破片冲击作用下舰船复合材料结构损伤的近场动力学模拟

基于近场动力学方法,综合分析了破片的速度、层合板的铺层方式、加筋板的筋条尺寸和破片相对筋条的冲击位置对结构损伤模式和破片剩余速度的影响。结果显示：高速破片冲击作用下,层合板会发生侵彻和穿透现象,层合板的损伤模式以基体损伤为主,且随着破片冲击速度的增大,板上下表面的损伤区域呈现出一种先增大后减小的趋势;高速破片冲击作用下,层合的板损伤扩展方向和纤维铺设方向有关,对于纤维铺层方向相同的层合板,其上下表面的损伤扩展方向一般与纤维方向相同;加筋板通过增加少量质量可以获得比层合板更好的抗破片冲击性能,且加筋板的筋条尺寸和破片相对筋条的冲击位置对加筋板的损伤具有明显影响。

     

冲击载荷作用下钢筋混凝土结构动力响应仿真

运用动态有限元技术对冲击性载荷作用下钢筋混凝土结构的动力响应进行细观结构的仿真分析，建立分离式材料模型，获得射弹在钢筋混凝土中的侵彻深度与弹坑半径，得出钢筋配筋率、配筋方式、配筋位置以及混凝土材料性质等相关因素的影响规律，并针对结果进行分析和讨论，为防护工程设计提供了参考依据。     

基于近场动力学的功能梯度材料动态断裂分析

近场动力学(Peridynamics)是一种基于非局部理论的数值计算方法,通过域内积分建立物质基本运动方程。本文根据功能梯度材料的特点提出了一种基于近场动力学理论的动态断裂分析方法,模拟了在冲击载荷作用下功能梯度材料的动态响应,并分析了微模量函数对裂纹扩展行为的影响。通过与已有实验结果的对比发现,近场动力学模型所得裂纹扩展路径及破坏时间均与实验结果吻合较好,从而证明近场动力学方法能够用于分析功能梯度材料的动态断裂行为。     

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。     

3D打印点阵夹芯结构冲击损伤的近场动力学模拟

为了有效模拟3D打印点阵材料夹芯结构在弹丸冲击下的损伤破坏行为,在近场动力学微极模型中引入塑性键,构建了适用于点阵材料夹芯结构的模型和建模方法,在验证模型准确性的基础上,模拟分析了低速和高速弹丸冲击下点阵材料夹芯结构的损伤模式与破坏机理。结果表明：低速冲击下3D打印点阵夹芯结构的破坏模式以局部塑性变形为主;高速冲击下,破坏模式表现为溃裂、孔洞贯穿和碎片喷射,并伴随着大范围的塑性变形。低速冲击下塑性变形范围随冲击速度升高而增大,而高速冲击下则相反。高速冲击下,点阵夹芯结构的贯穿过程分为面板接触、局部屈服、芯材压溃、穿透4个阶段,弹丸经历了急-缓-急3段减速过程,并对应2个加速度高峰,第2个加速度峰值低于第1个加速度峰值的50%;低速冲击过程中,弹丸仅有1次减速过程,加速度峰值随冲击速度的升高而增大,最终弹丸反弹。     

岩石材料动态破坏的近场动力学方法数值模拟

裂纹的聚集、扩展、分叉是岩石等脆性材料破坏失效的关键因素，本文在验证了近场动力学方法在研究岩石类材料裂纹动态扩展方面的有效性之后，采用近场动力学方法分别对冲击载荷作用下含有双裂纹岩石材料和单轴压缩作用下含单斜裂纹的岩石材料进行数值模拟．结果表明，对于双垂直裂纹，其裂纹扩展路径大致与预制裂纹成70°夹角；对于单裂纹，裂纹的扩展路径随裂纹倾角的变化而变化，最终导致构件的整体破坏．数值模拟结果表明近场动力学方法可以很好地模拟岩石等脆性材料的裂纹扩展直至破坏的过程，反映裂纹扩展的物理机理；其作为一种新的基于非局部理论的数值方法，在地下岩体工程方面及页岩气的开采方面会有很好的发展前景．     

动载作用下复合型裂纹扩展的近场动力学模拟

构建改进的非局部近场动力学模型和粒子系统动力加载算法,开展复合型裂纹动力扩展过程模拟。在常规近场动力学微极模型中引入能反映非局部长程力尺寸效应的核函数修正项,以提高计算精度和收敛稳定性。通过模拟动载作用下含复合型裂纹混凝土三点弯梁的裂纹扩展与破坏过程并与试验结果对比,验证了本文模型和算法的可靠性。在此基础上,通过分组模拟分析了动载作用下,初始裂纹的位置、长度和方向对含复合型裂纹三点弯梁破坏模式、起裂时间与承载能力的影响规律。     

冲击载荷作用下韧－脆复合板结构中脆性材料破碎的实验和数值模拟

本文以冲击实验和有限元分析研究了韧－脆复合材料结构中脆性材料的破碎问题。材料的破碎图具有一定的分形特征，其分形维数随冲击载荷的增大而增加。基于实验结果的非线性动力有限元分析对这类破碎图样的演化给出了动态过程模拟     

