双圆柱气囊缓冲性能分析

基于有限元法和控制体积法,建立了双圆柱气囊缓冲系统的有限元模型。以着陆速度为6.7m/s,高为2m,直径为1m的圆柱形气囊为例,利用LS-DYNA软件计算气囊缓冲过程中空投设备的速度和加速度,并对影响气囊缓冲性能的织物弹性模量、排气孔开口面积以及气囊初始内压进行了分析。结果表明:(1)当气囊织物的弹性模量E≤0.5GPa时,增大弹性模量可以显著提高气囊的缓冲性能;当气囊织物的弹性模量E0.5GPa时,增大弹性模量对气囊缓冲性能的影响很小。(2)在不超过排气阀门值的范围内,增大气囊的初始内压可以有效地提高气囊的缓冲性能。     

带环形密闭气囊弹体入水冲击过程的数值分析

针对带环形密闭气囊弹体入水冲击问题,基于LS-DYNA,运用控制体积法模拟环形密闭气囊,结合流固耦合算法,模拟了某弹体及附带环形密闭气囊入水过程。将入水过程分为弹体砰水、气囊着水、入水减速、水中悬停、缓慢上浮、上浮出水、水面漂浮7个主要阶段,对比分析了垂直与倾斜入水过程中不同阶段弹体和气囊的姿态变化、减速特性及入水深度等特征的异同。从气囊内压变化、流体对气囊的作用合力、气囊内压与入水速度的关系等方面研究了流体与气囊的相互作用,发现入水过程中气囊内压的变化主要受入水深度、运动速度、连接绳拉力等因素影响。通过计算不同初始内压条件下弹体的入水深度、减速时间及连接绳的拉力峰值,发现囊压越高,入水深度越小,减速时间越短,但是相应连接绳对弹体外壳的拉力峰值越大。因此,在进行入水回收气囊参数设计时,需要综合考虑缓冲效果、减速效果及气囊安全性等因素。     

缓冲气囊的特征内压

通过对缓冲气囊的刚度特性与初始内压之间关系的实验研究，发现能表明气囊刚度在工作行程内由非稳态转变成稳态的初始内压，将这一有特殊意义的初始内压命名为“特征内压”．本文研究了特征内压的意义，特征内压与气囊的结构、尺寸以及缓冲特性之间的关系．     

变刚度可瘪乳胶管的参数激振

当脉动流经过乳胶管时,如果跨壁压力为负,则乳胶管就被压瘪,其截面积和截面惯距都将减小。本文首先导出了上述问题的控制方程——有阻尼 Mathieu 方程,然后再用摄动法求解。证实了截面积和截面惯距的周期变化加强了脉动流的激励、容易使乳胶管发生位移振荡,这与实验结果在定性上是吻合的。     

气动加载与振动激励耦合试验方法研究

飞机结构在飞行过程中同时承受气动载荷和振动载荷的联合作用,这两种载荷的耦合加载试验对于飞机结构成为一项重要的研究内容,所以有必要对此类试验的可行性及其耦合加载方式进行研究。此次试验以气囊加载静载/常规疲劳载荷状态下试件的振动响应测试为目的,设计符合试验要求的试件和整套试验装置。得到了气囊5种不同加载情况下试件振动响应变化情况,并对此试验结果进行了理论分析,得出以下结论:a)气囊模拟静载/常规疲劳载荷加载不会大幅改变结构本身振动特性,此耦合试验方法所模拟环境比较接近飞机结构真实载荷环境;b)加载气囊的个数、部位及加载力的不同对试件结构的振动响应有一定影响,应增加气囊蓄能器或在试验前进行分析以选择合理的加载点。     

