工程陶瓷引弧微爆炸加工冲击力建模及实验分析

介绍了引弧微爆炸加工过程中冲击力产生的原因,利用单因素实验确定影响冲击力的主要工艺参 数,利用正交实验和回归分析的方法建立了冲击力指数型经验模型,得出工艺参数对冲击力的影响规律。实 验结果表明:工作电流、工作气压和微爆炸发生器喷嘴直径是影响冲击力大小的主要工艺参数,冲击力随着工 作电流的增大而减小,随着工作气压和喷嘴直径的增大而增大,而工作脉宽和工作距离对冲击力大小影响不 显著;建立的冲击力模型与实验结果吻合良好。研究结果可以为引弧微爆炸加工过程的控制提供参考依据。     

面向工程陶瓷的电极引弧微爆炸加工系统开发与加工特性研究

在对工程陶瓷加工技术发展现状和加工原理简要分析的基础上,借鉴电极放电基本理论和高功率 脉冲技术,研制了电极引弧微爆炸加工系统,对该系统核心组件专用脉冲电源的组成和功能进行了详细的 介绍。通过对Si3N4 陶瓷材料的加工实验,确定了主要加工参数的取值范围,并分析了该系统的加工特性,最 后对电极引弧微爆炸加工技术与激光、电火花和等离子等特种加工技术以及传统的金刚石砂轮磨削技术进 行了简要综合的比较。结果表明,电极引弧微爆炸加工技术是一项全新的低成本加工技术,具有非常广阔的 应用前景。     

爆炸成型弹丸对Al2O3装甲陶瓷材料的侵彻实验研究

用爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)对Al2O3装甲陶瓷材料进行了侵彻（depth of penetration, DOP）实验,得到了99Al2O3装甲陶瓷对模拟EFP的质量防护因数和差分防护因数及他们随陶瓷块厚度的变化规律,初步评估了99Al2O3装甲陶瓷对EFP的抗侵彻性能,解释了装甲陶瓷对EFP的抗侵彻过程和机理。研究结果表明,增加约束可以提高陶瓷的抗侵彻性能。     

Al2O3陶瓷材料应变率相关的动态本构关系研究

采用改进的SHPB实验方法对Al2O3陶瓷的动态力学性能进行了研究,得到了材料在较高应变率范围内的动态应力应变曲线。结果表明,Al2O3陶瓷为弹脆性材料,其动态应力应变呈非线性关系,在较高的应变率范围内,陶瓷材料的动态应力应变关系是应变率相关的;材料的初始弹性模量、破坏应力、破坏应变值随应变率的增大而增大。基于损伤力学的基本理论,给出了Al2O3陶瓷的一维损伤型线性弹脆性本构模型。根据SHPB实验结果确定模型中的参数,得到了Al2O3陶瓷应变率相关的损伤型动态本构方程。     

JH-2模型及其在Al2O3陶瓷低速撞击数值模拟中的应用

利用现有文献数据以及实验与数值模拟结合的方法得到了Al2O3陶瓷的Johnson-HolmquistⅡ (JH2)本构模型参数,并且基于这种含损伤的动态本构模型,采用LS-DYNA 显式有限元软件对Al2O3陶瓷 在低速撞击下的破碎过程进行了数值模拟,再现了试件的损伤演化与动态破碎过程。结果表明,Al2O3陶瓷 在冲击载荷作用下,主要呈轴向劈裂状破坏;随着输入压缩波加载时间的减小,试件的破碎程度加剧;利用 JH-2模型对Al2O3陶瓷在SHPB实验中的动态损伤演化过程的模拟结果与实验回收试件的破碎模式基本一 致,从而验证了JH-2模型在模拟低速撞击下陶瓷动态破碎过程的有效性和可行性。     

弹体对混凝土材料先侵彻后爆炸损伤破坏效应的数值模拟研究

基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA的流固耦合和重启动算法,开展了某新型钻地武器先侵彻后爆炸对混凝土靶体的毁伤破坏效应研究。通过模拟大口径缩比弹侵彻实验和预制孔爆炸实验,验证了材料模型及其参数的可靠性。在此基础上,进一步对预制孔装药爆炸建模、不考虑弹壳的重启动建模和考虑弹壳的重启动建模3种方法进行了比较。数值计算结果表明,由于爆轰产物的外泄,不考虑侵彻预损伤的预制孔装药爆炸方法得到的爆坑直径仅为3倍弹径,且损伤破坏模式与其他2种方法得到的损伤破坏模式区别较大。重启动建模方法继承了弹体侵彻过程中累积的损伤,爆坑直径在原有侵彻损伤破坏的基础上明显增大;且由于弹壳变形破碎消耗部分能量,考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径（约14.5倍弹径）略小于不考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径（约16倍弹径）;但由于破碎弹头的二次侵彻作用,考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度比不考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度增加约5%。上述研究结果可为进一步开展钻地武器先侵彻后爆炸毁伤破坏效应的实验研究提供参考。     

