水下爆炸冲击波在含吸收层结构中的传播规律的数值模拟

 利用ANSYS/LS-DYNA软件,对水下爆炸冲击波在含有吸收层的多层结构中的传播规律进行了数值模拟。结果表明：冲击波在吸收层中的衰减是由泡沫材料自身的本构引起的;在含泡沫材料吸收层的结构中峰值压力仅为不含吸收层的14%,冲击波传播波形发生改变;在含有泡沫混凝土的多层结构中应力波峰值的下降幅度比含泡沫铝的大,但冲击波传播波形的变化不是很明显;泡沫混凝土中的总能量大于泡沫铝中的总能量,因此泡沫混凝土作为防护吸收层要优于泡沫铝。     

冲击载荷下分层梯度泡沫材料中的应力波传播特性

以一维应力波传播理论为基础,建立了3层金属泡沫材料受到刚性块撞击时的理论模型,研究了刚性块撞击3层泡沫圆杆时的动力响应过程,从理论上给出了刚性块在撞击过程中的速度衰减规律数值解。利用ANSYS/LS-DYNA分析了受刚性块撞击时塑性应力波在3层泡沫材料中的传播过程,比较了刚性块以及层间界面处节点速度的变化规律。通过对比有限元结果与理论结果发现:理论模型能够较好地预测冲击载荷下分层泡沫材料各界面的速度衰减规律;3层梯度泡沫材料比相同质量的单层均质泡沫材料具有更加高效的吸能和缓冲能力。由于理论假设忽略了反射波以及泡沫材料应变硬化效应的影响,理论解与有限元模拟结果之间存在一定的误差。     

Soda lime玻璃材料中失效波形成和传播研究

 为了研究冲击载荷作用下Soda lime玻璃材料中失效波的形成和传播,通过轻气炮加载平板撞击实验,采用双螺旋锰铜压阻传感器,在一发实验中同时测量4种不同厚度试件背面与有机玻璃背板间界面处的纵向应力时程曲线,根据测量结果得到试件中失效波的传播轨迹。通过改变碰撞速度,对不同加载条件下的失效波形成和传播规律进行了研究,结果表明,Soda lime玻璃材料在冲击作用下产生失效波所需的延迟时间随冲击载荷的增加而减小,失效波传播速度随冲击载荷的增加而增加。最后采用弹性微裂纹统计模型描述冲击载荷作用下Soda lime玻璃的破坏机制,并将模型嵌入LS-DYNA有限元程序中,模拟试件在不同加载条件下的平板碰撞,所得横向应力和自由面粒子速度曲线均可用于表征失效波破坏现象。根据数值模拟结果分析失效波的传播轨迹,与实验测量结果符合较好。     

Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构抗侵彻数值模拟

结合金属/复合材料层合结构的抗侵彻能力,基于混合蜂窝结构低成本、高韧性以及在低速冲击下吸能的特点,设计了一种Al/CFRP(carbon fiber reinforced plastics)/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构,旨在利用各层结构特点,逐步降低弹体速度,高效吸收弹体动能,以达到防护效果。为探究Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的损伤演化规律及吸能特性,开展了Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构在弹体侵彻下的数值分析,探讨了冲击能量对多层结构抗侵彻性能的影响。结果表明：与Al/CFRP复合结构相比,引入混合蜂窝铝后,结构给予弹体的反作用力增大,在能量不变的情况下,弹体作用板的时间变短。在Al/CFRP/混合蜂窝铝复合夹芯多层结构抗侵彻过程中,Al板和CFRP芯层主要抵抗侵彻以降低弹体速度,混合蜂窝铝主要是吸能。在40 J的冲击能量下,结构总吸能为36.79 J,比吸能为0.217 J/g,蜂窝铝芯层吸能占主要部分,吸能比率为30.3%;随着冲击能量的增大,蜂窝铝芯层的吸能比率增至56.2%,即冲击能量较大时蜂窝铝芯层的吸能效果更好。     

梯度泡沫铝的各向异性压溃力学行为

功能梯度泡沫金属因其密度连续变化,在轴向受压时可提供稳定增长的反馈载荷。然而当前研究多局限于其纵向压缩力学响应,考虑到实际应用中可能出现的横向冲击,基于低速冲击实验,考察梯度泡沫铝轴向和横向压缩力学响应的异同,并采用数字图像相关技术和数值模拟方法研究其宏细观压溃机制。结果表明:(1)在力学性能上,相比于纵向压缩加载的梯度泡沫铝,横向压缩加载下具有更高的抗压强度,而平台应力、致密化应变和能量吸收效果低于纵向压缩;(2)在失效变形模式上,纵向压缩变形模式为变形带渐进式压缩,而横向压缩变形模式的变形带则随机出现在试样的各个位置;(3)横向压缩下梯度泡沫铝致密化应变和比吸能的减小是由高孔隙率区的胞孔利用率降低导致的;(4)构建的弹性-塑性硬化-刚性模型能够较准确地描述梯度泡沫铝的纵向压缩力学行为。研究结果可为梯度泡沫金属在爆炸冲击结构防护工程中的设计提供理论参考。     

