展开式战斗部能量吸收铰链结构

基于展开式战斗部动力学展开原理及理论模型,设计一种具有能量吸收特性的限位铰链,并对不同辅助装药量下展开式战斗部的展开过程进行数值模拟,对比分析了普通铰链和能量吸收铰链的展开过程,重点研究了限位角度时的受力与能量吸收情况,结果表明能量吸收铰链可以更好地降低碰撞力及提高吸能效果。对两种铰链装配的展开式战斗部结构进行了静爆实验,结果显示普通铰链发生不同程度的破坏,而能量吸收铰链结构完整,证明能量吸收铰链达到限位角度时能有效保证战斗部及铰链的完整性,进而验证了能量吸收铰链设计的合理性以及数值模拟的可靠性。     

混凝土一维应力层裂实验的全场DIC分析

基于74mm直径分离式Hopkinson杆(SHPB)实验平台进行了混凝土杆的一维应力层裂实验.采用超高速相机(采样频率:2 $\mu$s/frame)结合数字图像相关法(DIC),记录混凝土试件中的动态位移场实时变化情况,探讨了混凝土在拉伸断裂过程中的表面位移场及速度场演化规律.针对实验中出现的多重层裂现象,基于一维应力波传播理论,指出各个位置在发生层裂时,其最大拉应力均由透射压缩波与反射拉伸波叠加而成,各处层裂发生时均处于一维应力状态.并提出了根据层裂位置左右两点速度趋势变化判断层裂发生时刻的判据.该判据可以给出所有层裂的起裂时间,结合DIC分析直接给出了混凝土多重层裂应变.结果显示混凝土的拉伸强度具有明显的应变率效应,在30 s$^{-1}$的应变率下,其拉伸强度的动态增强因子(DIF)可以达到5.与传统的波叠加法和自由面速度回跳法相比,DIC全场分析法不受加载波形限制,可以精确给出每个层裂的位置和起裂时间,从而得到试件在高应变率加载下不同位置处的断裂应变、拉伸强度及相应应变率,提高了测量效率.      

铝粒径及成型压强对Al/PTFE冲击反应的影响

采用模压烧结法制备了不同成型压强下铝粉粒径分别为10、30和200μm的Al/PTFE试件,基于分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置进行冲击引发试验,试验过程中通过高速摄影装置记录活性材料的反应情况。试验结果表明:随着成型压强增大,试件的冲击反应速度阈值均呈现先增大后减小的趋势。铝粉粒径为10和30μm时,较高成型压强的试件能够于点火延迟时间1000～1100μs处发生反应,使试件冲击反应速度阈值骤降;铝粉粒径为200μm时,活性材料点火延迟时间均在600μs附近。在相同成型压强下,试件的冲击反应速度阈值随铝粉粒径增大而升高。活性材料的冲击点火反应与材料的微观缺陷、应力波在SHPB装置中的传播、应力脉冲幅值以及材料的破坏过程等因素相关。     

三维气相爆轰动态并行计算程序设计与开发

在三维气相爆轰数值研究中,网格精度和计算域的规模导致网格数占有非常庞大的计算资源,进而给数值模拟带来了极大的挑战。本文针对这一难题,采用5阶WENO格式对带化学反应Euler方程组进行空间离散,基于MPI（MessagePassingInterface）并行模式开发了高精度动态并行代码,并对爆轰波在带有障碍物的三维方形管道中的传播过程进行计算。计算结果表明,高精度动态并行计算能够很好的模拟三维气相爆轰波在大尺寸管道中的传播,不仅提高了计算效率,而且提高了爆轰波阵面的分辨率。与高精度静态并行相比,高精度动态并行计算减少了界面数据通信时间,从而进一步提高了计算效率。因此,高精度动态并行程序为探究三维气相爆轰新的物理机制提供有效的手段。     

关于计算爆炸力学的进展与现状

爆炸问题由于其强烈的非线性,绝大多数情况下不可能给出精确解,并且爆炸在极短的时间内完成强烈的物理过程,能通过实验获得的数据也有限.爆炸力学数值模拟及相关研究领域的工作极大地推动了爆炸力学学科以及武器装备的发展,本文主要对爆炸力学数值方法、材料动态本构模型以及相关工程应用进行评述.     