梁式构件动态弹性模量的实验研究及振动分析中梁的有效长度问题

本文根据实验资料,用不同方法求得加重乳胶梁的前四阶动态弹性模量,加重乳胶材料的动态弹性模量随着振动阶次的提高而提高。 在振动问题中,不能以梁的实际长度与梁高之比来划分梁的类型。在低阶振动时,粱的“平截面”假定可能满足精度要求,随着振动阶次的提高其误差会迅速增大,本文讨论了梁的有效长度问题。     

环咽肌压力测量及扩张治疗装置的设计开发与实验验证

针对环咽肌失弛缓导致的吞咽障碍难以精确评价和准确治疗的问题,以超弹性膨胀气囊受力变形分析为基础,设计开发了环咽肌压力测量及扩张治疗装置。研究表明,膨胀气囊外部压力与充气体积、气囊内压、材料性能、结构尺寸存在着明确的非线性关系,进而利用多元回归分析确定治疗装置中膨胀气囊外部压力(环咽肌对气囊压力)与气囊内压、加压容器体积改变量之间的函数关系式,将环咽肌压力测定转化为充气压力与体积的测量问题。力学验证实验表明,环咽肌压力测量及扩张治疗装置简单可靠、测量结果准确有效,可用于环咽肌失弛缓吞咽障碍程度的精确评定,并为患者提供准确的、个性化的治疗方案。     

可控排气式气囊着陆缓冲特性研究

为了综合考量空投设备着陆缓冲过程中的最大过载、最大下降位移以及气囊最大超压等因素,利用LS-DYNA软件数值分析了一种可控排气式气囊的着陆缓冲特性,研究了排气阀的开口面积和压力门限对该系统缓冲性能的影响。结果表明:开口面积和压力门限对缓冲性能有显著的影响,取值过大或过小均不能满足缓冲性能要求;一定范围内增大开口面积可有效降低设备的最大过载和气囊的最大超压,但同时会降低设备的最小离地高度;压力门限对气囊最大超压量的影响较小,一定范围内降低压力门限可降低设备最大过载。     

球形薄膜的变形测量与力学分析研究

目前对于薄膜材料力学性能研究多采用单轴拉伸的实验方法,此方法在测量有特殊构型薄膜材料时有一定误差,也只能测量单一方向的力学性能。本文选用球面乳胶薄膜为实验材料,在考虑球形外形结构的基础之上,测量了整个薄膜表面的力学性能。实验在自制的装置之上结合三维数字图像相关技术(3D-DIC)测出整个薄膜表面位移场,并且结合相关公式计算出乳胶球面薄膜制品表面的拉格朗日应力场和应变场,并对膨胀后薄膜厚度变化做了相应分析。结果显示乳胶薄膜表面的变形并非均匀,圆周方向抗变形能力大于子午线方向。     

主动控制用大输出力电磁作动器优化设计

采用将电磁作动器集成至气囊隔振器内部的方式能够很好地实现宽频隔振与线谱控制,但由于气囊内的空间有限,作动器在有限的空间内其体积要尽可能小的同时,还要输出足够大的主动控制力,这对主动控制用大输出力电磁作动器的优化设计提出了更高的要求。建立了电磁作动器的理论模型与漏磁模型;采用ANSYS有限元软件中的优化模块对电磁作动器进行了优化设计,并获得了符合结构尺寸与主动控制输出力要求的作动器;分析了电磁作动器的可控输出力与最大磁饱和密度随电流变化的关系。仿真结果表明,设计的电磁作动器在满足空间尺寸的前提下,通入6A交变电流时其输出的主动控制力能够达到646N,满足设计指标,有助于作动器的研制。     

Displacement mechanisms of enhanced heavy oil recovery by alkaline flooding in a micromodel

Enhanced oil recovery (EOR) by alkaline flooding for conventional oils has been extensively studied. For heavy oils, investigations are very limited due to the unfavorable mobility ratio between the water and oil phases. In this study, the displacement mechanisms of alkaline flooding for heavy oil EOR are investigated by conducting flood tests in a micromodel. Two different displacement mechanisms are observed for enhancing heavy oil recovery. One is in situ water-in-oil (W/O) emulsion formation and partial wettability alteration. The W/O emulsion formed during the injection of alkaline solution plugs high permeability water channels, and pore walls are altered to become partially oil-wetted, leading to an improvement in sweep efficiency and high tertiary oil recovery. The other mechanism is the formation of an oil-in-water (O/W) emulsion. Heavy oil is dispersed into the water phase by injecting an alkaline solution containing a very dilute surfactant. The oil is then entrained in the water phase and flows out of the model with the water phase.     

