弹体侵彻超高性能混凝土反弹效应理论初探

为了探究弹体在侵彻超高性能混凝土过程中弹体出现的反弹现象，基于空腔膨胀理论，分析了弹体从侵彻到反弹全过程的受力情况；分别以一维弹性杆弹性势能模型和一维应力波模型为理论基础，推导得到两种反弹速度的解析解，分析了影响反弹速度的物理量；通过数值模拟复现了弹体反弹现象，验证了理论模型的合理性，数值计算结果和两种解析解吻合良好。研究表明：侵彻阻力使弹体积累变形势能，侵彻结束后变形势能释放造成弹体反弹；反弹初速与着靶速度无关，与靶体材料的屈服强度和弹头形状系数等成正比，与弹体弹性模量和密度成反比。     

?????????????????????????

利用有限元软件,通过对撑竿跳高过程的大变形动力学数值模拟,得到了不同材料 撑竿的变形过程、跳高成绩,以及能量的转化效率指标. 通过截面尺寸设计,预测了不同材 料撑竿所能达到的最大高度. 最后以布勃卡的体能参数为标准,为其设计能越过最大高度的 等截面和变截面碳纤维复合材料撑竿.     

从受拉杆变形浅析弹性力学中的最小势能原理

最小势能原理是弹性力学中较难理解的知识点。本文通过对弹性杆轴向受拉时的弹性势能、外力势能和总势能的变分分析,得出总势能变分是位移变分或应变变分的二阶无穷小量,并在位移变分或应变变分为零时,总势能取得极小值。弹性杆轴向受力变形的分析应验了最小势能原理,有助于对一般情况下最小势能原理的深刻理解。     

含边裂纹矩形截面偏心柱最大挠度的一个解析解

本文采用Rayleigh-Ritz能量变分法，计算分析了两端铰支含边裂纹矩形截面偏心柱的弹性挠度。首先选取三角函数级数作为柱挠度的试函数；然后分别计算弹性体系弯曲变形能和裂纹引起的变形能增量以及外边势能，进而得到体系的总势能；最终根据势能驻值条件确定挠度系数，从而得到一个在裂纹截面满足变形协调条件的挠度方程级数解。在假设裂纹位于柱中间截面的基础上，进一步分析推出了最大挠度的解析公式。文中还就本文解与相应的Okamura解进行了对比分析，指出了Okamura解存在的缺点和适用范围。     

关于用能量法分析弹性稳定的注记

在杆系结构力学的稳定分析中,设原始平衡状态下的结构势能(?)为零,则当体系受微小扰动后,体系的势能为(?)=(?)_c+△(?)=△(?)=U+V=U-pλ (1)上式中△(?)为势能增量,U 为变形能,λ为 P 作用点沿 P 方向产生的位移.     

关于用能量法分析弹性稳定的注记

<正> 在杆系结构力学的稳定分析中,设原始平衡状态下的结构势能(?)为零,则当体系受微小扰动后,体系的势能为(?)=(?)_c+△(?)=△(?)=U+V=U-pλ (1)上式中△(?)为势能增量,U 为变形能,λ为 P 作用点沿 P 方向产生的位移.     

MODEL EXPERIMENT ABOUT RESPONSE OF FLOATING ICE SHEET SUBJECTED TO MOVING AIR CUSHION VEHICLE

基于弹性薄板振动微分方程和相似理论,建立了气垫船在浮冰上运动的原型系统与模型系统参数之间的相似对应关系. 导出了浮冰层自由振动波形传播的相速度和群速度计算公式,明确了相速度的极小值和浅水波传播速度即为气垫船的第一、第二临界速度. 根据研制的高精度非接触式激光位移测量系统,在变水深拖曳水槽中, 开展了不同速度移动气垫载荷激励薄膜变形响应的系列实验,证实了存在使薄膜变形达到最大的移动气垫载荷临界速度. 第一临界速度使气垫载荷之后的薄膜产生最大的下陷变形,第二临界速度使气垫载荷之前的薄膜产生最大的上凸变形. 通过实验结果进一步分析了气垫速度、高度、压力及水深等参数对薄膜变形和临界速度的影响,揭示了移动气垫载荷激励薄膜变形响应的聚能共振增幅机理,为利用气垫船实施有效破冰提供了依据.     

