结构冲击畸变问题的直接相似方法研究

结构受冲击时由不同材料引起比例模型与全尺寸原型的畸变,通常通过修正比例模型的速度或密度进行补偿.然而传统的修正方法,存在需预先测试结构响应、依赖特殊本构方程、不能反映动态过程的缺陷,因而限制了相似理论在比例模型试验中的直接应用.本文提出了一种不同材料畸变问题的直接相似方法.它通过建立应变率区间上比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系,直接获得了修正速度或修正密度的比例因子,完成了比例模型与原型的动态相似关系.基于Norton-Hoff, Cowper-Symonds, Johnson-Cook三种经典的本构模型,研究了材料应变率敏感性特征参数、参考应变率、屈服应力、密度在动态相似关系中的作用.并通过受质量冲击的折板结构算例,验证了直接相似方法的有效性.分析表明,本文提出的直接相似方法不需要预先测试结构的响应,不依赖特殊的本构方程、强调动态相似特性,具有直接、高效、通用的特点.此外,动态相似关系的最佳逼近效果,受材料应变率敏感性特征参数控制,屈服应力、密度和参考应变率影响不大;当比例模型应变率敏感性特征参数与原型相近,可获得最佳逼近.     

受轴向冲击薄壁圆管的几何畸变相似律研究

对于受轴向冲击载荷作用的薄壁圆管动态响应的相似律问题,由于圆管的薄壁特性导致厚度无法与高度和半径按相同的比例进行结构缩放,从而产生模型的几何畸变,此时传统的相似律已无法描述原型与畸变模型之间的动态响应规律。基于薄壁圆管轴向冲击问题的控制方程,通过能量守恒和量纲分析,推导了考虑几何畸变条件下轴向冲击载荷作用的理想弹塑性薄壁圆管动态响应的相似律。通过在给定应变与应变率区间上建立比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系,将几何畸变相似律进一步推广至包含应变率和应变硬化的材料。通过数值方法验证了提出的几何畸变模型相似律的适用性。分析结果表明,提出的考虑厚度畸变的受轴向冲击薄壁圆管的相似律可用于预测原型结构的冲击动态响应,并显著降低比例模型与原型结构平均载荷和能量的偏差。     

爆炸与冲击载荷下结构和材料动态响应研究的新进展

对激波与高应变率现象的基础问题及应用国际学术会议 (EXPLOMET 2 0 0 0 )和第 2 0届国际理论与应用力学大会 (ICTAM 2 0 0 0 )上有关爆炸冲击载荷下结构和材料动态响应的研究论文进行了回顾和综合分析。分别从应力波、结构的高应变率响应和材料的高应变率响应三个方面就其新进展和新动向作了述评。     

冲击拉伸实验试件几何尺寸的研究

应用分离式Hopkinson拉伸实验技术研究了圆柱形冲击拉伸试件的长径比(L/D)对实验结果的影响,其中长径比从1到5。研究结果表明：对于LY12材料,L/D2.67的试件满足材料实验的要求,L/D2不能得到准确的材料参数。     

重组竹顺纹冲击力学性能研究

重组竹是一种新型竹基复合材料,其力学性能优于落叶松等木材。为评价重组竹在动态加载下的顺纹抗冲击力学性能,以密度1.06 g/cm3、含水率8.52%、龄期3～5年的毛竹基重组竹为研究对象,通过准静态单轴压缩和循环加卸载以及动态加载实验,研究了重组竹加载变形过程、各项力学性能指标以及对应变率的敏感性。结果表明:重组竹顺纹压缩过程可以分为弹性变形和弹塑性变形阶段,破坏类型为延性破坏,其各项强度指标随应变率的提高而提高,动态增长因子与应变率之间呈现线性关系,斜率为0.0024;重组竹压缩过程中的应变比能与应变之间呈线性关系,且随应变率的增长而增大,证明其吸能能力随着应变率的增大而提高。实验结果证明,重组竹顺纹具有良好的抗冲击力学性能和显著的应变率效应。     

侵彻试验尺度效应和相似准则

利用球形空腔膨胀理论的响应函数对靶板在弹体撞击下的侵彻进行分析,并基于量纲理论建立了侵彻相似律的一般形式.通过对侵彻混凝土靶的已有实验数据进行分析,得到了不同缩比因子下,无量纲侵彻深度曲线随侵彻速度不同而发生偏转和偏移.考虑到材料的应变率效应和损伤演化,认为几何相似律对混凝土等脆性材料在抗侵彻时不成立,有必要引入材料应变率效应和损伤演化对几何相似律的修正.     

