冲击载荷下颗粒材料临边界区域的波动行为及变形特征分析

研究颗粒材料中的波传播问题在超材料制造方面有重要意义, 如波传导超材料边界的设计需考虑应力波的反射和吸收等问题. 本文从一维颗粒链中的波传播行为出发, 根据距边界不同位置处颗粒能够得到的最大动能的不同, 给出了临边界区域的定义. 然后分析了多组二维颗粒样本在冲击载荷作用下应力波的传播行为, 主要考虑了不同边界形状及不同颗粒排列方式对应力波在临边界区域内传播行为的影响. 研究表明, 临边界区颗粒排列方式主要影响边界附近颗粒的相对位置和局部孔隙率; 经边界反射后的应力波直接以边界形状在临边界区内传播, 该结论在边界情况越复杂(高局部孔隙率, 颗粒无序随机排列)时越准确; 在临边界区域外(即材料中心区域), 波前形状主要由波速决定. 弧形边界对波反射的汇聚作用和临边界区域内颗粒的排列方式所引起的弥散作用是两个竞争因素, 共同决定临边界区域内波的反射过程. 最后分析了临边界区域内颗粒力链网络在反射前后的变化. 该研究将为超材料设计提供借鉴.      

基于时间依赖基本解的奇异边界法模拟二维狄利克雷边界标量波方程

奇异边界法是一个半解析边界配点强格式方法,具有无数值积分和无网格、编程容易以及数学简单等优点。本文首次将时间依赖基本解运用于奇异边界法,计算模拟二维标量波方程;结合确定源点强度因子的反插值技术,提出了二维狄利克雷边界标量波方程源点强度因子的一个经验公式;引进了解决波方程基本解G奇异性的一种无奇异积分处理方法。数值实验证明,基于时间依赖基本解的奇异边界法可精确高效地模拟二维狄利克雷边界标量波方程,在计算效率、精度、稳定性和适应性等方面有明显优势。     

冲击载荷作用下柱壳链中的弹性波传播简化模型及其解析解

柱壳链能引起波形的弥散,具备操控波形的潜力。建立了柱壳链结构的等效连续介质模型和细观有限元模型,研究了质量块冲击作用下柱壳链中的弹性应力波传播过程及其几何弥散特性。基于考虑横向惯性修正的Rayleigh-Love波动方程,建立了柱壳链在质量块冲击下的控制方程,采用Laplace变换及其逆变换获得了位移场、速度场和应变场的解析解,所得结果与细观有限元模拟结果较好吻合。结果表明,在冲击过程中应变和速度峰值均逐渐减小,应变峰值、振荡幅度和波形前沿宽度与泊松比和惯性半径相关,泊松比和惯性半径越大,应变峰值越小,应变分布振荡越剧烈,波形前沿宽度越宽。     

温度对冲击相变波传播的影响

冲击加载下,相界面的传播是一热力耦合过程.相变波阵面不仅是力学和物质间断面,也是温度界面.为考虑温度对相变波传播的影响,论文首先建立了相界面上的热传导方程和热力耦合的相变本构方程,然后采用一维特征线理论和有限差分数值计算相结合的方法,分析了温度界面和相变波的基本相互作用规律,进而给出了连续温度梯度下和绝热冲击下相变波传播规律.结果表明,温度对相变波传播的作用主要体现在两个方面,一方面是作为温度界面将与各类间断面相互作用,另一方面冲击相变波阵面后区域热力学状态变化影响卸载波结构.其原因在于相变方式(可逆、不可逆)和相变阈值应力具有强烈的温度相关性.     

夹层板的边界单元法

本文提出了Ｒｅｉｓｓｎｅｒ型和Ｈｏｆｆ型夹层板的直接边界单元法。从夹层板弯曲问题的基本方程出发，利用偏微分算子导出了夹层板偏微分方程的基本解，由此建立起问题的边界积分方程组，采用边界单元法求解，所得结果具有较高精度。     

两相材料V形切口应力强度因子边界元分析

建立了边界元法计算两相材料粘结V形切口奇异应力场的新途径。在V形切口尖端挖出一小扇形,将该扇形弧线边界的位移和面力表示为有限项奇性指数和特征角函数的线性组合,其组合系数即为广义应力强度因子,将该组合回代到在被挖去小扇形后的剩余结构内建立的边界积分方程,离散后可求解出组合系数,获得两相材料粘结V形切口尖端的应力强度因子。算例证明了本文方法的有效性。     