新材料敏化的乳化炸药爆炸特性研究

通过水下爆炸与爆破切割实验,研究了新型材料敏化的乳化炸药爆炸能量输出特性。研究结果表明,材料CMLS敏化的乳化炸药相对玻璃微球敏化的乳化炸药在爆炸威力上有了很大的提高。CMLS型乳化炸药采用的是动态敏化技术,在引爆过程中,CMLS受压分解产生气体,从而引入均匀分布的小气泡,达到了敏化的目的。它保证了初始高密度装药,并且避免了由于敏化气泡破坏而造成的半爆和拒爆现象。材料CMLS分解产生的物质是含能基团,参与乳化基质的爆轰反应,因此其总输出能量会大于现有乳化炸药的输出能量。上述结果对新型乳化炸药设计具有指导意义。     

Rheology of an emulsion of viscoelastic drops in steady shear

Steady shear rheology of a dilute emulsion with viscoelastic inclusions is numerically investigated using direct numerical simulations. Batchelor's formulation for rheology of a viscous emulsion is extended for a viscoelastic system. Viscoelasticity is modeled using the Oldroyd-B constitutive equation. A front-tracking finite difference code is used to numerically determine the drop shape, and solve for the velocity and stress fields. The effective stress of the viscoelastic emulsion has three different components due to interfacial tension, viscosity difference (not considered here) and the drop phase viscoelasticity. The interfacial contributions – first and second normal stress differences and shear stresses – vary with Capillary number in a manner similar to those of a Newtonian system. However the shear viscosity decreases with viscoelasticity at low Capillary numbers, and increases at high Capillary numbers. The first normal stress difference due to interfacial contribution decreases with increasing drop phase viscoelasticity. The first normal stress difference due to the drop phase viscoelasticity is found to have a complex dependence on Capillary and Deborah numbers, in contrast with the linear mixing rule. Drop phase viscoelasticity does not contribute significantly to effective shear viscosity of the emulsion. The total first normal stress difference shows an increase with drop phase viscoelasticity at high Capillary numbers. However at low Capillary numbers, a non-monotonic behavior is observed. The results are explained by examining the stress field and the drop shape.     

双向拟静力加载规则对钢筋混凝土高墩滞回性能的影响

通过四种不同双向加载规则的钢筋混凝土高墩拟静力试验,初步研究了双向拟静力加载规则对其滞回特性的影响规律。本文主要介绍钢筋混凝土高墩的试验构件设计,加载装置、测试方法和加载规则,着重比较了对角线加载、正方形加载、菱形加载和圆形加载等四种加载规则的钢筋混凝土高墩的滞回性能,包括荷载-位移滞回曲线、荷载-位移骨架曲线、荷载退化、刚度退化以及累积滞回耗能的特点,并分析这些特点与双向加载规则之间的关系。结论认为:对角线加载模式加载效率高且能较好反映高墩双向抗震滞回性能,适合于高墩的双向拟静力试验研究。     

Creep-fatigue crack growth behavior of 304 stainless steel at 650°C

This study considers life prediction analysis of high temperature structures. In the case of failure under high temperature cyclic loading, material is damaged by cavity growth and crack propagates along the cavitated grain boundaries with higher growth rate. With this cavity damaging effects, a crack growth model has been developed. Using this model, computer simulation of life prediction has been performed for 304 stainless steel under various loading shapes at high temperatures.     

