韧性金属圆环高速膨胀碎裂过程的有限元模拟

用数值方法模拟了韧性金属圆环的自由膨胀碎裂过程. 采用Johnson-Cook热黏塑性本构模型描述材料的动态变形和热软化特性, 采用包含内聚力失稳断裂准则的Johnson-Cook型损伤断裂模型描述材料的破坏和分离过程, 采用结合单元消去技术的ABAQUS/Explicit程序进行分析. 在特定膨胀速度下对多个圆环进行碎裂数值实验, 获得碎片样本集合. 研究证实, Grady-Kipp基于塑性卸载波传播机制的韧性碎片尺寸公式可以较好地预测碎片的平均长度. 模拟再现了圆环碎裂过程中塑性卸载波的传播,揭示了Grady-Kipp公式合理性的物理基础.      

高速碰撞数值计算中的SPH自适应粒子分布法

针对传统光滑粒子法在计算高速碰撞问题时会出现近邻粒子逸出核函数影响域而产生数值破坏这一缺陷,提出了一种根据粒子间距变化自动添加、合并粒子的SPH自适应粒子分布算法。采用该方法对Taylor碰撞和超高速碰撞问题进行了数值模拟,结果表明,该方法可以有效地消除计算中出现的数值破坏,提高计算精度。     

金属韧性断裂的细观研究

对三点弯曲试件裂尖及断裂过程分别用 Prandtl-Reuss本构、Gurson本构方程作了大变形弹塑性有限元分析 ,并比较了二者的结果。对裂尖应力分布 ,应变分布和裂尖处空穴演化作了初步研究。计算模拟结果表明裂尖空穴化区域是一个很小量级的区域 ,采用 Gurson本构方程来研究裂尖“过程区”比采用 Prandtl-Reuss本构方程分析“过程区”来的合理 ,更接近材料实际断裂过程。     

充液金属圆柱壳受弹体冲击的整体变形与局部破坏分析

在地基梁类比方法基础上,建立了一组充液金属圆柱壳受平头弹体侧向正冲击的理论分析模型,该模型可以确定冲击过程圆柱壳的整体变形及弹性的穿透破坏,利用该模型计算了弹道极限速度,弹体及圆柱壳的冲击响应历程,特别地,分析了内压对弹道极限速度等参数的影响,得到了内压与弹道极限速度的关系帮一些有意义的结论,理论结果与已有实验结果基本吻合。     

受轴向撞击复合材料管的渐进破坏

玻璃—环氧圆柱壳 (管 )的撞击试验表明它的破坏是渐进过程。在低加载速率范围假定圆柱壳与均质圆柱杆具有相同的轴向破坏过程基础上 ,通过建立它们之间的刚度等效关系 ,复合材料圆柱壳的破坏问题简化为一维碰撞问题。根据一维应力波传播的理论 ,提出了圆柱壳受轴向撞击破坏的简化模型 ,分析了这一破坏过程中的能量变化。结果表明本文所提模型能较好地描述圆柱壳受轴向撞击渐进破坏。     

高速碰撞的三维欧拉数值模拟方法

介绍一种可用于高速碰撞问题数值模拟的三维弹塑性流体动力学数值计算方法,以及应用该方法研制的应用软件ＭＥＰＨ３Ｄ,并给出了一些高速碰撞问题的数值计算结果,计算结果表明该程序具有计算三维高速碰撞问题的能力。     

高速碰撞中的有限元方法及其应用

讨论了连续介质力学守恒方程的有限元离散方法,针对高速碰撞的物理特点,提出了数值计算中所应重视的问题及其有效的解决办法。文中给出的典型算例说明本方法对各类高速碰撞问题的数值模拟计算是十分有用和成功的。     