冲击载荷作用下弹塑性板的反常动力响应研究

对弹塑性方板在横向脉冲载荷作用下动力响应的反直观行为进行了数值模拟及分析,给出了产生反直观行为的载荷范围和对相关问题的探讨。详细的分析发现,随着脉冲强度的增加,在几个窄的载荷区域,板的响应是反直观的,而且在此附近,结构参数、载荷等因素的微小改变将导致响应模式的很大差异,表明反直观行为对这些参数的敏感性。进一步的计算表明,这一特殊的动力行为主要与板的内力间的相互耦合作用密切相关,同时,卸载后的结构反弹到另一侧时发生较大的反向塑性变形,导致能量的进一步耗散,使板呈现反常的动力响应,这一现象是几何与材料两种非线性相互作用的结果。     

圆板在物体撞击下的非线性动力响应

本文在Von Kármán大位移的意义上,利用虚位移原理伽辽金方法建立了圆板在物体撞击下的非线性动力响应的控制微分方程,在研究响应问题时,考虑了冲击载荷与圆板位移响应之间的耦合影响,文中使用时间增量法和奇异摄动理论求解问题的控制方程,获得了固支圆板非线性动力响应的近似解,并且求解了具体算例,绘出了圆板位移、应力响应曲线以及冲击力随时间的变化曲线。     

圆板在物体撞击下的非线性动力响应

本文在Von Kármán大位移的意义上,利用虚位移原理伽辽金方法建立了圆板在物体撞击下的非线性动力响应的控制微分方程,在研究响应问题时,考虑了冲击载荷与圆板位移响应之间的耦合影响,文中使用时间增量法和奇异摄动理论求解问题的控制方程,获得了固支圆板非线性动力响应的近似解,并且求解了具体算例,绘出了圆板位移、应力响应曲线以及冲击力随时间的变化曲线。     

冲击作用下刚塑性拱的大变形响应分析

本文对受集中冲击作用的深圆拱的刚塑性动力响应进行了理论分析和数值计算，用瞬时构形法得到了问题的全程解，提出发生反向弯曲的必要条件和反向弯曲变形的近似分析方法，确定了反向弯曲出现的临界冲击速度范围，并讨论质量比，能量比和支承条件对结构的响应时间，塑性形区域和最变形的影响。本文理论分析结果与实验数据吻合。     

多孔金属夹层板在冲击载荷作用下的动态响应

借助两种有限元软件ABAQUS和LS_DYNA, 模拟和分析了两种厚度不同的泡沫铝合金夹层板(三明治板)、方孔蜂窝形夹层板和波纹形夹层板在冲击载荷下的动态响应. 4种夹层板的单位面积密度相同,冲击载荷分别用泡沫铝子弹与不锈钢子弹模拟. 讨论了泡沫金属夹层板和格构式夹层板在不同冲击载荷作用下的变形机制,重点在于对夹层板的吸能特性及板内各部分吸能变化规律的探讨.研究结果表明: 在泡沫子弹冲击下,夹层板主要是通过自身变形来消耗子弹动能,并转化为自身内能. 厚度为22\,mm的泡沫金属夹层板吸收能量最多,底面变形最小,是结构性能最优的夹层板;在刚性子弹高速冲击穿透过程中,格构式夹层板的吸能性能比单位面积密度相同的泡沫金属夹层板的吸能性能更好. 波纹形夹层板的能量吸收能力在4种板中最高.      

爆炸加载时光弹性材料动态性能参数的测定

文章从工程应用的角度出发介绍了测定爆炸加载时光弹性材料动态性能参数的方法。给出了环氧树脂、聚碳酸脂的动态测定结果,还给出了环氧树脂的(i～K)关系及静态抗拉、抗压强度。     

受面内冲击载荷下加筋板的非线性动态屈曲

分析了受面内冲击载荷下加筋板的非线性弹性动态屈曲.考虑板与筋的膜力,忽略面内位移,运用Hamilton变分原理,得出非线性控制方程,采用双级数形式的挠度假设,由Galerkin方法得到离散方程组,根据B-R准则,判断加筋板的动态屈曲.     

爆轰载荷作用下球形空腔的动力响应

以位移为未知量,利用拉普拉斯变换法,研究了球形空腔在爆轰载荷作用下的动力响应问题,获得了问题的参数解,并通过直接代入,验证了解的正确性。     

NUMERICAL SIMULATION STUDY ON DYNAMIC RESPONSE UNDER RUDDER CONTROL

针对超声速机动飞行器舵面操纵动态响应问题,开展了相应的算法研究,建立了适用于模拟舵面与弹体相对运动及弹体气动力动态响应的非定常计算方法和局部动态网格变形技术. 以方形弹超声速绕流为例,验证了所提出的定常和非定常计算方法. 对方形弹舵面操纵的3种基本过程(脉冲、阶跃和谐波) 进行了数值模拟,获得了舵面操纵下导弹的俯仰运动对操纵的响应过程. 研究结果表明,快速的舵面操纵过程,甚至会导致导弹的俯仰运动失稳.     

DYNAMIC BUCKLING OF STATICALLY PRELOADED RING-STIFFENED CYLINDRICAL SHELLS UNDER AXIAL FLUID-SOLID IMPACT LOADING

The Initial Imperfection Amplified Criterion is applied to investigate the geometric nonlinear dynamic buckling of statically preloaded ring-stiffened cylindrical shells under axial fluid-solid impact. Taking account of the effects of large deformation and initial geometric imperfection, the governing equations are obtained by the Galerkin method and solved by the Runge-Kutta method. The effects of static preloading (uniform external radial pressure) on the buckling features and the load-carrying ability of ring-stiffened cylindrical shells against axial impact are discussed. The project is supported by the National Natural Sciences Foundation of China (No. 19802017).