Effect of Notch-Tip Radius on Dynamic Brittle Fracture of Polycarbonate

Polycarbonate (PC), which is considered to be a ductile amorphous polymer, is prone to brittle fracture in the presence of sharp notches. In the present work, effect of notch-tip radius on brittle fracture of PC is studied under static and under dynamic loading (high loading rates) conditions. Towards this end, a hybrid experimental and numerical approach is adopted. Dynamic fracture experiments using Hopkinson bar setup are performed on single-edge notched specimen of PC having different notch-tip radii. Ultra-high speed imaging is used for real-time observation of the fracture process. Finite element simulations are simultaneously performed using a well calibrated elastic-viscoplastic constitutive model for polymers. In the presence of a notch, brittle fracture in PC starts with a defect nucleation ahead of it. For each notch-tip radii, we are experimentally able to capture the process of defect initiation and quantify the mean stress required, static as well as dynamic loading. We found that the mean stress required for defect nucleation increases with decreasing notch-tip radius due to increased triaxility at the notch-tip. Defect initiation stresses are also higher for dynamic conditions compared to static loading. Defect initiation toughness for dynamic loading is always higher than those for static loading, but reduction in defect initiation toughness with decreasing notch-tip is severe for dynamic loading.     

应用MTS材料试验机对高能材料进行快速加载的试验研究

介绍了开发ＭＴＳ材料试验机应用于快速加载的高能材料动态力学的试验方法，研究了方波信号的频率对加载速率的影响，开发了低周疲劳试验机在冲击载荷下用于固体炸药在不同温度下的单轴，三轴材料动态力学性能研究的功能，得出了应变速率达到４／ｓ。加载速率与信号频率无关，而与系统增益，液压油源大小，伺服阀流量、材料性质有关的结论     

基于晶体塑性理论研究铝材料高压高应变率下的强度特性

为了了解金属材料在极端加载下复杂动态响应过程中的多种机制和效应,重点针对Al材料在高压、高应变率加载下的塑性变形机制,在经典晶体塑性模型的基础上,对其中的非线性弹性、位错动力学和硬化形式进行改进,建立适用于高压、高应变率加载下的热弹-黏塑性晶体塑性模型。该模型可以较好地描述单晶铝和多晶铝材料屈服强度随压力的变化过程,相比宏观模型,用该模型还获得了多晶Al材料在冲击加载下的织构演化规律,揭示了织构择优取向行为和压力的关系。     

含能微球敏化乳化炸药水下爆炸能量输出特性研究

将内部含有烷烃的含能微球引入乳化基质,得到一种新型乳化炸药。采用水下爆炸实验探究微球质量分数对乳化炸药水下爆炸性能的影响,得到含能微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线。依据压力结果,通过公式计算和分析得到炸药的水下冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能等水下爆炸参数。实验结果表明:含能微球质量分数0.2%的乳化炸药的峰值压力最大,并且随着微球质量分数增大而下降;乳化炸药的比气泡能随着含能微球质量分数的增大先上升再下降,微球质量分数为4%的比气泡能最大;乳化炸药的爆速、比冲击波能以及比爆炸能均随着含能微球质量分数的增大而下降。     

内爆磁压缩准等熵加载过程分析与实验验证

利用磁流体力学程序SSS-MHD模拟了炸药柱面内爆磁通量压缩发生器CJ-100装置的加载过程,讨论了各项装置参数的影响,结果表明装置可达到的峰值磁场值与初始磁场值成反比关系。设计了铁/铜夹层结构的样品靶,在该型装置上开展纯铁的准等熵加载实验。利用光子多普勒测速探头测量到6.43 km/s的样品靶自由面速度,在DT4铁中获得206 GPa的准等熵加载压力。铁材料的压力-比容曲线与理论等熵线基本重合,表明内爆磁压缩加载过程具有较高的等熵程度。