超高速弹丸撞击三维编织C/SiC复合材料双层板结构的实验研究

 目前在航天器防护结构设计中,采用的方案仍是双层（或多层）屏蔽结构 。双层板屏蔽结构由前板、后板和空隙组成。实验采用一种新型三维四向碳纤维织物结构增强SiC陶瓷基复合材料（简写为3DBC/SiC）做前板,其在超高速弹丸冲击作用下发生粉末化,和铝板做前板相比,所形成的碎片云团中有效碎片数目大大减少,减轻了对后板的破坏作用。结果表明：3DBC/SiC是航天器防护结构设计中一种比较理想的防护材料。     

一种用于材料高应变率剪切性能测试的新型加载技术

高应变率下的冲击剪切实验技术是材料动态力学行为及其微观机理研究的重要基础.采用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar)装置一般可以获得材料在104s-1以内应变率的动态力学性能.在超过104s-1的应变率下对材料进行冲击剪切测试时,通常需要采用高速压剪飞片技术或由气炮发射子弹对试样进行直接加载.本文提出一种可用于传统霍普金森压杆技术的新型双剪切试样,可以在103~105s-1剪应变率范围实现对材料剪切性能的精确测量;同时,可以对材料的变形及失效过程进行直接观测.试样与压杆之间避免了复杂的界面或连接装置,通过转接头可以保证试样与压杆直接接触,提高测试精度,同时可以防止因试样的横向位移而导致的非均匀变形.获得了紫铜在1400~75000s-1应变率下的剪应力-剪应变曲线,并采用计算软件"ABAQUS/Explicit"对双剪切试样的动态加载过程进行了数值模拟和结果验证.分析表明,剪切区的主要区域内剪切成分占主导地位,其应力应变场沿厚度及宽度方向基本呈均匀分布.实验得到的剪应力-剪应变曲线与模拟结果吻合较好,说明所提出的基于分离式霍普金森压杆系统的双剪切试样可以为材料的高应变率力学性能测试提供一种方便有效的加载技术.      

含能单晶微纳米力学性能试验研究及数值表征

利用微纳米压痕实验测定β-HMX 单晶(010) 晶面和α-RDX 单晶(210) 晶面的力学性能参数和微观破坏特征,并利用数值拟合确定了含能单晶的部分本构参数. 通过微纳米压痕实验连续刚度法(CSM) 得到HMX 单晶和RDX 单晶的弹性模量和硬度,RDX 单晶的硬度和模量都大于HMX 单晶,其硬度值均表现出一定的尺寸效应. 利用原子力显微镜(AFM) 分析了HMX 单晶和RDX 单晶的微观破坏机理,裂纹随着载荷的增大生成并扩展,裂纹面产生方向为晶体的最易解理破坏方向. 利用ABAQUS 有限元软件进行了纳米压痕数值模拟,结合微纳米压痕实验加卸载曲线,选取了合适的含能单晶塑性损伤本构模型的损伤本构参数.      

内部爆炸加载下柱壳的环周分裂数

基于有限长度柱壳的Gurney速度公式,以壳体平均半径估算平均应变率,同时考虑壳体剪切断裂时的断裂面长度与径向壁厚的差异,对Grady-Kipp方法进行了修正,得到柱壳剪切断裂模式下环周分裂数的完整表达式。利用修正方法分析得到的环周分裂数计算结果与实验数据分析结果符合更好。以20号低碳钢柱壳为例,对其在TNT爆炸加载下的膨胀断裂进行了三维数值模拟,得到的环周分裂数模拟结果与实验结果符合较好。     

混凝土材料的动态空腔膨胀理论

采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏的带剪切饱和的Mohr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料的本构关系,运用相似变换方法推导出了空腔膨胀动态响应的理论表达式,并运用Runge-Kutta-Felhberg数值方法给出了球形空腔动态响应的数值解。结果表明:空腔膨胀压力随空腔膨胀速度和剪切饱和强度的增加而增加,在空腔膨胀速度较高时,考虑剪切饱和时的空腔膨胀压力明显小于不考虑剪切饱和时的空腔膨胀压力。     

聚能装药的多点环形起爆器性能测试及其应用

对聚能装药用多点环形起爆器的同步性能和环形起爆的聚能装药侵彻钢筋混凝土的侵彻威力进 行了研究。应用高速摄影技术和光纤探针技术测量了多点环形起爆器各点输出的同步性,结果表明环形起爆 器各点输出同步性好,时间差最大不超过0.1s;聚能装药对钢筋混凝土的侵彻威力实验结果表明,采用多点 环形起爆器的聚能装药对钢筋混凝土的侵彻威力比点起爆的有较大提高。     

粉末热压扩散与应力场耦合的力学模型

以弹性接触应力场为初始条件,建立了热压条件下球形颗粒表面扩散与应力场耦合的力学模型. 引入包含表面能项级数形式的应力函数,以描述随时间演化的表面扩散过程及扩散对应力场演化的影响. 而应力场通过改变化学势梯度,又会促进(或阻止)表面扩散结合的进程.利用该模型分析了压力、温度和界面区应力场演化对致密化参数的影响. 比较了满足粘着或非粘着对结合宽度和应力分布的影响,将考虑粘着的弹性接触应力场作为初始条件,分析了弹性变形和表面扩散共同驱动的粉末冶金热压烧结致密化规律.      

蜂窝钢管混凝土抗侵彻性能实验研究

为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能,采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发,获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据,分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式,对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时,对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验,研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应,拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系,并改进普通混凝土侵深的经验公式,得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明：钢管壁厚是影响侵深的重要因素,壁厚越大,侵深越小;着靶点位置对侵深的影响较复杂,具有离散性;着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大;钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性;改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。     

侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响

以压装TNT为例,开展二维拉氏实验,利用二维锰铜-康铜组合拉氏量计测量了轴对称位置和径向位置的压力时程曲线和径向位移曲线.同时利用二维拉格朗日分析计算程序RFLA对压装TNT的冲击波起爆过程进行了计算,分别得到了在2个不同径向位置上各个Lagrange位置上的质点速度、相对比容、比内能等时程曲线.研究结果展现了侧向稀疏...     

β-HMX晶体单轴压缩及绝热压缩的分子动力学模拟

采用COMPASS(Condensed-Phase Optimized Molecular Potential for Atomistic Simulation Studies)力场,对β-HMX晶体的单轴压缩进行了分子动力学模拟,压缩方向分别垂直于β-HMX晶体的(100)、(010)和(001)晶面。模拟结果表明,垂直于不同晶面的单轴压缩得到的状态方程不同,显示出β-HMX晶体单轴压缩的各向异性。利用NpH系综对β-HMX晶体进行了绝热静水压缩模拟,得到的绝热静水压缩线处于等温静水压缩线的上方,与实验结果更加吻合。绝热压缩下,体系温度升高,各压力作用下体系温度的模拟结果与理论计算得到的冲击温度比较接近,说明COMPASS力场和NpH系综适用于模拟β-HMX晶体的绝热压缩。利用分子动力学方法模拟炸药的绝热压缩,可以预估炸药的冲击温度。