多跨薄壁压力管道侧向冲击破坏的实验研究

对三跨连续压力管道侧向受平头、半球头及锥头弹体冲击破坏进行了实验研究,获得了不同工况下的临界破坏速度及相应的破坏模式,实验过程中测量并记录了薄壁圆管的变形、冲击力时程曲线及内充液体的压力变化。实验结果表明,内充介质的存在极大地降低了临界破坏速度,同时临界破坏速度随内充介质压力的增加而减小。     

厚壁压力管道侧向冲击破坏的实验研究

本文报导了三跨连续压力管道侧向受平头、半球头及锥头弹体冲击破坏的实验研究结果,管的外径为45mm,厚度为3mm,内充液体压力分别为0MPa,5MPa,10MPa,15MPa和20MPa五级,获得了不同工况下的临界破坏速度及相应的破坏模式,实验过程中测量并记录了圆管的变形、冲击力时程曲线。实验结果表明,内充介质的存在降低了临界破坏能量,同时临界破坏能量随内充介质压力的增加而减小。     

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 =4 5mm ,壁厚H =3mm)和薄壁管 (外径D =4 4mm ,壁厚H =1mm)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 0MPa ,5MPa ,10MPa ,15MPa和 2 0MPa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 .     

《力学进展》总目录2004年第34卷第1（总第137）期-第4（总第140）期

综述评论关于飞行和游动的生物力学研究..............................……,..................……童秉纲陆夕云1(1)双曲守恒律方程的加权本质无振荡格式新进展..................................……徐振礼刘儒勋邱建贤1(9)圆管及内充压力介质管道撞击大变形与破坏...........................……张善元路国运程国强雷建平1(23)采用压电和勃弹性材料的杂交阻尼控制的研究...……、二,.、二,.....……杜华军邓年春邹振祝黄文虎1(32)关于限制失稳的研究进展....……,....................................................……郭英涛任文…     

局部冲击作用下刚塑性平板的动力响应和失效模式

基于理想刚塑性的材料模型假定,同时考虑靶板弯曲塑性变形和剪切滑动,完整地分析了平板受刚性体撞击或受局部压力脉冲冲击的动力响应和失效模式。得到了撞击物侵彻深度、靶板穿透条件、塑性变形范围等特征变形破坏参数的解析表达式。讨论了撞击物速度、压力脉冲的冲量和形状等参量对响应和破坏模式的影响。比较了刚塑性理论分析结果与相关的实验和弹塑性数值计算结果。     

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。     

陶瓷/液舱复合结构抗侵彻数值分析

为研究陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理,在前期弹道冲击实验结果基础上,运用LS-DYNA进行了数值模拟,再现了陶瓷/液舱复合结构在弹体冲击下的破坏过程和破坏模式,得到与实验一致的结果。结果表明:弹体撞击结构后,结构内产生的冲击波以撞击处为圆心、以球形向前传播,并在结构内来回反射振荡;弹体在水中运动时,水中形成空泡且不断扩展,弹体头部水域形成高压区域;弹体发生墩粗和侵蚀破坏,在低速冲击下,弹体破坏主要发生在穿透陶瓷和前面板过程中,在高速冲击下,弹体破坏主要发生在水中运动阶段,最终形成类似“饼状”的严重变形;前、后面板发生局部破坏和整体变形,在高速弹体撞击下,后面板将发生花瓣开裂。     

横向冲击载荷下不同约束泡沫铝夹芯圆管的动态响应

以泡沫铝夹芯圆管为研究对象,采用数值模拟研究了横向冲击载荷作用下4种不同约束夹芯圆管的动态响应。研究了夹芯圆管的几何参数、冲击速度和芯层泡沫铝相对密度对夹芯圆管力学行为的影响,对比分析了不同约束条件对泡沫铝夹芯圆管变形模式和吸能性能的影响。结果表明:随着内管直径的减小、冲击速度的增大和芯层泡沫铝相对密度的增大,泡沫铝夹芯圆管的比吸能增大;内管壁厚的增加使无约束和倾斜约束下夹芯圆管的比吸能增大,对侧壁约束和组合约束下夹芯圆管的吸能影响不明显;采用一定的外部约束条件是提高泡沫铝夹芯圆管吸能性能的一种可行的方法。     

