Z箍缩驱动混合堆第一壁热-力学瞬态响应分析

利用ANSYS程序对Z箍缩驱动聚变-裂变混合堆(Z-FFR)第一壁在瞬态热流加载下的热-力学响应进行了模拟计算，分析了第一壁温度、应力随时间和深度的分布。结果表明，周期性脉冲加载不会导致第一壁产生温度累积效应，第一壁温度峰值409 ℃，出现在钨层表面，钨层最大应力140 MPa，锆合金基底最大应力33 MPa。     

光电桅杆水动力作用下的模态分析

通过对光电桅杆在复杂海洋工况下的水动力学分析,得到了光电桅杆的相关力学参数。在理论分析的基础上,通过对光电桅杆进行有限元模型的建立、材料定义、加载和求解,分析了光电桅杆在受到复杂水动力作用下的静态受力变形和动态固有频率和固有振型,为桅杆的最优化设计提供了设计依据。     

<100> LiF高速冲击变形过程的晶体塑性有限元模拟

结合状态方程建立晶体塑性有限元模型,模拟高速冲击加载条件下100 LiF的动态弹塑性大变形行为,得到应力波剖面特征、动态力学演化规律及其连续介质力学根源。结果表明:毫米级样品经约15 GPa以内的低压冲击,波剖面具有弹塑性双波响应、弹性前驱衰减和应力松弛现象,其决定性因素包括样品厚度、外加压力和材料本构;从连续介质力学角度分析得到,应力松弛本质上是由于黏性塑性流动,导致总应变增速小于塑性应变增速,从而使弹性应变减小、压力降低;提出用压力关于时间的三阶导数大于零作为判断条件,对应力波剖面上双波和单波响应的临界压力进行估测,发现随着样品掺杂浓度的增加,临界压力增大;高速冲击变形的温升效应不可忽略,且温升绝大部分来自弹性体积变形的贡献。     

比色高温传感器参数分析及其在爆炸场中的应用

基于比色测温原理,系统分析了中心波长、波长带宽、立体角等因素对仪器响应速度和测温精度的影响,确定了适用于瞬态高温测量的系统参数。提出了基于光电转换系数和工作波长上下极限的比色高温传感器响应计算方法。在优化的标定温度下,用高温黑体炉进行标定实验,通过对标定数据的分析确定了仪器实际工作参数,并对传感器温度响应进行了计算。结果表明用该方法计算得到的响应关系误差在1%以内。利用该比色高温计现场测试了燃料空气爆炸场的瞬态温度响应,得到了爆轰区温度随时间、距离的变化规律。     

基于3D-DIC对爆炸作用下碳纤维层合板的变形研究

针对3种不同铺层的碳纤维复合材料层合板,设计了开放式爆炸加载实验,研究不同的炸药质量和爆炸距离下层合板的动态力学行为。基于两台高速相机,搭建了高速三维变形场的实验测量系统,记录层合板在爆炸作用下动态变形过程。通过三维数字图像相关方法(3D-DIC)软件计算得到层合板在冲击波作用下的动态位移场和应变场。研究发现:层合板在弱冲击波作用下只发生弹性变形,正交铺层和准均质铺层均表现出良好的抗冲击能力;在强冲击波作用下层合板会产生分层、基体开裂、纤维断裂等形式的损伤,铺层顺序对损伤形式有很大影响。     

船载光电转台设计及特定环境下可行性分析

结合船载光电转台的技术要求,通过pro/E软件设计舰载光电转台的机械结构。根据转台的表面材料,运用ABAQUS软件对其在海洋的等价静力风载、极端温度场和海浪振动3种特殊环境下进行表面变形分析,校验结构的应力和应变,确保满足船载光电转台的设计精度要求;得到在等价静力风载作用下,光电转台的最大应力点大小为255 MPa,小于钢的屈服强度355 MPa;在温差作用下最大应力点分别为174.8 MPa、247.1 MPa,均小于铝合金的屈服强度274 MPa;在海浪振动作用下,1~5阶振型的最大形变位置均不在转轴附近。     

基于流场模拟的涡旋压缩机涡齿应力变形分析

为了更准确地计算涡旋压缩机涡旋齿的应力和变形,提出一种基于流场模拟的应力变形计算方法。通过对涡旋压缩机工作过程进行气体流动的数值模拟,得到其压力场和温度场分布。将流场分布作为载荷边界条件进行涡旋齿的受力变形计算,得到涡旋齿在气体压力、热载荷及其同时作用下的应力分布和变形规律。分析了涡旋齿的径向变形和轴向变形,讨论了不同主轴转角下的涡旋齿应力和变形,比较了动涡旋齿和静涡旋齿的变形。结果表明:在压缩结束时刻动涡旋齿的应力和变形最大,最大应力位于齿头根部,最大变形位于齿头顶部。     