考虑粒子分布特征的复合材料细观力学方法

研究了颗粒增强复合材料中颗粒增强体粒径分布对复合材料力学性能的影响,利用分形思想将增强粒子的概率分布特征考虑进来,对已有的复合材料细观力学等效夹杂方法进行修正,建立了一个考虑粒子统计分布的细观等效力方法.以混凝土为例,分析了颗粒增强体体积含量、夹杂与基体的模量比和分形结构的分辨率对复合材料力学性能的影响.结果表明,这种新方法能够适用于分析颗粒增强复合材料的细观结构对力学性能的影响.     

爆轰波强间断问题的伪弧长算法及其人为解验证

针对该问题开展了伪弧长数值算法研究,通过引入弧长参数,使网格按照一定的形式自适应移动,达到在强间断区域自动加密的效果,从而提高网格分辨率。基于伪弧长算法编写了二维程序,并对程序进行人为解方法验证。将伪弧长算法和直接有限体积法的数值结果进行对比,通过误差分析,显示出伪弧长算法能有效提高计算精度。最后将伪弧长算法应用于气相爆轰波在二维管道中的传播问题,研究了波阵面的捕捉效果和爆轰波胞格结构的形成过程。     

弹塑性球形薄壳在冲击载荷作用下的动力分析

通过曲面弯曲的等度量变换，给出了受冲击球壳的变形模态；接着，分别假定材料力弹性或刚塑性，基地能量守恒，得到了壳本和撞击体在运动过程中控制方程；最后，对所得到的控制方程进行了数值求工与实验数据作了比较，发展二者具有较好的一致性。     

球形扁壳在冲击载荷作用下的超临界变形

本文利用Pogorelov提出的薄亮稳定性几何学理论,研究了球形扁壳在冲击作用下的超临界变形行为。这种方法是建立在实验观察中,壳结构的大变形是以近似于一种等距变换的方式产生的。首先,给出了壳体变形能的近似表达式,在此基础上,考虑了两种不同的在扁球壳顶部的冲击方式,利用能量原理,得到了描述运动的控制方程。从而给出扁球壳中心最大凹陷半径随冲击载荷变化的近似表达式,并将此结果与实验进行了比较,二者吻合的还是比较好的。     

基于声发射矩张量分析混凝土破坏的裂纹运动

从细观上看, 混凝土是一种由骨料、水泥浆基体、裂纹等组成的非均匀复合材料. 单轴准静态加载条件下, 应力应变曲线表现出明显的准脆性特征. 其变形破坏过程实质上是内部微裂纹产生、扩展和汇合的过程, 研究细观尺度的裂纹扩展演化将有助于深入了解混凝土的变形和破坏过程. 声发射作为一种物理检测方法可以获取材料内部细观损伤演化的物理信息. 本文基于声发射技术, 结合改进的时差定位算法和矩张量理论对声发射信号进行分析, 反演了混凝土巴西劈裂破坏中裂纹位置、裂纹类型以及裂纹面运动方向, 揭示了混凝土宏观拉伸破坏的细观裂纹扩展机制. 结果表明: 裂纹运动过程清晰地显示了混凝土内裂纹源首先在试件与载荷接触面附近产生, 之后聚集形成局部损伤区域, 并沿轴线向中心扩展(加载平面)以及裂纹从试件中间向表面扩展的动态过程(厚度方向); 裂纹运动体积可以作为裂纹形成、扩展过程中弹性能释放的度量, 初始裂纹成核时体积参数较小, 峰值载荷时, 裂纹运动体积最大达到$5.93\times10^{-4}$ mm$^{3}$; 混凝土宏观尺度的拉伸破坏在细观尺度上存在有拉伸裂纹、混合裂纹以及剪切裂纹; 拉伸裂纹最多, 占裂纹总数约为60%, 剪切裂纹最少, 约占裂纹总数的10%; 拉伸裂纹运动主导了试件的宏观劈裂破坏.