两相速度平衡条件下的两相流声速

在两相速度平衡条件下,本文首先给出无相变的两相流中声速的一般表达式。再对相间传热作出热平衡或绝热假设,得到完全平衡的和部分平衡的声速的具体表达式。两相流(速度平衡的)声速的许多现有公式都可以作为特例从一般表达式中导出。本文还研究了相变对声速的影响,给出了一元两相系的和二元两相系的完全平衡(速度平衡、热平衡和相平衡)声速公式。     

弹性半空间中含直边界半圆形衬砌隧道对SH波的散射解析解

为进一步揭示含直边界衬砌隧道对SH波散射的影响,根据弹性波动理论,结合"分区契合"思想,建立了弹性半空间中半圆隧道对波场散射问题的波动方程。利用傅里叶级数展开的方法,引入辅助函数和波函数展开技术,通过对连续性条件和边界条件的分析,求得半空间中含直边界衬砌隧道对SH波散射的封闭解析解。计算结果表明:入射波特性、半圆隧道衬砌材料特性、隧道埋置深度对地表位移幅值影响显著;对于软性和硬性衬砌隧道而言,当频率逐渐增大时,地表位移幅值也随之增大,地表位移幅值空间振荡更为剧烈;随着入射角度增大,地表位移幅值整体上呈减小趋势;随着隧道埋深d/a由2增加到5时,隧道上方地表位移幅值降幅显著。     

低渗透多孔介质渗流动边界模型的解析与数值解

考虑启动压力梯度的低渗透多孔介质非达西渗流模型属于强非线性动边界问题, 分别利用相似变量变换方法和基于空间坐标变换的有限差分方法, 对内边界变压力情况下、考虑启动压力梯度的一维低渗透多孔介质非达西渗流动边界模型进行了精确解析与数值求解研究. 研究结果表明:该动边界模型存在唯一的精确解析解, 且所求得的精确解析解可严格验证数值解的正确性;且当启动压力梯度值趋于零时, 非达西渗流动边界模型的精确解析解将退化为达西渗流情况下的精确解析解. 由求解结果作出的非零无因次启动压力梯度下的地层压力分布曲线表现出紧支性特点, 其与达西渗流模型的有显著不同. 因此, 研究低渗透多孔介质中非稳态渗流问题时, 应该考虑动边界的影响. 研究内容完善了低渗透多孔介质的非达西渗流力学理论, 为低渗透油气藏开发的试井解释与油藏数值模拟技术提供了理论基础.      

Stress Wave Field Near a Notched Boundary in Anisotropic Plates under Impulsive Loading

The stress distribution near a rectilinear boundary and a boundary with a notch of different depths in an anisotropic plate is analyzed. The plate boundary is under the action of a surface or embedded impulsive source. The results presented have been obtained using the dynamic photoelastic method for optically sensitive orthotropic plates. The results for orthotropic and isotropic plates with different ratios of notch depth to wavelength are analyzed     

Analytical Treatment of Boundary Integrals in Direct Boundary Element Analysis of Plan Potential and Elasticity Problems

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＡｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ[1,2 ]ｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅＤＢＥＭａｎｄｔｈｅｉｎｄｉｒｅｃｔｂｏｕｎｄａｒｙｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ (ＩＢＥＭ)ｈａｓｂｅｅｎｍａｄｅｂｙｅａｒｌｉｅｒｓｏｍｅａｕｔｈｏｒｓ.ＴｈｅｉｒｍａｉｎｖｉｅｗｐｏｉｎｔｓａｒｅｔｈａｔｔｈｅＤＢＥＭｈａｓａｎａｄｖａｎｔａｇｅｏｆｇｅｔｔｉｎｇｏｂｊｅｃｔｉｖｅｌｙｐｈｙｓｉｃａｌｑｕａｎｔｉｔｉｅｓｏｔｈｅｒｔｈａｎｉｍａｇｉｎａｒｙｏｎｅｓ ,ｂｕｔｉｔｒｅｑｕｉｒｅｓａｎｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｎｕｍｅｒ…     

冲击载荷作用下加筋板架破坏概率分析

取导弹战斗部初始撞击速度、战斗部质量、加筋板架材料的弹性模量和极限强度作为随机变量;采用对较小的样本数量进行拟合的方法,用产生随机数程序得到50组随机变量的初始值,利用ANSYS/LS-DYNA有限元程序进行仿真计算,得到导弹战斗部击穿加筋板架后的末速度值;验证击穿板架后战斗部的末速度是否服从正态分布,若不服从正态分布则采用最大熵法拟合击穿板架后的末速度的分布函数;考虑战斗部撞击点和板架加强筋的相对位置关系,采用速度准则,利用蒙特卡罗方法模拟得到当战斗部入射角度分别为0°、30°、45°时,击穿单层和双层加筋板架的概率。     

