失效具有重要的实用价值。一般而言,绝热剪切过程中的温升可以分为3个阶段:均匀变形阶段的温升、剪切局部化引起的温升、剪切带形成后热传导引起绝热剪切带附近的温升。本文从理论计算、数值模拟、实验测量和微观组织演化4个方面对绝热剪切中的温升相关研究进行了综述。通过对已有文献的系统整理和总结,以期为开展后续绝热剪切失效相关研究工作给出一定的启发和参考。     

波前延拓剪切干涉的数学原理与数值模拟

从数值方法的角度分析了常规剪切干涉存在的缺陷,通过数学原理和数值分析方法提出波前延拓剪切干涉,并证明了它的可行性及其对常规剪切干涉缺陷的克服。最后用数值方法模拟了波前恢复过程。     

基于数值模拟的SHPB实验数据处理方法（英文）北大核心CSCD

在分离式霍普金森压杆(SHPB)实验中,可以精确测得加载试件边界上的应力和速度。然而,基于这些测量结果得到一条精确的应力应变曲线有一定难度。根据SHPB实验技术的原理,有3组公式可以处理实验数据,并且3组公式都对波头的选择敏感。由于波动效应的影响以及选择波头的误差,3种方法得到的应力-应变曲线缺乏一致性。为了解决正确对齐波头的问题,编写了三波耦合法的数据处理程序。该方法基于动量守恒,可以得到更可靠的应力-应变曲线。为了证明该方法的正确性,进行SHPB的数值模拟实验。结果显示,利用这种方法可以得到唯一的应力-应变曲线。这种方法可以避免对齐波头时的误差,而传统的两波法或三波法则不能。     

低温绝热气瓶颈管传热的数值模拟与试验

利用数值模拟的方法建立模型来分析高真空多层绝热气瓶容器的漏热量,与理论计算相比,能更精确分析颈管传热包括颈管导热和气体换热所占的份额及液体充满率对颈管传热的影响。模型中还考虑了不规则内筒壁的导热和容器气相空间的传热,并且模拟结果与通过试验测试不同液位高度时绝热气瓶的漏热量吻合良好。     

TC4钛合金及40Cr钢破片中绝热剪切带的TEM分析

 对含有约热剪切带（ASB）的TC4钛合金及40Cr钢破片作了扫描电镜（SEM）和透射电镜（TEM）分析。结果表明，TC4钛合40Cr钢中的ASB是由平均直径不到0.3 μm的微晶组成，微晶列有一定择优取向，电子衍射花样表现为不连续的环状。ASB内位错密度均很低，其邻近基体区含有高密度位错，ASB内没有察到相变发生。     

管内插入扭带的强化传热数值模拟

为了定性及定量研究管内插入扭带的强化传热方式,建立了以空气为传热介质的管内插入扭带强化传热的套管式换热器模型,进行数值模拟研究,并且与实验结果相比较,模拟值与实验值在Re＞5000时的偏差小于2%,由此可验证数学模型的正确性.从插入扭带管和光滑管的速度与温度的对比图中可看出扭带的强化传热作用.并定量地描述出扭转比以及摩擦阻力系数与传热效果的数值关系.     

剪切磁场位形下电阻壁模不稳定性的数值模拟

数值研究了平衡磁场位形对电阻壁模稳定性的影响。研究发现,磁场剪切对电阻壁模有解稳作用,对于不同的剪切磁场位形,最不稳定的电阻壁模的环向模数和极向模数不同。等离子流对电阻壁模的增长有抑制作用,稳定住电阻壁模的临界流速度随着磁场剪切率的增大而增大。电阻壁模经线性增长后,进入非线性演化阶段,最后达到饱和状态,剪切磁场位形下的扰动磁能比均匀磁场位形下的扰动磁能饱和度高。     

双轴压缩下颗粒物质剪切带的形成与发展

本文采用离散元方法,研究了双轴压缩的颗粒体系在刚性边界约束下,局部剪切带的形成和发展过程,注重分析了细观的体积分数、配位数、颗粒旋转角度等参数以及力链结构形态的演变.并从颗粒体系jamming 相图中J点附近的边壁压强和配位数随体积分数的标度规律出发,分析了剪切带内外的体积分数和配位数的变化.结果表明:剪切带形成于颗粒体系的塑性变形开始阶段,此时体系发生剪胀,颗粒体积分数减小,颗粒体系抵抗旋转的能力降低,开始出现细小剪切带,随着轴向应变的继续,细小剪切带发生连接,最终导致贯穿性优势剪切带形成 关键词： 颗粒物质 力链 双轴压缩 剪切带     