航行气垫船激励浮冰响应的模型实验研究

基于弹性薄板振动微分方程和相似理论,建立了气垫船在浮冰上运动的原型系统与模型系统参数之间的相似对应关系. 导出了浮冰层自由振动波形传播的相速度和群速度计算公式,明确了相速度的极小值和浅水波传播速度即为气垫船的第一、第二临界速度. 根据研制的高精度非接触式激光位移测量系统,在变水深拖曳水槽中, 开展了不同速度移动气垫载荷激励薄膜变形响应的系列实验,证实了存在使薄膜变形达到最大的移动气垫载荷临界速度. 第一临界速度使气垫载荷之后的薄膜产生最大的下陷变形,第二临界速度使气垫载荷之前的薄膜产生最大的上凸变形. 通过实验结果进一步分析了气垫速度、高度、压力及水深等参数对薄膜变形和临界速度的影响,揭示了移动气垫载荷激励薄膜变形响应的聚能共振增幅机理,为利用气垫船实施有效破冰提供了依据.      

热弹性马氏体相变连续介质热力学研究

介绍形状记忆合金热弹性马氏体相变连续介质热力学研究方法和最新进展, 着重分析了在推广的非线性弹性力学的框架下, 应用变分方法研究热弹性马氏体相变的理论和方法、存在的问题及发展趋势. 首先介绍如何计算马氏体相变24种变体的变形梯度, 然后拓展非线性弹性力学, 引入描述相变的多阱非凸弹性势能, 进而讨论了界面能和非局部能对相变微结构和相变过程的影响的相关研究理论方法和进展.      

弹性力学状态变量体系下带有初应力的振动问题

通过在Hellinger-Reissner广义势能中引入应变的非线性项,推导出了弹性力学Hamilton体系下的具有初应力的振动方程,并运用精细积分给出了两端简支的梁、组合梁和四边简支板及组合板在初应力下振动频率。本文结果是严格弹性力学意义(没有引入任何几何变形假设)下的精确解,为衡量各种计入剪切变形的薄板、中厚板理论的准确性提供了一个标准。     

考虑载体弹性变形的两种传递对准方法的对比研究

传递对准时，载体的弹性变形会对装在载体上的子惯导系统的对准精度产生影响，因此需要对弹性变形进行建模，估计出弹性变形角并加以补偿来提高对准精度。文中分别采用“速度＋角速率”匹配的对准方法和“速度＋姿态角”匹配的对准方法进行卡尔曼滤波仿真，对安装误差角和弹性变形角进行了估计，并对估计结果进行了比较，分析了它们的对准精度和适用性。     

由结构力学的平面问题例说最小势能原理

最小势能原理作为结构力学的提高部分,很少在该课程中看到关于它的完整介绍。本文以等刚度连续梁为研究对象,在只考虑弯曲变形的情况下,讨论了位移法典型方程的适用条件。在此基础上,分析了势能法和位移法之间的对偶关系。得出：等刚度连续梁在平面载荷与支座反力构成的平衡力系作用下,可能的小位移状态由虚力方程控制。若真实位移还能利用叠加原理进行求解,则可能位移状态下的总势能在真实位移处取极小值。等刚度连续梁弯曲变形的分析验证了最小势能原理,有助于对一般情况下最小势能原理的深刻认识。

     

泡沫金属在冲击载荷下的动态压缩行为

基于微CT扫描影像信息,建立泡沫金属材料二维细观有限元模型,考虑不规则胞孔的不均匀分布,根据实验结果拟合孔壁材料的弹塑性本构参数。研究了泡沫金属在不同加载速度下的压缩变形机理,重点讨论泡沫金属中弹塑性波的传播、惯性效应和从冲击端传递到静止端的应力变化特征。对于相对密度为0.3的泡沫铝,弹性波速约为5 km/s,与孔壁材料的弹性波速相当,塑性波速表现为随着加载速度的增大而增大。在加载速度为50~100 m/s间变形模式从准静态模式转变为动态模式,未发现明显的临界速度,动态锁死应变随着加载速度的增大而增大。由于塑性波发生反射,试件会发生二次压缩过程,相应地,静止端产生二次应力平台。受惯性作用的影响,二次应力平台也随着加载速度的增大而提高。     

对弹性静力学中外力功表达式及相关问题的探讨

外力功、势能等概念是弹性力学能量原理的重要内容. 但笔者发现, 经典弹性理论著作中给出的外力功、势能的表达式并非真实的功、真实势能值. 本文根据弹性静力学的基本假定和应变能定理对此进行了论证, 并以一维弹簧受压问题进行了说明. 对总势能、外力势能、外力功及保守力的定义及其相互关系进行了详细分析, 建议在介绍系统总势能定义的同时, 应一方面说明它不是系统的真实总势能, 另一方面要补充介绍这样定义总势能的原因是保证最小势能原理与平衡方程等价. 通过厘清上述概念之间的关系, 以期给弹性力学的初学者以明晰的概念.     