高速侵彻混凝土弹体侵蚀效应试验研究

为了探究高速侵彻条件下弹体侵蚀效应及其影响因素,本文利用滑膛炮发射平台,采用次口径发射技术,在800～1800m/s速度范围内,开展了卵形头部弹体高速侵彻混凝土终点效应试验,重点研究了弹体口径、材料、CRH(曲径比)、长径比、屈服强度等因素对侵蚀效应的影响。通过试验获得了高速侵彻条件下弹体侵蚀变形情况,分析了侵彻深度和弹体质量损失率的影响规律,对弹体侵蚀机理进行了探讨。结果发现:通过合理设计弹体结构,提高极限速度大小,增大弹体截面比动能,可以有效增加弹体最大侵彻深度;提高弹体材料动态屈服强度能在一定程度上减小弹体侵蚀效应,提高侵彻深度。     

弹体高速侵彻混凝土质量侵蚀实验研究

为研究弹体高速侵彻混凝土过程中质量侵蚀规律及特性,开展了一系列实验研究,进行了不同速度(800～1500m/s)侵彻不同强度(C30～C80)混凝土试验,根据试验结果拟合出了既定材料弹体质量侵蚀同侵彻速度之间的对应关系。试验结果还表明:(1)对于该种材料弹体,当侵彻速度小于1200m/s时,弹体侵蚀量不仅同Vs2(动能)呈线性关系,也随混凝土强度的提高而增加;(2)对于材料为60Si2Mn的弹体,其理想侵彻速度为1100m/s～1200m/s之间;高于该速度,质量侵蚀严重,弹体侵彻能力急剧下降;(3)弹体质量侵蚀主要发生在头部,当侵彻速度较低时,磨损是导致弹体质量损失的主要因素;当侵彻速度逐步提高,超过某临界值时,熔融和磨损是导致弹体质量损失主导因素。     

损伤演化对韧性金属碎裂过程的影响

固体在冲击拉伸载荷作用下会断裂成多个碎片,基于线性内聚力断裂假设的Mott-Grady模型能较好地预测碎裂过程所产生的平均碎片尺度的下限。然而实际上,韧性金属的损伤演化是多元化的,为此通过数值模拟方法研究了不同损伤演化规律对韧性碎裂过程的影响。利用ABAQUS/Explicit动态有限元软件数值再现了韧性金属杆（45钢）在高应变率下拉伸碎裂的过程,分析了线性和非线性损伤演化对韧性碎裂过程的影响规律。结果表明：损伤演化规律对韧性金属的碎裂过程具有显著影响,非线性指标α越大,碎裂过程产生的碎片数越少;Grady-Kipp碎裂公式仍能在一定范围内预测韧性碎裂过程中产生的碎片尺寸;当非线性指标α远大于零时,在较低冲击拉伸载荷作用下,数值模拟结果和Grady-Kipp模型预测值偏差较大,随着应变率增大,数值模拟结果与Grady-Kipp模型预测值吻合较好。

     

韧性金属Kaiser效应方向独立性的实验研究

Kaiser效应是声发射技术实际应用的理论基础。本文以韧性金属材料Q345不同方向拉伸实验为例,探究力的方向对韧性金属Kaiser效应的影响。实验结果表明,韧性金属材料在某一方向加载时,表现出了Kaiser效应;当改变加载方向时,呈现出与第一次加载方向类似的声发射特性,说明声发射现象对其他加载方向上所承受的最大载荷不具有记忆的能力,而仅与该方向承载历史有关,即韧性金属Kaiser效应与力的方向性间具有独立性。同时,利用细观损伤理论对这一现象产生的机理进行了定性的解释。     

尖头弹穿甲韧性金属靶模型分析

基于延性扩孔模式,分析了尖头弹穿甲韧性金属靶的Chen-and-Li模型和Forrestal-and-Warren模 型。结果表明,2种模型形式相同但适用范围不同,差异源于分别应用球形和柱形动态空腔膨胀理论。将2 种模型与相关尖头弹穿甲金属靶的实验数据做了比较,对应于尖头刚性弹对韧性金属靶的延性扩孔穿甲,理 论分析与实验结果吻合。     