水流冲击管道内滞留气团现象的VOF模型仿真分析

针对复杂管道系统内水流冲击滞留气团现象,采用VOF模型(Volume of Fluid Model)进行了数值模拟计算,并与一维模型进行了比较计算分析,结果表明:系统的最大压力并不总是气团的最大压力,有可能还会叠加水体对管壁的撞击而形成的突然升高压力.与实验实测结果的比较分析表明:采用VOF模型,能够较精细地仿真水流冲击滞留气团现象的气团形态、流场结构以及压力分布等的变化过程,其压力数值计算结果与实验实测基本吻合,其计算误差明显小于现有一维模型的计算误差,是深入研究该复杂瞬变流现象的有效方法.     

内爆炸载荷下泡沫铝夹芯圆管塑性动力响应及能量耗散机理

通过实验、理论和数值模拟研究泡沫铝夹芯空心圆管在内爆载荷作用下的动态变形模式及吸能机制.采用不同质量的球形乳化炸药进行爆炸试验.结构轴向变形分为3个区:大塑性变形区、绕塑性铰的刚性旋转区和无变形区.在考虑环向膜力和轴向弯矩的情况下,提出内爆作用下夹芯圆管动态响应的显式计算方法.通过建立基于三维Voronoi算法的泡沫芯有限元模型,探索结构能量耗散机制.通过实验观测到的泡沫铝夹芯空心圆管在内爆载荷作用下的变形机制,结合内外管的弯曲变形及芯层压缩,给出了结构在响应过程中能量吸收的理论解.以结构比吸能和外管中心挠度为控制参量求得夹芯圆管的最优解集.进一步研究炸药质量、内外管直径、壁厚及芯层轴向梯度排列方式对结构动态变形模式和吸能机制的影响.结果表明:内管壁厚对外管中心线的挠度影响较大,而芯层厚度和外管壁厚的影响较小;如果夹芯圆管的轴向梯度结构从管轴向对称面到两端边缘呈对称递减分布时,具有较好的抗爆性;数值计算和实验测试结果均与理论预测吻合.     

DENTING AND FAILURE OF LIQUID-FILLED TUBES UNDER LATERAL IMPACT

In this paper, numerical simulation of impact cases of liquid-filled tube impacted by missiles is conducted with a commercial finite element code LS-DYNA, and the results obtained are compared with the experimental data to verify the validity of the numerical simulation model adopted. With the verified numerical method, the processes of dynamic response of a blunt indenter impacting an empty or liquid-filled three-span continuous tubular beam are studied when the parameter such as the indenter’s mass, liquid’s density or impact velocity is varied and the other conditions are kept the same. The simulation results indicate that the critical perforation energy and the deformation of the wall of the pipe are significantly influenced by the presence of the liquid and the pressure. The liquid filling the tube provides a ‘foundation’ pressure to resist and localize the deformation, which may affect the perforation process and lead to a reduction of the ballistic limit. The simulation results also indicate that the increase of the fluid density filled in the tube will decrease the ballistic limit, but the fluid density must be in some scope. The relationship between the ballistic limit velocity of the tube and the mass of the impact missile is nonlinear in the Cartesian coordinate while it becomes linear through logarithmic transformation.     

AN EXPERIMENTAL INVESTIGATION ON THE IMPACT PERFORATION FAILURE OF WATER-FILLED-PRESSURIZED PIPELINES

Some experimental data recorded from impact tests on empty and water-filled pressurized mild steel pipes are presented. The pipes were supported as a three-span continuous beam and impacted laterally by a rigid indenter at the mid-span of middle span. Three kinds of indenter nose shapes were used: blunt-nose, hemisphere-nose and 90?conical-nose. The internal pressure ranged up to 20 MPa. The perforation failure modes and corresponding critical impact energies were obtained under different test conditions. The time-history curves of the internal pressure and impact force were given. The experiments show that the media filled in the tube greatly decreased the ballistic limit energy.     