基于连续-非连续单元法的三维脆性颗粒冲击破碎特性分析

通过在连续-非连续单元法(CDEM)中引入考虑应变率效应的断裂能本构以及能量统计算法,实现了球体冲击破碎过程中损伤破裂程度及能量演化的定量分析。计算结果表明,冲击破碎过程分为接触蓄能阶段、损伤破碎阶段和碎块飞散阶段。首先,颗粒的部分动能转化为单元弹性变形能,随后这部分变形能和动能迅速转化为摩擦消耗、阻尼消耗及弹簧断裂能,破碎基本完全后碎块继续飞散。不同冲击速度下,颗粒分别出现了反弹、开裂、破碎和粉碎的现象。随冲击速度的增加,D50的变化速率逐渐放缓,破碎块度逐渐趋于稳定;破裂度、损伤度以及平均损伤因子的变化速率先增加后放缓,颗粒破坏以拉伸破坏为主。以上结论可为脆性材料冲击破碎工艺的优化设计提供依据。     

从提包挂环说能量法

从提包挂环的形状以及在使用过程中位置的变化出发,说明了任何物体系统都有向能量最低状态转变的趋势. 借助旁证阐述了能量状态转换的条件,引出了物体的变形能和势能的概念,进一步引出了最小势能原理和能量法,介绍了在这方面有贡献的中外科学家. 最后讨论了几种提包挂环的形式.     

DYNAMICAL EXPLANATION ON TOROFLUX'S PHENOMENA

本文分析了流动环特殊现象的力学原理。流动环是由细长钢带缠绕形成的环状螺旋玩具,具有瞬间几何形态突变和绕圆柱物体运动时迅速旋转两种独特现象。文中利用封闭曲杆的拓扑学规律确定其曲率和扭率,用于计算和比较流动环两种平衡状态的弹性变形势能。证实流动环的形态突变源于最小弹性势能原理。以组成流动环的单个圆环为分析对象,且考虑邻近圆环的牵拉效应。分析了流动环下落时相对圆柱体的滚动过程,以解释旋转现象的产生原因。导出了流动环下落旋转的角加速度公式。理论计算结果与实验数据较好吻合。     

流动环现象的动力学分析

本文分析了流动环特殊现象的力学原理。流动环是由细长钢带缠绕形成的环状螺旋玩具,具有瞬间几何形态突变和绕圆柱物体运动时迅速旋转两种独特现象。文中利用封闭曲杆的拓扑学规律确定其曲率和扭率,用于计算和比较流动环两种平衡状态的弹性变形势能。证实流动环的形态突变源于最小弹性势能原理。以组成流动环的单个圆环为分析对象,且考虑邻近圆环的牵拉效应。分析了流动环下落时相对圆柱体的滚动过程,以解释旋转现象的产生原因。导出了流动环下落旋转的角加速度公式。理论计算结果与实验数据较好吻合。     

内燃机缸套-活塞环磨合过程中微凸体承载研究

为获得内燃机缸套-活塞环磨合磨损过程中微凸体的承载情况,利用粗糙峰的接触模型推导出磨合过程中微凸体承载方程,其中对弹性变形部分微凸体承载和塑性变形部分微凸体承载分别进行了研究,重点比较了内燃机缸套-活塞环磨合过程中假定接触微凸体全部为弹性变形与考虑接触微凸体产生弹?塑性变形时承载能力的不同.研究结果表明,在磨合磨损的中后期,即当h/σ大于0.5,ψ小于0.9时,两者差别不大,可以假定微凸体变形全部为弹性变形进行微凸体载荷的计算;而在磨合磨损初期,即当h/σ小于0.5,ψ大于0.9时,假定微凸体变形全部为弹性变形时的承载为考虑弹?塑性变形时的50%~85%左右.考虑到内燃机缸套-活塞环磨合过程中初期磨合的重要性,在计算缸套-活塞环磨合过程中微凸体承载时,应将塑性变形部分微凸体和弹性变形部分微凸体承载分别进行研究.也说明了本文所建立的微凸体承载方程更有益于缸套-活塞环磨合过程的摩擦学状态分析.     

PELE贯穿薄靶后外壳破片径向速度计算方法与影响因素分析

基于横向效应增强型弹丸(PELE)侵彻金属薄靶板过程分析,将弹体前端在撞击作用下的变形过程分解为轴向一维压缩和径向自由膨胀两个变形阶段;依据冲击波理论,给出了弹体前端的冲击波压缩势能,由功能转化原理,给出了PELE前端外壳在靶后形成破片的最大径向飞散速度计算公式。计算结果在多种工况下均与文献的实验结果较为一致。计算结果表明:PELE靶后外壳破片的最大径向飞散速度与外壳和内芯材料的体积模量和泊松比有关,且随二者的增大而增大;PELE外壳破片的最大径向飞散速度是壳体和内芯在冲击波压缩作用下共同径向膨胀的结果,且外壳膨胀能在弹体整体膨胀能中所占比例较大,计算中应当同时考虑弹体外壳和内芯材料的横向膨胀效应对弹体破片径向飞散速度的影响。