煤岩巷道冲击破坏过程相似模拟试验研究

采用相似材料模拟试验研究方法,利用单轴加载系统和数字散斑光测技术,根据相似材料配比制备脆性材料,对标准试块和三维巷道模型进行了相似试验研究。对相似模拟试验结果分析可知,实验室制备脆性材料模拟冲击地压巷道破坏过程是可行的,冲击破坏特征较明显;散斑计算结果说明,试块位移和应变变化与裂缝出现、扩展和贯通具有一致性,且竖向裂缝开展数量多、速度快;相似模拟试验结果也表明巷道顶板受冲击作用和下沉位移较大,两边帮向巷道内部弯曲变形也较大,甚至出现煤岩抛出和巷道垮塌。本试验也为进一步揭示煤岩巷道冲击破坏规律提供了新的途径。     

原型和模型不同材料时加筋板冲击动态响应的相似预报方法

:根据 定律提出了加筋板结构在水下爆炸冲击波作用下模型和原型动态响应相似的条件。在此 基础上,考虑到加筋板模型制造加工过程中的工艺和成本等因素,提出了利用普通钢加筋板模型预报船体钢 加筋板原型在水下爆炸冲击波作用下动态响应的相似预报方法。该方法考虑了流固耦合和材料应变率强化 效应等因素的影响,可用于指导利用常用的普通钢模型试验预报实船局部板架在水下爆炸冲击波作用下的 动态响应。     

基于Cowper-Symonds方程的相似理论修正方法

针对应变率敏感材料冲击实验的指导需求,给出了一种传统相似理论的修正方法。该方法在已有的动态相似理论基础上,考虑了因实验时模型与全尺寸原型制造材料不同,而导致外载条件相似系数对应变率效应对结果造成的影响:通过引入Cowper-Symonds方程,重新推导了外载条件相似系数的计算公式,并对两种不同材料（是否应变率敏感）的缩放模型冲击实验结果进行讨论,表明该方法相较于传统理论能够准确给出外载条件相似系数、提高模型预测精度。     

钛镍形状记忆合金冲击变形后形状记忆效应的研究

采用SHPB技术和可控速率循环加温条件下变形恢复量测定装置研究了冲击及静载变形后的TiNi形状记忆合金的单程及双程形状记忆特性。发现马氏体状态下的TiNi合金的力学特性显示出明显的应变率强化效应 ,并且高应变率压缩应力应变曲线呈现流动平台。应变率对形状记忆效应的影响具有双重性 ,当外加应力或残余应变较小 ,可逆非弹性变形机制起主导作用时 ,提高应变率可以增加其单程形状记忆效应 ;而随外加应力或残余应变增大 ,当基于位错机制的不可逆非弹性变形机制起主导作用时 ,应变率提高却抑制了其单程形状记忆效应。应变率对TiNi合金双程形状记忆效应的影响视塑性变形的大小而异 ,高应变率动载后的双程形状记忆效应在较小塑性应变时 ,比静载后的要强 ;但在较大塑性应变时两者差别不大。     

结构热力响应及失效的尺度律

在众多文献的基础上，对结构的力学响应断裂失效等问题的尺度律进行了述评和总结，也包含对能量，屈服速度，微结构尺度和变形局部化等的讨论并对热传导，和耦合响应结构弹塑性屈曲等问题的尺度律进行了理论探讨。     