纳米-Al2O3陶瓷粉末的预热爆炸压实实验研究

对纳米-Al2O3陶瓷粉末在预热温度为0.5Tm的条件下,以不同的爆炸压实压力实施了烧结实验。通过X射线衍射分析了烧结体的晶型,并用高分辨率扫描电子显微镜进行了微观组织观察。实验结果表明,纳米-Al2O3陶瓷粉末在爆炸压力为13.1 GPa时可得到晶粒间结合致密且晶粒度在100 nm左右的-Al2O3烧结体;而在爆炸冲击压力为9.35 GPa以下时,烧结体的晶型没有发生转变,仍然是-Al2O3晶型。     

准一维应变下Al2O3陶瓷动态压缩失效的实验研究

为了考察Al2O3陶瓷准一维应变下的力学性能,采用LY12铝套筒和45钢套筒对陶瓷试样进行了环向约束,在准静态和动态下分别进行了压缩实验,得到了材料的应力-应变曲线。实验结果表明,Al2O3陶瓷的轴向压缩强度基本上随围压的增大而增大,动态压缩加载下的轴向压缩强度随应变率增大而增大。Al2O3陶瓷在准一维应变下的破坏形式为裂纹破坏,准静态的脆性失效行为可以用Mohr-Coulomb失效准则来描述。     

比色测温技术在瞬态爆炸温度场测量中的应用研究

为了研究瞬态爆炸温度场分布规律,基于高速相机、黑体辐射理论、图像传感器的拜尔阵列和自编python代码,构建了依据比色测温原理的高速二维温度测试系统,并对添加不同含量TiH₂的乳化炸药、TiH₂粉尘以及C₂H₂气体的爆炸温度场进行了测量。实验结果表明:TiH₂的加入可以显著提高炸药的爆炸温度和火球持续时间,当乳化炸药中的TiH₂质量分数为6%时,爆炸平均温度最大值为3048 K,相比纯乳化炸药提高了41.5%;此外,TiH₂粉尘云火焰平均温度呈现先增大,再稳定,最后减小的趋势,浓度为500 g/m3的粉尘云火焰平均温度高于浓度为833 g/m3的平均温度,其最高平均温度分别为2231 和 2192 K;10%C₂H₂/90%空气预混气体（即体积分数为10%的C₂H₂和90%空气组成）的早期火焰温度均匀,内部略低于边缘温度,随着火焰膨胀,火焰边缘温度逐渐升高,火焰平均温度开始降低。与传统爆炸测温手段相比,比色测温方法可以准确测量某区域的瞬态爆炸温度,获得温度分布云图,为研究瞬态爆轰温度规律及影响因素提供了一种新的技术手段。     

瓦斯爆炸过程中火焰厚度测定及其温度场数值模拟分析

本文通过实验的方法，探讨了瓦斯爆炸过程中火焰厚度变化特性及其影响因素，并对瓦斯爆炸过程中的温度场变化进行了数值模拟。研究结果表明，障碍物存在时，瓦斯爆炸过程中产生的火焰厚度常常会小于无障碍物存在时所产生的火焰厚度；膜片所处位置对瓦斯爆炸过程中火焰厚度也有重要影响，膜片距离爆炸源较近时，火焰厚度明显增大，瓦斯爆炸后，火焰阵面着附近区域与管封闭端附近区域温度变化较为陡峭，而火焰阵面后一段区域的温度变化较平缓，且火焰阵面附近温度较高，在障碍物附近温度很快上升到最大值，然后温度开始下降。研究结果对指导现场防治瓦斯爆炸，减轻瓦斯爆炸灾害具有一定的指导意义。     

DYNAMICAL FORMATION OF CAVITY FOR COMPOSED THERMAL HYPERELASTIC SPHERES IN NONUNIFORM TEMPERATURE FIELDS

Dynamical formation and growth of cavity in a sphere composed of two incompressible thermal-hyperelastic Gent-Thomas materials were discussed under the case of a non-uniform temperature field and the surface dead loading. The mathematical model was first presented based on the dynamical theory of finite deformations. An exact differential relation between the void radius and surface load was obtained by using the variable transformation method. By numerical computation, critical loads and cavitation growth curves were obtained for different temperatures. The influence of the temperature and material parameters of the composed sphere on the void formation and growth was considered and compared with those for static analysis. The results show that the cavity occurs suddenly with a finite radius and its evolvement with time displays a non-linear periodic vibration and that the critical load decreases with the increase of temperature and also the dynamical critical load is lower than the static critical load under the same conditions.     