超短光脉冲作用下非晶硅的瞬态光电导

本文对制备时衬底温度不同的辉光放电沉积a-Si样品在超短光脉冲作用下的瞬态光电导进行研究,响应时间与样品缺陷态密度的关系表明a-Si中光生电流衰减的机制是缺陷态对光生载流子的俘获。与化学气相沉积a-Si和进口硅PIN快速光电探测器的瞬态响应实验结果的比较说明,a-Si的瞬态响应稳定性好。     

飞秒激光冲击AZ31B镁合金过程的数值模拟

采用有限元分析法对飞秒激光冲击AZ31B镁合金进行数值模拟,研究了激光冲击处理对镁合金变形过程的影响,分析了单脉冲激光冲击下材料内部的位移、动能、应力和应变的分布情况,得到了材料的瞬态速度和应变率变化过程.仿真结果表明,单脉冲飞秒激光冲击镁合金产生的塑性变形,可在材料表面形成微米级凹坑,中心点处最大位移为34μm,最大变形速度390m/s;在冲击初期,材料表面的应力和应变主要分布在冲击区域中心节点和边缘附近,并且得到镁合金的最大应力和最大应变率分别为955 MPa和1.8×106 s-1.研究结果能够为深入分析飞秒激光与镁合金作用时材料变形参量的变化规律提供数值理论依据.     

极端条件下碳化硅的变形、损伤与破坏研究进展

碳化硅作为重要的陶瓷和半导体材料,在国防军工、航空航天等应用领域和高压物质科学等方面具有重要的应用研究和科学价值。本文对动加载下碳化硅的变形、损伤和破坏等物理力学行为和特性研究进行了梳理,分别从实验研究和计算模拟角度概述了碳化硅在不同加载条件和微结构下的变形与破坏行为研究进展,总结归纳了碳化硅材料动态响应相关研究的若干现存问题,并展望了该领域内几个重要的发展方向,以期为相关群体的研究工作提供有益参考。     

地震作用对大型LNG储罐动力特性影响分析

为研究地震作用对大型LNG储罐结构动力特性的影响,基于ANSYS有限元分析软件对2×104m3LNG储罐进行模态和地震作用下的响应分析,得到储罐在水平地震、竖向地震及水平和竖向地震共同作用下的动力响应特性。结果表明:随着模态阶数的增大,模态振型由拱顶向罐壁延伸;在水平地震作用下储罐水平最大位移变形量、竖直最大位移变形量及等效应力均大于竖向地震作用,而在水平地震作用下储罐水平位移变形、竖直位移变形及等效应力分布规律与水平和竖向地震共同作用相同,水平和竖直方向最大位移变形量及等效应力值近似相等,说明地震对大型LNG储罐结构动力特性影响中水平地震作用是主要的,因此在地震频发地区建设大型LNG储罐时应将水平地震作用下的强度校核结果作为评价储罐抗震性能的一项指标。     

非均匀材料的应变软化及叠层复合材料破坏过程的数值模拟

用有限元方法模拟了非均匀叠层材料的固体力学行为和破坏过程,各层材料性质的初始非均匀性采用某一给定的统计规则描述.用三维网格对试件进行有限元剖分,每个单元具有各自的均匀各向同性常量以反映总体的非均匀性.加载过程中不同单元破坏次序不同,因而整体等效应力应变关系表现出复杂的非线性性.通过数值计算,在选定的具体条件下,模拟了在逐步加载过程中,叠层材料应力应变场的变化和不同单元依次破坏直至试件整体破坏的过程.算例中叠层材料由14~15层构成,使用的网格数约为几千个.用该方法得到的非线性等效应力应变曲线与文[11,12]中叙述的拉伸作用下应变超过某一值后,材料发生应变软化现象的试验数据符合较好,趋势相当一致,因此可以设想是对应变软化原因的一种解释.     