横截性理论在碰撞振动系统结构稳定问题中的应用

本文利用横截性理论研究了碰撞振动系统中的结构稳定问题。讨论了结构稳定、稳定、失稳及分叉之间的关系。     

横截性理论在碰撞振动系统结构稳定问题中的应用

本文利用横截性理论研究了碰撞振动系统中的结构稳定问题。讨论了结构稳定、稳定、失稳及分叉之间的关系。     

柔性头部模型与大挠度板接触撞击力的预报方法

针对被撞击板是大挠度的特点,提出了模拟函数预报撞击力的方法,根据撞击系统的动量守恒原理推导出了撞击力的预报方程,用恢复系数考虑头皮对撞击缓冲的影响.得到了头部与发动机罩板大变形、非线性、瞬态撞击过程的响应函数.分析结果与鸿巢敦宏、石川博敏的试验数据进行了对比,结果显示有较好的一致性,表明该方法能够较好地描述柔性球体模型与大挠度板接触撞击的响应过程.同时还利用该预报方程分析了各种因素对接触撞击力的影响.     

离散元法在求解三维冲击动力学问题中的应用

提出了三维连结型离散模型,建立了可实现连结型模型(用于连续介质)-接触型模型(用于非连续介质)转化的三维离散元计算程序,用来模拟连续介质转变为非连续介质的力学过程．利用该计算程序对冲击载荷下混凝土块体内(连续体情况下)的应力波传播过程进行了数值模拟．将计算结果的数值与LS-DYNA程序计算的结果进行比较,验证了该计算程序的计算精度．在此基础上,模拟了混凝土块体的动态破坏(连续介质向非连续介质转化)过程．其计算结果可用动画显示,得到的破坏形式与由实验得到的破坏形式相近．两个算例说明该离散元模型及其计算程序是模拟计算伴随有连续介质向非连续介质转变的动态破坏问题的有力工具．     

THE APPLICATION OF DISCRETE ELEMENT METHOD IN SOLVING THREE-DIMENTIONAL IMPACT DYNAMICS PROBLEMS

A three-dimensional discrete element model of the connective type is presented. Moreover, a three- dimensional numerical analysis code, which can carry out the transitional process from connective model (for continuum) to contact model (for non-continuum), is developed for simulating the mechanical process from continuum to non-continuum. The wave propagation process in a concrete block (as continuum) made of cement grout under impact loading is numerically simulated with this code. By comparing its numerical results with those by LS-DYNA, the calculation accuracy of the model and algorithm is proved. Furthermore, the failure process of the concrete block under quasi-static loading is demonstrated, showing the basic dynamic transitional process from continuum to non-continuum. The results of calculation can be displayed by animation. The damage modes are similar to the experimental results. The two numerical examples above prove that our model and its code are powerful and efficient in simulating the dynamic failure problems accompanying the transition from continuum to non-continuum. It also shows that the discrete element method (DEM) will have broad prospects for development and application.     

轴对称高速碰撞问题的拉格朗日无结构网格有限体积法的并行计算

给出计算轴对称高速碰撞问题的拉格朗日无结构三角形网格有限体积法的并行格式，并给出以小巨型机ＡｌｉａｎｔＦＸ／４０为目标计算机的算例数值模拟结果和效率分析     

复合弹体撞地的HELP计算方法初步计算

本文用改进的HELP二维计算程序,流体弹塑性力学模型,计算了复合弹体高速撞击岩体问题。给出了早期弹丸侵彻的几何图象,典型时刻轴向速度、压力、应力分布,以及早期弹体中出现的拉应力场。可供弹丸防护参考之用。所有结果都与单一弹体的结果进行了比较,以便估价被帽材料的防护效果。     

SIMILARITY LAWS AND SCALING OF PENETRATION TESTS

利用球形空腔膨胀理论的响应函数对靶板在弹体撞击下的侵彻进行分析,并基于量纲理论建立了侵彻相似律的一般形式.通过对侵彻混凝土靶的已有实验数据进行分析,得到了不同缩比因子下,无量纲侵彻深度曲线随侵彻速度不同而发生偏转和偏移.考虑到材料的应变率效应和损伤演化,认为几何相似律对混凝土等脆性材料在抗侵彻时不成立,有必要引入材料应变率效应和损伤演化对几何相似律的修正.