加载路径和温度对NiTi合金相变特性的影响

利用MTS装置,对NiTi形状记忆合金在不同加载路径(拉、压、扭以及拉/压-扭比例加载)和不同温度(28~150℃)下的准静态相变行为进行了较系统的实验研究。结果表明,材料呈现明显的伪弹性效应和拉压不对称性。随着温度的升高,相变起始应力逐渐增大,伪弹性效应和拉压不对称性逐渐减弱。当温度达到一定阈值时,拉压不对称性消失,材料基本呈现弹塑性状态。通过实验曲线确定了NiTi合金的相变临界参数,在σ-τ应力空间中对三种常用宏观相变临界准则进行了讨论,比较了它们各自的适用性。     

断裂力学的半解析相似边界元法

本文首先对弹性力学的相似边界元法进行了研究，推导了相应的计算公式。与传统的边界元法相比，相似边界元法由于只需在少数单元上进行数值积分，大大减少了计算量。在此基础上，对断裂力学问题，利用裂纹尖端位移场的解析表达式将裂纹尖端节点未知量转化为几个待定常数，提出了半解析相似边界元法，可大大减少最终形成的线性代数方程组的系数矩阵的阶数，进一步减小计算量。最后给出了算例，说明了本文方法的有效性。     

准球面冲击波高压回收装置的研究

研究了以硝基甲烷液体炸药作为冲击波发生源的准球面汇聚冲击波超高压回收装置。在该装置上 ,利用冲击波由金属球体表面向中心汇聚形成的高压 ,对样品进行了冲击处理 ;分析了回收的金属球体内、外破坏情况及金相组织变化。结果表明 :该装置产生的球面冲击波对称性较好 ,样品回收可靠性较高 ;金属球体中心附近压力超过 2 0 7GPa ;对进行超高压冲击条件下的材料回收实验有较高的实用价值。     

压力梯度对边界层两相流动稳定性的影响

分析了有压力梯度的边界层两相流动稳定性,推导出类似于Saffman理论的修正的稳定性方程,数值计算采用高精度的谱方法。结果说明,压力梯度对边界层两相流动稳定性有显著的影响,顺压梯度增强流动稳定性,而逆压梯度则促进流动失稳。在不同的压力梯度和浓度下,Stokes数对流动稳定性的影响是一致的,存在一个临界Stokes数,小Stokes数促进流动失稳,而大Stokes数则提高临界雷诺数,抑制流动失稳的最佳Stokes数为10的量级。     

一种新的运动激波--非定常边界层相互干扰现象

本文探讨了一种新的激波－非定常边界层相互干扰现象，这种激波－边界层干扰现象既不同于定常激波－边界层干扰现象，又不同于激波在端面反射后与该激波所诱导的边界层之间的干扰现象，而是运动激波与稀疏波和第一激波所诱导的非这常边界层之间的干扰现象，本文对这种现象用微波动力学理论进行分析，并把这种干扰现象看成激波的绕射现象，同时在稀疏波破膜的双驱动激波管中进行实验观察，最后把理论分析与实验观察进行了比较。     

Impulsive Tension of Ethanol under Shock Loading

This paper reports results from experimental studies of the strength of ethanol under impulsive tension due to interaction of a triangular compression pulse with the free surface. The experiments were performed in the range of strain rates 4 ⋅ 10⁴-4 ⋅ 10⁵ sec⁻¹. It is established that the failure of ethanol is a two-stage process. In the first stage at a negative pressure of about 14 MPa, pore formation begins, which proceeds at a rather low rate and is manifested as an inflection on the free-surface velocity profile. In the second stage, the porosity growth rate increases, resulting in formation of a spalling pulse. The possibility of using the model of homogeneous nucleation to interpret experimental data is discussed.__________Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 46, No. 4, pp. 29–38, July–August, 2005.     

气液两相流压力波传播速度研究

将双流体模型用于绝热无相的管道气液两相流,依据小扰动线化分析原理,导出了压力波波数Ｋ方程通过对不同空隙率下肉体上压力波小随角频率变化的计算,研究了虚拟质量力和狭义相间阻力对压力波波速及其人色散性的影响。对泡状流和弹状流压力波波速的计算结果与前人的测量结果作了比较,两者符合良好。