钢芯弹冲击高强度钢过程的数值模拟分析

 通过材料特性实验获得7.62 mm×39 mm普通钢芯弹弹芯、N-1高强度钢靶板材料的力学本构模型参数,建立了弹体和靶板的精细有限元模型。对靶板钢材的J-C断裂准则进行改进,并在LS-DYNA软件中实现。应用改进的断裂准则进行了N-1钢受普通钢芯弹垂直冲击过程的数值模拟,计算结果可更准确地反映出实验中靶板出现的绝热剪切冲塞行为,冲塞尺寸较接近实验结果,弹道极限速度也与实验吻合。由此克服了基于原J-C断裂准则计算的缺陷——靶板发生与实验结果不符的拉伸型破坏、冲塞尺寸明显偏小。     

变截面杆共轴撞击数值分析及其应用前景

 为对弹性杆共轴撞击这一应力波基础问题进行扩展研究,基于非线性动力学软件LS-DYNA建立了有限元模型,分析了共轴撞击的变截面杆的形态参数对波形的影响规律,探讨了应力波产生的机理,并对其应用前景进行了展望。结果表明,由于变截面效应,一定形态参数的变截面杆共轴撞击可以得到具备波阵面平滑上升,较长的前沿升时和消除了波形振荡等特性的应力波;该特性是变截面杆撞击这一过程的内在属性,主要由变截面段的最小半径控制,变截面段长度仅对局部形态产生影响,对加载速度的变化不敏感;半无限长的变截面杆共轴撞击规律可在应力波加工等领域应用。由此可见,该规律对基础性理论进行了扩展,应用前景广阔。     

高温高应变率下混凝土材料的损伤演化方程

采用?74 mm大口径分离式霍普金森压杆(SHPB)对不同温度(20、200、400℃)下的C45混凝土材料进行动态力学性能实验,得到了不同温度、不同应变率下混凝土材料的应力-应变曲线。实验结果表明:在20~400℃温度范围内,混凝土材料具有温度硬化和应变率硬化现象。基于上述实验数据给出了损伤变量关于塑性应变的关系式,并通过相关实验数据确定了不同温度、不同应变率下损伤演化方程的材料参数。将该损伤演化方程应用于混凝土材料的本构关系中,预测结果与实验数据具有较好的一致性,证明了所提出的高温、高应变率下混凝土材料损伤演化方程的合理性。     

PVDF压电计的动态响应特性及其在橡胶材料SHPB实验中的应用

通过夹心式PVDF(Polyvinylide Fluoride)压电计的动态分离式Hopkinson压杆(SHPB)标定实验,系统地讨论了传感器的动态响应特性,其中包括测量电路、PVDF表面应力集中、压电计的材料及结构特性和同一压电计受多次撞击对测试信号的影响,为PVDF压电计的制作工艺研究提供参考。利用标定好的压电计测试了橡胶材料在SHPB实验中的动态应力均匀过程。结果表明:调节并联电阻值可以提高压电计的传感精度;增大压电计的敏感面积可以减小因应力集中所造成的信号失真;材料的热粘塑性性质、摩擦效应等将使信号振荡幅度偏小;多次撞击对信号的加载与卸载段都将产生影响,但当传感器表面未发生明显损伤时,测试的应力平台平均值与真实信号近似相同。     

99氧化铝陶瓷在不同应变率下的破碎特性

开展了99氧化铝陶瓷在不同应变率下的轴向压缩实验,通过对相应应变率下的试件碎片进行软回收,并结合筛余法对碎片进行几何表征,获得了不同应变率下的碎片尺寸分布曲线和试件破坏的能量吸收过程,建立了颗粒陶瓷的外力功与相对破碎率之间的关系。采用数字图像相关(Digital image correlation,DIC)技术获取了不同应变率下沿加载方向的应变场,并结合能量吸收过程和碎片级配表现分析了破坏模式。实验结果表明:99氧化铝陶瓷的破坏强度与应变率呈正相关,在中应变率下,能量吸收率与应变率呈负相关,由于能量吸收机制的改变,样品初始为劈裂破坏;当应变率达到401 s^?1时,破坏模式变为劈裂-粉碎混合破坏;随着应变率继续增大,试件变为粉碎破坏,颗粒平均粒径减小,碎片尺寸趋同,应力集中的影响逐渐减弱。分析了能量、破坏过程、碎片分布之间的关系,最终获得了碎片分布规律以及破碎特性。     