受拉钢筋混凝土构件破坏过程的数值模拟

采用三维材料破坏过程分析MFPA3D系统,对钢筋混凝土构件轴心受拉条件下的受力、变形与内部裂纹萌生、扩展及最终破坏全过程进行了数值试验研究。数值模型中引入统计分布函数反映了混凝土的非均匀性影响,并采用具有残余强度的弹性损伤本构模型及其破坏单元材料性质退化方法,利用位移加载方式对钢筋混凝土构件实施拉伸加载。通过对钢筋、素混凝土方形体以及钢筋混凝土方形柱体构件在拉伸作用下破坏过程的数值试验,分析了钢筋与混凝土两种材料之间的相互作用、约束机理和破坏机理。数值试验成果对于深入了解钢筋和混凝土的联合受力规律和钢筋在开裂前后对整体钢筋混凝土结构的作用机制有参考价值。     

强激光照射受拉铝板的破坏过程

本文介绍受拉伸载荷的铝板试件被强CO_2激光照射吋,铝板断裂破坏,断口观察以及数学模拟计算等研究。认为裂纹在垂直于拉伸方向的烧斑直径与烧斑边缘的两个交点上餡生,以后沿着直径两边发展,直至完全断裂。     

牙冠修复体受触压载荷破坏的实验研究

由于陶瓷美观且成本较低,烤瓷熔附金瓷冠和全瓷冠是临床中治疗牙体缺损与牙体缺失最为常用的修复体,但瓷层的脆裂仍然是人造牙冠破坏的主要形式.参照磨牙结构和尺寸,利用独特的工艺制作了磨牙剖面试件,设计了加载装置,利用钨钢球触压模拟了口腔中的咀嚼载荷,在微型实验机准静态触压加载的同时,用CCD电视摄像机实时采集试件受载变化过程序列图;采用了二维数字图象相关法分析了烤瓷熔附金瓷冠和全瓷冠中微裂纹产生、演化及主要的破坏过程,确定了微裂纹产生时临界载荷大小和人造冠的破坏形式.     

金属蠕变与蠕变破坏理论综述

本文对金属在均匀单向与复杂应力状态下的蠕变与蠕变破坏行为及结构物蠕变下持久性发展了系统的试验与理论研究。 在试验研究中本文考虑了各种金属在恒应力与变应力下的行为,应力集中,加载方式对蠕变破坏的影响;同时还提出了材料的结构损伤的新的量测方法。     

利用金属塑性变形原理的碰撞能量吸收装置

1.引言在现代世界上,各种车辆、船舶、飞行器的数量越来越多,速度越来越快,碰撞事故也随之日益增加,每年都要造成严重的生命和财产损失。因此,近20多年来,碰撞问题已引起许多国家的严重关注。解决这个问题的主要途径,是研究与提高各种车辆、船舶、飞行器结构的耐撞性(structural crashworthiness),参见[1—4]。同时,在某些特定的工况(例如飞行器的紧急着陆,核电站和高速公路旁重要设施的防护等等)下,已有结构难以满足吸      

陶瓷／金属连接界面韧性及其实验测定

基于能量叠加和梁的等效截面转换原理,本文导出了计算Ｓａｎｄｗｉｃｈ梁试样界面裂纹扩展能量释放率的解析式,并利用专门设计的四点弯曲实验系统测得了Ｓｉ３Ｎ４／Ａｌ真空扩散连接界面的韧性,进而为优化陶瓷／金属连接工艺、筛选材料组配和评价其连接界面的抗断裂性能提供了必要的研究方法和实验手段。     

充水压力管道受弹体冲击破坏的实验研究

报导了厚壁管(外径D=45 ,壁厚H=3 )和薄壁管(外径D=44 ,壁厚H=1 )两组充水压力管道的撞击穿透破坏实验结果.借助落锤装置实现对三跨连续管梁撞击加载,冲头形状有平头、半球头和90°圆锥头三种.实验为内空管和管内充水加压0 MPa,5 MPa,10 MPa,15 MPa和20 MPa六种工况.实验得到了不同工况下的破坏模式,同时记录了撞击过程中管内压力变化时程曲线及冲击力时程曲线.实验结果表明,内充介质显著降低了薄壁管的穿透能量,而对厚壁管的降低程度较小.随内充介质的压力增高,穿透能量也有不同程度的降低.