混凝土材料动态力学性能实验与数值模拟研究

 利用轻气炮对素混凝土材料进行了3种不同冲击速度下的动态力学性能实验,得到了时间-应力曲线,随后利用软件进行数值模拟,将模拟结果与实验结果进行比较,解释了飞片和靶板破坏过程中波的传播过程。通过分析发现：混凝土材料表现出明显的率相关性、滞后效应和应力波的衰减特征,这些与材料内部损伤的演化密切相关;混凝土材料在压缩波、边侧稀疏效应和左、右自由表面反射拉伸波的共同作用下,最终形成宏观破碎;实验中靶板尺寸设计合理,有效避免了边侧稀疏效应对锰铜压阻计测试信号的影响。     

泡沫金属缓冲器的设计新方法及应用

目前对泡沫材料的吸能特性的评估主要有以下几种方法：缓冲曲线、Rusch曲线和能量吸收图。Janssen等人提出的缓冲曲线通常是由自由落体实验测定，比较繁琐。Rusch曲线依赖于经验的本构方程，对应不同的泡沫需要拟合不同的本构方程，因此在应用中也受到限制。能量吸收图将泡沫材料的吸能特性直接与材料的应力应变曲线相联系起来，具有比铰明确的物理意义，能够较好地直接运用到缓冲器的设计中。但吸能图传统上是通过手工作包络线的过程来构建，这经常带来不小的误差甚至带来不少的困难。     

基于电谐振单元的超介质吸波材料及矩形波导匹配终端应用研究

针对在自由空间中测试超介质吸波材料的高复杂性及高成本特点, 实验研究了4种由电谐振单元构成的超介质吸波材料在X波段(8–12 GHz)矩形波导里的吸波性能. 实验结果表明, 此4种吸波材料在终端短路的矩形波导里显示出与其在自由空间中相似的吸波性能及吸波机理.据此, 进一步研究了基于超介质吸波材料的矩形波导匹配终端应用. 分析结果显示, 此种新型匹配终端具有结构紧凑、工作频段可简单控制、成本低等优点. 通过展宽超介质吸波材料的吸波频段可设计出宽频带的矩形波导匹配终端. 关键词： 电谐振单元 超介质 吸波材料 匹配终端     

三层复合结构中的漏Lamb波：理论与实验

本文导出了具有流体负载的三层复合结构中漏Ｌａｍｂ波的特征方程，具体计算了铝／水／铝复合结构中漏Ｌａｍｂ波模式的色散和衰减特性，并与不存在流体负载时结构中经典的Ｌａｍｂ波传播特性作了比较。采用宽频带超声透射谱实验系统，测量了浸没在水中的铝／水／铝结构中的漏Ｌａｍｂ波色散关系。理论与实验结果符合较好。     

冲击加载下20钢中弹性前驱波衰减与应力松弛行为实验研究

 通过改变样品厚度，对平面冲击加载下20钢的弹性前驱波的波幅衰减和应力松弛进行了实验研究。采用激光速度干涉测速仪（VISAR）实测了样品后自由面速度历史，采样频率达到1 ns，保证了实验结果的准确性。实验结果显示：Hugoniot弹性极限随着传播距离呈指数衰减，在所研究的样品厚度范围内，Hugoniot弹性极限减小了44%；应力松弛行为和弹性前驱波的上升沿时间也依赖于传播距离；冲击加载的强度对材料动态屈服行为的影响很小。     

Numerical solutionsfor acoustic Rayleigh wave problems in anisotropic and layered media

A finite difference iterative formulation which has already been applied successfully to acoustic surface wave scattering problems in homogeneous and layered isotropic as well as non-linear media, is extended to cover Rayleigh type mode propagation in anisotropic materials. The transmission, reflection and conversion into bulk modes of Rayleigh waves are studied as a function of relative step height. The waves are incident normally at upward and downward step discontinuities formed by the sudden termination of an uniform aluminium layer on a semi-infinite fused quartz substrate. In terms of the severity of Rayleigh wave scattering, the layered upward step has the most drastic effects, followed by the layered downward and the homogeneous downward steps respectively. Rayleigh wave scattering at a break in a layered waveguide is discussed.     