Numerical Simulation Study on Flow Laws and Heat Transfer of Gas Hydrate in the Spiral Flow Pipeline with Long Twisted Band

The natural gas hydrate plugging problems in the mixed pipeline are becoming more and more serious. The hydrate plugging has gradually become an important problem to ensure the safety of pipeline operation. The deposition and heat transfer characteristics of natural gas hydrate particles in the spiral flow pipeline have been studied. The DPM model (discrete phase model) was used to simulate the motion of solid particles, which was used to simulate the complex spiral flow characteristics of hydrate in the pipeline with a long twisted band. The deposition and heat transfer characteristics of gas hydrate particles in the spiral flow pipeline were studied. The velocity distribution, pressure drop distribution, heat transfer characteristics, and particle settling characteristics in the pipeline were investigated. The numerical results showed that compared with the straight flow without a long twisted band, two obvious eddies are formed in the flow field with a long twisted band, and the velocities are maximum at the center of the vortices. Along the direction of the pipeline, the two vortices move toward the pipe wall from near the twisted band, which can effectively carry the hydrate particles deposited on the wall. With the same Reynolds number, the twisted rate was greater, the spiral strength was weaker, the tangential velocity was smaller, and the pressure drop was smaller. Therefore, the pressure loss can be reduced as much as possible with effect of the spiral flow. In a straight light flow, the Nusselt number is in a parabolic shape with the opening downwards. At the center of the pipe, the Nusselt number gradually decreased toward the pipe wall at the maximum, and at the near wall, the attenuation gradient of the Nu number was large. For spiral flow, the curve presented by the Nusselt number was a trough at the center of the pipe and a peak at 1/2 of the pipe diameter. With the reduction of twist rate, the Nusselt number becomes larger. Therefore, the spiral flow can make the temperature distribution more even and prevent the large temperature difference, resulting in the mass formation of hydrate particles in the pipeline wall. Spiral flow has a good carrying effect. Under the same condition, the spiral flow carried hydrate particles at a distance about 3–4 times farther than that of the straight flow.     

某PBX炸药的动态力学性能研究

 PBX炸药作为现代武器的主装药,它的力学行为决定着武器的生存能力。为了研究PBX炸药的动态力学特性,采用分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB）作为加载手段,结合半导体应变片测试技术和压电晶体监测技术,保证了实验数据的有效性。利用SHPB加载波整形技术,实现了材料两端应力平衡和常应变率加载,得到了不同应变率（90~410 s^-1）下材料的应力-应变曲线。根据材料的模量、破坏强度和破坏应变随应变率的变化规律,采用粘性修正的Sargin模型,得到了该PBX炸药在单轴压缩下的唯象本构模型,模拟结果与实验曲线符合较好。     

有厚度平板尾缘可压缩剪切层中的涡结构数值模拟

采用一个新型Fu Ma高精度UCD5 SCD6紧致差分算法,通过直接求解二维Navier Stokes方程,成功实现了有厚度平板尾缘可压缩剪切层中涡结构的数值模拟,并考查了平板厚度对其的影响.计算对流马赫数M_c=0.3,平板厚度分别为1,2,3,4个参考长度.结果表明,增加平板厚度可促使平板尾缘可压缩剪切层中的涡提前卷起,有利于两股气流混合.     

光学CT二维正向问题有限元法数值模拟的研究

简述了光学ＣＴ正模型的有限元解理论，给出了二维圆形组织体光学ＣＴ正问题的有限元法解的数值模拟结果，该结果对于生物组织体内光子传输行为以及光ＣＴ逆问题的理论和实验研究具有重要的指导意义。     

高速水射流与凝聚炸药相互作用的数值模拟

 利用LS-DYNA3D软件并采用Lagrange算法，对500 m/s的高速水射流与凝聚炸药的相互作用过程进行了数值模拟；对不同时刻凝聚炸药中的压力分布以及不同径向、轴向处的压力历史进行了分析；确定了所选凝聚炸药的声速。数值模拟的结果与理论分析的结果之间具有很好的一致性。模拟结果表明，在高速水射流与凝聚炸药相互作用的过程中，凝聚炸药药柱截面上的压力随径向距离的增加而降低；药柱中的最大压力出现在水射流头部附近或水射流头部的前方。