一种陶瓷刀具材料的摩擦损性能研究

ＴｉＢ２具有熔点高、硬度高和导热性、导电性及抗氧化性能都好等优点，在切削刀具、耐磨零件和某些特殊工况下使用的材料等方面的应用前景广阔．目前，含ＴｉＢ２的Ａｌ２Ｏ３基陶瓷刀具材料已经开发出来并投入实际应用，但对其摩擦磨损特性研究却还不多．因此，采用热压烧结工艺制备了Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷刀具材料，在ＭＭ－２００型摩擦磨损试验机上，对不同ＴｉＢ２含量的增加，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷材料与淬火４５＃钢配副的摩擦学性能作了试验研究．结果表明：ＴｉＢ２的含量增加，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷材料的耐磨性明显提高，而摩擦系数仅略有上升，在切削加工淬火４５＃钢的过程中，Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷刀具的抗磨能力比目前广泛使用的Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＣ陶瓷刀具的高１倍以上．Ａｌ２Ｏ３／ＴｉＢ２陶瓷刀具材料的磨损机理主要是粘着、耕犁和脆性微脱落     

Analysis of radiometer effect on proof mass in purely gravitational orbit

Spacecrafts with the pure gravity environment are of great significance in precision navigation,gravity field measurement for celestial bodies,and basic physics experiments.The radiometer effect is one of the important interfering factors on the proof mass in a purely gravitational orbit.For the gravity field measurement system based on the inner-formation flying,the relationship between the radiometer effect on the innersatellite and the system parameters is studied by analytical and numerical methods.An approximate function of the radiometer effect suitable for the engineering computation and the correction factor are obtained.The analytic results show that the radiometer effect on the inner-satellite is proportional to the average pressure while inversely proportional to the average temperature in the outer-satellite cavity.The radiometer effect increases with the temperature difference in the cavity,and its minimum exists when the cavity radius increases.When the minimum of the radiometer effect arrives,the ratio of the cavity radius to the inner-satellite radius is 1.189 4.This constant is determined by the spherical cavity configuration and independent of the temperature and pressure distributions.When the ratio of the cavity radius to the inner-satellite radius is more than 10,it is believed that the cavity is large enough,the radiometer effect is approximately proportional to the square of the inner-satellite radius,and the influence of the outer-satellite cavity radius on the radiometer effect can be ignored.     

Analysis of cavitation problem of heated elastic composite ball

The cavitation problem of a composite ball under a uniform temperature is investigated, and the ball is composed of two elastic solid materials. The nonlinear mathematical model of the problem is established with the finite logarithmic strain measure for a large geometric deformation and by the Hooke law for elastic materials. The analytic solutions in a parametric form are derived for the thermal dilatation of the composite ball with a large elastic deformation. Solution curves are given to describe the variations of the critical temperature in the cavitation with the geometric and material parameters. The bifurcation curve is also given to reveal the cavity growth after void nucleation. The numerical results for a computational example indicate that the radius of the cavity will rapidly grow above the critical temperature, and the loop stress will become infinite when void nucleation. This means that the materials near the cavity will produce a plastic deformation leading to local failure and fracture if the material of the internal ball is elastoplastic. In addition, the cavitation of the composite ball appears at a low temperature if the elastic property of the material of the internal ball is nearly uncompressible.     

MoSi_2高温磨损行为的配副特性研究

在XP-5型高温摩擦磨损试验机上考察了MoSi2与Al2O3、SiC和Si3N4配对副在1000℃大气环境不同滑动速率下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了试样的磨损表面形貌和相组成.结果表明:随着滑动速率的增加,摩擦系数和MoSi2的磨损率均呈下降趋势,SiC为更适合于MoSi2的高温配对副材料.与Al2O3配对时,MoSi2的磨损机理主要表现为黏着和氧化;与SiC和Si3N4配对时,MoSi2的磨损机理为研磨、轻微氧化和点蚀.     