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提出了一种采用有限元法计算钢管混凝土受剪时等效剪切模量的方法,并对该方法 的正确性进行了验证;在分析了各种因素对等效剪切模量影响的基础上,给出了圆形和方形 钢管混凝土受剪时等效剪切模量的简化计算公式;与其他得到钢管混凝土剪切模量的方法进 行比较,分析了结果不同的原因,表明对钢管混凝土采用有限元计算研究其等效剪切模量的 方法更为合理.     

不同失效模式下轴压管状结构的吸能特性比较

圆管、方管等管状结构受轴向的压缩作用,是工程上常见的一种结构受力形式.由于几何尺寸、边界条件和材料特性的不同,管状结构可以发生5种不同的失效模式:渐进屈曲、整体失稳、翻转、膨胀和劈裂.本文综述了近年来管状结构在轴压作用下不同失效模式的理论建模、实验测试和数值仿真研究结果,并对5种失效模式的力学响应、能量吸收特性进行了对比与分析.     

泡沫铝填充薄壁圆管的三点弯曲实验的数值模拟

泡沫金属填充薄壁结构的应用日趋广泛,建立合理的数值计算模型对结构设计和工程应用非常重要.该文通过对泡沫铝填充薄壁铝合金圆管的三点弯曲实验的数值模拟,研究了它的力学行为.采用ABAQUS软件,建立了空管和泡沫铝全填充管的有限元模型,并对这两种结构在三点弯曲下的力学行为进行了数值模拟,所得结果与实验结果符合得较好.通过数值模拟分析了结构的承载机理和不同压头直径对结构承载能力的影响.此外,还研究了泡沫铝部分填充圆管的三点弯曲行为,分析了不同填充长度对结构承载能力的影响.     

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为了研究爆炸及燃烧产生的“蘑菇状”烟云,采用中尺度气象模式RAMS(Regional Atmospheric Modeling System)模拟计算了冲击波过后的爆炸烟云运动过程。对于稳定层结大气条件,模拟结果显示爆炸烟云造成的流动是一个多层次涡-波运动的过程。爆炸烟云在浮力作用下会形成浮力涡环结构,在到达最大高度以后,其烟云外侧边缘部分涡度变号,形成了环套环的多涡结构。随时间增加,涡能量的逐步衰减,涡运动转变为重力内波运动。通过模拟不同爆炸当量和不同稳定度烟云的上升最大高度,得到了与目前常用的爆炸烟云上升公式一致的形式。     

弹粘塑性圆管中动应力集中的数值计算研究

本文采用沿次特征线积分方法,求解纵向冲击载荷作用下弹粘塑性圆管的动应力集中问题。数值计算结果表明:动应力集中的发生位置取决于圆管的壁厚与外环半径之比,圆管内各点最大拉应力中的极值依赖于冲击载荷的升载时间及圆管的材料特性。本文研究了避免发生动应力集中的条件,并同相对应的圆柱体的数值计算结果进行了比较。     

A STUDY ON THE EFFECT OF RADIAL INERTIA ON THE ELASTO-PLASTIC COMBINED STRESS WAVE PROPAGATION IN THIN-WALLED TUBES

An in-depth analysis of propagation characteristics of elasto-plastic combined stress waves in circular thin-walled tubes has been made. In obtaining the simple-wave solution, however, most researches have ignored the influence of the circumferential stress related to the radial inertial effect in the tubes. In this paper the incremental elasto-plastic constitutive relations which are convenient for dynamic numerical analysis are adopted, and the finite-difference method is used to study the evolution and propagation of elasto-plastic combined stress waves in a thin-walled tube with the radial inertial effect of the tube considered. The calculation results are compared with those obtained when the radial inertial effect is not considered. The calculation results show that the radial inertial effect of a tube has a fairly great influence on the propagation of elasto-plastic combined stress waves. Project supported by the National Natural Science Foundation of China (No. 19572064) and the National Defence Preresearch Foundation (No. 96J11. 4. 4. 0102).