Measurement of elastic nonlinearity using remote laser ultrasonics and CHeap Optical Transducers and dual frequency surface acoustic waves

A nonlinear ultrasonic technique for evaluating material elastic nonlinearity has been developed. It measures the phase modulation of a high frequency (82MHz) surface acoustic wave interacting with a low frequency (1MHz) high amplitude stress inducing surface acoustic wave. A new breed of optical transducers has been developed and used for the generation and detection of the high frequency wave. The CHeap Optical Transducer (CHOT) is an ultrasonic transducer system, optically activated and read by a laser. We show that CHOTs offer advantages over alternative transducers. CHOTs and nonlinear ultrasonics have great potential for aerospace applications. Results measuring changes in ultrasonic velocity corresponding to different stress states of the sample are presented on fused silica and aluminium.     

Anomalous absorption by multi-layered media

Recent studies have shown that an anomalously strong absorption occurs if a plane wave is incident on specialized layered configurations that exhibit slight losses. By studying the reflectance properties of multi-layered media, we show that such effects may occur in all structures that support leaky waves. This result implies that total or nearly total absorption of energy is possible in a much broader class of layered configurations than was recognized hitherto.     

多重散射方法研究轴对称空腔覆盖层的声学特性

发展了一种多重散射方法研究声学覆盖层的半数值半解析模型,分析了影响轴对称空腔结构声学性能的主要能量耗散机制。在球坐标条件下推导出轴对称空腔结构的位移和应力场基函数,通过对空腔表面基函数的数值积分,得到散射波和入射波之间的传输矩阵方程,结合分层介质声传播理论计算了周期性空腔结构覆盖层的反射、透射和吸声性能。研究结果表明;空腔共振是低频能量耗散的主要形式,边界条件对材料空腔结构的谐振特性影响很大,利用双空腔耦合共振可以拓宽材料的低频吸声频带;背衬对材料的高频吸声影响较小,材料的高频能量损耗取决于空腔的散射和波型转换特性。      

泡沫铝的低频内耗特征研究

采用粉末冶金发泡法制备的泡沫铝试样，研究了室温下低频范围（0.04—4Hz）泡沫铝的内耗与孔结构（孔隙率和孔径）、频率、振幅之间的关系．结果表明泡沫铝的内耗具有以下特征：孔径一定时，内耗随孔隙率的增加而增大；孔隙率一定时，内耗随孔径的减小而增大；在测量频率范围内，内耗与频率近似无关；小应变振幅时内耗随振幅的增大而增大，具有正常振幅效应．提出了泡沫铝的内耗产生机制，根据等效夹杂方法和钉扎位错内耗特点进行了理论分析，较理想地解释了实验结果 关键词：     

超声阵列方法在层状结构损伤检测中的应用*

层状钢筋混凝土结构常见的裂缝、层间离缝等损伤具有尺度小、隐蔽的特点,常规检测方法无法对其精确查明与定量评价。以高铁层状无砟轨道结构为研究对象,使用阵列式超声装备采集半矩阵数据,利用全聚焦算法对轨道内部结构及损伤成像,通过线性旅行时插值射线追踪算法计算超声波在层状介质中传播的最短到达时间代入全聚焦成像公式,具有深度准确、分辨率高、聚焦性好的特点。提出一种层间密实度评价方法,以表面超声直达波能量为基准分析反射波能量差异计算密实指数,可定量分析无砟轨道层间状态。文中层状介质的检测和层间损伤定量评价方法有效查明层状无砟轨道层内裂缝和层间离缝,对使用超声波检测层状结构及层间损伤具有借鉴意义。     

基于层状模型的功能梯度板中兰姆波传播研究

功能梯度板中的兰姆波的传播在实际工程中有着非常广泛的应用。采用层状模型研究了兰姆波在材料特性沿厚度方向连续变化的功能梯度板中的传播特性。通过数值计算获得了层状板中兰姆波的色散关系,并与已有结果进行了比较,获得了材料属性沿厚度方向呈指数变化和多项式变化时功能梯度板中兰姆波的波速和位移解。当材料属性连续变化时,兰姆波各阶模态的波速与位移都将发生变化。相比于兰姆波的高阶模态,低阶模态的波速变化更加明显。本文的研究可为功能梯度板的设计提供参考。     

The transmission of finite amplitude sound beam in multi-layered biological media

Based on the Khokhlov–Zabolotskaya–Kuznetsov (KZK) equation, a model in the frequency domain is given to describe the transmission of finite amplitude sound beam in multi-layered biological media. Favorable agreement between the theoretical analyses and the measured results shows this approach could effectively describe the transmission of finite amplitude sound wave in multi-layered biological media.