Al(OH)3对聚丙烯腈粉火焰传播特性影响研究

为研究Al(OH)₃粉体抑爆剂对聚丙烯腈（polyacrylonitrile, PAN）粉尘爆炸的抑制作用,利用透明管道爆炸传播测试系统,研究不同含量的Al(OH)₃对PAN粉尘爆炸火焰传播形态、温度等参数的影响,并采用扫描电镜、热重分析仪、傅里叶红外光谱仪研究Al(OH)₃抑制PAN粉尘爆炸的微观特征,总结出Al(OH)₃对PAN粉尘爆炸的抑制机理。测试结果表明,随着Al(OH)₃质量分数的增加,PAN粉尘爆燃的最大火焰传播距离和传播速度逐渐减小。同时压力监控及温度监控结果显示,随着Al(OH)₃质量分数的增加,PAN粉尘的最大爆炸压力及最大温度均逐渐减小,由此验证了Al(OH)₃对PAN粉尘爆炸的抑制作用,且60%质量比的Al(OH)₃的抑制效果最好。通过对PAN粉尘爆炸固态产物表征及热分析的研究,从物理和化学两个方面分析了Al(OH)₃对PAN粉尘火焰的抑制机理,物理抑制包括包覆、吸热降温、气体惰化3种方式,化学抑制主要通过消耗维持燃烧爆炸连锁反应的关键自由基?O和?OH减少了自由基?H、?OH与?O之间的放热反应。     

不同滑动条件下与氧化铝对摩时灰铸铁中石墨的减摩抗磨作用

考察了灰铸铁/A12O3陶瓷摩擦副在干摩擦、蒸馏水、乳化液和机油润条件下的摩擦磨损特性,并分析灰铸铁中石墨在不同润滑剂润滑下的减摩作用。结果表明：在这几种润滑条件下A12O3陶瓷和铸铁摩擦副的摩擦系数及摩损量都有所降低;在干摩擦及蒸馏水润滑下,石墨能起减摩耐磨作用;而在乳化液及油润滑下石墨难以起到润滑作用。     

幂强化材料和超弹性材料组合球体中孔穴的动态生成

在简单加载条件下,研究幂强化材料和超弹性材料组合球体中的动态孔穴生成和增长问题,首先在有限变形动力学的框架下建立了相应的非线性数学模型,得到了应力的表达式,利用变量变换的方法求得了外加载荷和孔穴半径之间的一个精确的微分关系式,证明了当突加载荷超过其临界值时,球体内部有孔穴的突然生成,并随时间呈现非线性的周期振动．通过数值计算,分析了材料参数和球体的半径比对孔穴生成和增长的影响,并与相应的静态结果进行了比较．结果发现,惯性力的影响降低孔穴生成的临界载荷,而且材料的塑性对孔穴生成和增长有明显的影响．     

三氧化二铝短纤维对ZA22合金干摩擦磨损性能的影响

针对无油润滑场合的实际需要，采用挤压铸造法制取了Ａｌ２Ｏ３短纤维强化ＺＡ２２合金复合材料，并对其在干摩擦条件下的摩擦磨损性能进行了试验研究，同时还用扫描电子显微镜对试样磨损表面形貌进行了观察，进而对材料的磨损机理作了分析与讨论。结果表明，随着Ａｌ２Ｏ３短纤维含量的增大，ＺＡ２２／Ａｌ２Ｏ３复合材料的耐磨性能提高，但摩擦性能降低；当纤维取向垂直于摩擦而时，复合材料的摩擦磨损性能比纤维平行于摩擦面取向     

氧化铝纤维含量对Al2O3f＋Cf／ZL109混杂复合材料耐磨性能的影响

利用挤压铸造法制备了Al2O3f Cf/ZL09短纤维混杂金属基复合材料，并探讨了炭纤维体积分数为4％时，Al2O3纤维含量变化对该复合材料耐磨性能的影响。结果表明：随着Al2O3体积分数增加，复合材料的摩擦系数逐渐增大，复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷大幅度提高，并随Al2O3含量的增加而逐渐增大；在临界载荷以下，影响复合材料磨损率的Al2O3含量临界值为12％，当Al2O3含量低于临界值时复合材料磨损表面无明显剥落，而当Al2O3含量超过临界值后，复合材料磨损表面存在大量的剥落坑，磨损率增大。