含热传导的冲击动力学有限元程序的研究与应用

从有限变形的基本框架出发 ,建立了含热传导的冲击动力学基本控制方程和合适的初边条件。应用变分原理和伽辽金方法得出了控制方程相应的有限元列式 ,并探讨了数值计算中的几个关键算法 ,主要包括构型转换、旋转张量的算法、本构算法以及计算流程和程序框图等。利用自行研制的程序 ,对长脉冲激光辐照下靶目标的变形和破坏、冲击压缩变形及变形局部化等问题进行了数值模拟和研究 ,所得结果与实验和理论分析相吻合。     

结构钢中绝热剪切带形成与扩展的光学观测与数值模拟

绝热剪切带(Adiabatic Shear Band,ASB)是许多金属材料在冲击载荷作用下发生破坏的主要原因之一,它是近年来冲击动力学和损伤力学研究的前沿和热点。相关的理论研究主要针对一维剪切条件,分析应力、应变、剪切速度、材料热物理和力学性能、初始缺陷大小之间的关系,得到一个由多个物理量组合而成的量来判别材料出现剪切带的难易。ASB的实验主要利用Hopkinson压杆、扭杆、压剪炮等加载技术,研究钛合金、钨合金、高强结构钢等材料的剪切带特征,包括局部温度和变形分布、剪切带出现的阈值等。但是,对剪切带演化过程的在位观察及其动态实时演化的研究还较少见,妨碍了人们对由于剪切局部化而导致的材料破坏机理的深入认识。针对45钢,在Hopkinson压杆上,开展了不同冲击加载条件下剪切带演化过程的在位观察及可视化研究。利用自行设计的高分辨力的光学观测系统和基于数字相关理论的图像处理软件,捕捉了单一试样在冲击加载条件下ASB逐渐形成和扩展的过程。同时,利用LS-DYNA商业程序对试样的冲击压缩过程进行了数值模拟,所得主要结果与实验观测基本一致。     

激光诱导变形条件下10#钢本构方程的建立

针对靶材在激光诱导不变形的热力学特点，设计了一套宏观力学性能实验方案，考虑温升率、温度、应变率及其历史效应对10#钢力学性能的影响，在此基础上，提出和发展了一组新的一维本构方程，它能描述文中实验所反映出的各种宏观力学规律。     

强激光驱动爆炸与冲击效应

随着高功率密度激光技术的快速发展,强激光驱动的爆炸与冲击效应逐渐引起国内外学者的广泛关注。对强激光诱导爆炸与冲击效应研究进展进行了综述,包括强激光诱导爆炸载荷特征与相似律,强激光对材料表面冲击强化处理,强激光冲击诱导材料相变动力学行为,以及利用强激光驱动微弹道冲击等方面的研究进展,并指出了强激光诱导爆炸与冲击效应研究的发展趋势和未来需要解决的关键科学问题。     

CW激光辐照薄板热力响应全场测量

实验研究了CW激光辐照铝合金薄板的热力响应过程,利用三维数字图像相关技术(3D-DIC)结合红外测温系统对整个过程的变形场和温度场实现了全场实时测量。分析了入射激光功率对变形场和温度场的影响,发现变形和温度均随入射激光功率线性增长。建立了三维有限元模型对实验过程进行模拟,模拟结果与实验结果吻合较好,验证了有限元模型的可靠性。3D-DIC结合红外测温系统可以很好地对激光破坏试验中的靶体变形场和温度场进行实时测量,是一种很有效的实验测量手段。     

轴对称壳体结构损伤识别方法研究

在对结构健康监测中的损伤识别方法进行调研与总结的基础上,针对某轴对称壳体结构开展损伤识别的动力识别方法研究.作者利用数值模拟技术评估了常用的动力损伤识别方法的有效性,选取出对研究对象损伤识别敏感量并实验验证指标识别有效性.进而在标识量敏感性分析的基础上,针对原有指标不足之处,提出了新的敏感指标,并与原有指标通过数值模拟对比验证其识别效果优越性.     

激光诱导充压柱壳破坏模式与参数阈值分析

通过数值计算模拟了激光诱导充压柱壳的热力破坏效应,研究了典型结构的动态爆裂过程,获得的破坏模式与实验结果基本一致。给出了三类典型破坏模式及其对应的参数范围,探讨了各类破坏模式的形成机理,并分析了不同光斑尺寸、壳体厚度条件下热软化效应对破坏内压阈值的影响,以及预内压与破坏时间的关系。研究结果表明:光斑半径越大、热软化程度越高,柱壳的破坏内压阈值越低,且破坏内压阈值随着壳体厚度的减小呈线性下降;给定激光参数和壳体参数下破坏时间随预充内压增大而减小并呈二次函数关系。给出了一种通过热软化程度预估激光诱导充压柱壳破坏时间的方法。     

激光破坏机理研究的一个新进展

当入射激光的波长、辐照时间、平均功率密度保持相同的条件下，改变激光的时。空结构会产生不同的破坏模式，在上述激光基本参数不变时，如何合理选择激光的时。空分布以便达到最佳的破坏效果，这类问题可称之为激光破坏机理研究中的反问题。迄今为止，人们对这一“反问题”的研究甚少。本文利用非高斯空间分布激光辐照黄铜薄片材料，产生了一种特殊的破坏模式──反冲塞效应，并对此进行了较系统的实验与理论分析，激光破坏反问题的提出和初步探索是研究激光破坏机理的一个新概念和新进展。     

砂漏控制算法的改进及对高速冲击问题的应用

在有限变形的框架下,提出了一套新的砂漏控制算法。与现有的各种算法相比,不但可避免使用经验参数,能应用于几何非线性和材料非线性相耦合的复杂条件,且广泛适用于多种不同的材料和本构关系。该算法已被加入到大型动力学有限元程序中。通过对两种典型问题进行的数值分析,验证了我们发展的算法和程序,对于稳定砂漏模态的发展是有效的。