基于弹性力学的应力加工方法有限元分析

基于弹性力学理论,对应力加工方法的原理、算法及玻璃薄板对复杂面型的模拟进行了研究。在球面镜周边分布力和力矩的状态下对球面变形为轴对称非球面进行了分析,以抛物面镜为例,采用有限元法对玻璃薄板周边施加均布弯矩后产生的变形量和最大应力进行了模拟、分析和仿真计算,得出的仿真结果与球面和抛物面之间的理想变形量进行比较,验证了基于弹性力学的应力加工方法加工旋转对称非球面理论的正确性。     

环氧树脂玻璃钢的动静态拉伸力学特性

为系统地研究环氧树脂玻璃钢在静、动态拉伸载荷作用下的力学性能，采用材料测试系统和分离式霍普金森拉杆对材料进行拉伸试验，获得0.001～0.1 s^-1及1 128～1 840 s^-1应变率下的应力-应变曲线和相应的力学参数。结果表明，动态加载下环氧树脂玻璃钢的应变率增强效应较为明显。为此，引入动态增强因子描述环氧树脂玻璃钢在高应变率下力学性能的增强。采用扫描电镜对损伤断面进行观测，发现动态加载下纤维束平整断裂，而非静态加载下纤维拔出失效。相较于静态加载，动态拉伸载荷作用下玻璃钢的基体-纤维界面断裂韧度更高。基于环氧树脂玻璃钢在动态拉伸下的力学响应，引入宏观损伤累积量，建立一种考虑损伤的非线性拉伸本构模型。拟合结果表明，该模型整体上可以反映环氧树脂玻璃钢在动态拉伸载荷作用下的力学响应。     

等离子体激发和辐射温度瞬态光谱测试方法

对等离子体温度的测量能间接诊断瞬态物理场的瞬时温度变化.使用望远光学系统对准等离子体并收集其光谱.光栅分光系统高精度地(△λ<0.1 nm)分离提取出测最所需的等离子体四通道特征光谱信号.光纤将光谱信号导入高灵敏度、快速响应的光电倍增管(PMTs,采集时间小于1 μs),达到瞬态测试的要求.用四通道数据拟合Boltzmann直线提高了计算激发温度的精度(优于2%),同时从黑体辐射理论推导出等离子体辐射温度的计算模型.只需用一次测量得到的光强就可以同时得到等离子体的激发温度和辐射温度.利用标准温度灯对系统的光谱响应系数进行了标定,通过实验表明系统测温的精度优于3%.     

诊断LiF单晶弹性变形的瞬态X射线衍射

利用瞬态X射线衍射技术对LiF单晶沿晶向[100]方向冲击加载的晶格变形进行了诊断研究。实验在神光Ⅱ装置的球形靶上进行,北四路激光驱动Cu靶获得的类He线作为X射线背光源,第九路为加载光源,对大小为7mm×7mm、厚300μm的受激光加载的LiF单晶衍射,实验获得了LiF单晶晶面(200)压缩和未压缩状态的衍射信号。实验结果表明:LiF单晶在激光沿[100]方向冲击加载下,晶格发生了弹性变形,(200)晶面间距变小,衍射线上移,晶格压缩量为11%;该瞬态X射线衍射技术可用于冲击加载下的微观动态响应特性测量。     

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。     

热环境下红外镜头面形变化对成像质量的影响

由于红外镜片材料的温度特性,环境温度的变化会对红外镜头的成像质量造成影响。为了研究不同温度场下镜片的应力状态以及镜面面形变化情况,利用光机热集成分析方法,运用有限元分析软件ANSYS WORKBENCH对设计的红外镜头进行了热结构耦合分析,从分析结果中得到了镜片等效压应力的大小。利用Zernike多项式拟合了变形后的镜面面形,将得到的Zernike系数导入到ZEMAX中建立了多重温度结构,分析了不同温度下镜面变形前与变形后的光学系统离焦量的变化量。结果表明,镜片在低温-40℃时受到较大的等效压应力,最大等效应力81.118MPa,小于材料的断裂强度345MPa;不同温度下由于镜片面形发生变化,导致红外光学系统成像质量以及离焦量发生改变。     

金属丝力学性能测试的设计性实验

将金属丝力学性能测试实验引入设计性物理实验,自组手工加载机构,再配以力传感器和位移传感器,构成手工测量应力和应变及其关系的仪器.利用该试验装置对金属丝进行了测试,得到了应力-应变曲线和屈服强度、强度极限、延伸率等力学指标.     

聚醚酰亚胺长杆弹弹托在膛压载荷下的动力学响应

建立了长杆弹的动力学计算模型,弹托采用新型玻璃纤维增强聚醚酰亚胺复合材料,利用LS-DYNA软件模拟了长杆弹在轻气炮膛压载荷下的运动过程,分析了复合材料弹托的动力学响应规律,并对弹托结构进行了改进。结果表明:最大膛压时弹托各处应力达到最大,高应力区分布在弹托尾部外围附近及后齿齿根上,齿根、齿顶应力大小不同;弹托头部强度裕度较大,通过改进弹托结构,在满足发射强度的同时,弹托质量减少了16 g,弹丸初速提高了612.2 m/s。