2011年 31卷 第1期
2011, 31(1): 1-5.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0001-05
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本文被引
摘要:
针对绝热剪切形成时由于变形高度局域化,塑性功产生的热导致局部高温,有时会伴随动态再结 晶(DRX)的现象,采用一种考虑动态再结晶过程的绝热剪切破坏准则,利用有限元方法模拟了Arne工具钢 平头弹冲塞Weldox460E钢靶板的实验。数值模拟揭示了剪切带产生、传播的过程,温度分布情况表明在绝 热剪切带中具备动态再结晶形成的物理条件。
针对绝热剪切形成时由于变形高度局域化,塑性功产生的热导致局部高温,有时会伴随动态再结 晶(DRX)的现象,采用一种考虑动态再结晶过程的绝热剪切破坏准则,利用有限元方法模拟了Arne工具钢 平头弹冲塞Weldox460E钢靶板的实验。数值模拟揭示了剪切带产生、传播的过程,温度分布情况表明在绝 热剪切带中具备动态再结晶形成的物理条件。
2011, 31(1): 6-10.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0006-05
摘要:
介绍了1种把Eulerian计算过程和Lagrangian计算过程耦合起来的数值技术,编写了计算程序, 把爆炸流场作用过程和结构动力学响应过程的计算结合起来,实现了爆炸流场对结构加载和结构动力响应 及对爆炸流场反作用过程的模拟。利用Eulerian过程的流体弹塑性有限差分计算程序MMIC(multi-materialsincell) 模拟爆炸流场发展过程,利用Lagrangian过程的结构动力学有限元计算程序模拟结构响应。应用 Euler-Lagrange耦合技术分析了爆炸作用下飞片的变形、破坏和对靶体的侵彻过程,计算结果表明,本文的方 法可以较好地反映流场与结构各自的运动发展及相互间作用过程。
介绍了1种把Eulerian计算过程和Lagrangian计算过程耦合起来的数值技术,编写了计算程序, 把爆炸流场作用过程和结构动力学响应过程的计算结合起来,实现了爆炸流场对结构加载和结构动力响应 及对爆炸流场反作用过程的模拟。利用Eulerian过程的流体弹塑性有限差分计算程序MMIC(multi-materialsincell) 模拟爆炸流场发展过程,利用Lagrangian过程的结构动力学有限元计算程序模拟结构响应。应用 Euler-Lagrange耦合技术分析了爆炸作用下飞片的变形、破坏和对靶体的侵彻过程,计算结果表明,本文的方 法可以较好地反映流场与结构各自的运动发展及相互间作用过程。
2011, 31(1): 11-18.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0011-08
摘要:
以均质钢板前置复合材料板模拟舰船舷侧复合装甲结构,结合低速弹道冲击实验,分析了结构的 破坏模式和吸能机理,比较了复合材料板与均质钢板的抗弹性能。在此基础上,根据靶板破坏模式,得到了球 头弹穿透组合靶板的剩余速度预测公式,并与实验结果进行了比较。结果表明,复合材料板的面密度吸能远 大于均质钢板的;组合靶板中前置复合装甲板的破坏模式主要为纤维拉伸断裂,而钢质背板则由于前置复合 装甲板的影响,破坏模式主要为花瓣开裂破坏;将剩余速度理论预测值与实验数据进行比较,两者吻合较好。
以均质钢板前置复合材料板模拟舰船舷侧复合装甲结构,结合低速弹道冲击实验,分析了结构的 破坏模式和吸能机理,比较了复合材料板与均质钢板的抗弹性能。在此基础上,根据靶板破坏模式,得到了球 头弹穿透组合靶板的剩余速度预测公式,并与实验结果进行了比较。结果表明,复合材料板的面密度吸能远 大于均质钢板的;组合靶板中前置复合装甲板的破坏模式主要为纤维拉伸断裂,而钢质背板则由于前置复合 装甲板的影响,破坏模式主要为花瓣开裂破坏;将剩余速度理论预测值与实验数据进行比较,两者吻合较好。
2011, 31(1): 19-24.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0019-06
摘要:
针对水中装药爆炸直达冲击波在自由面反射形成表面空穴的问题,应用水中爆炸冲击波声学近似 理论,认为冲击波不能穿过空穴传播,得出一维水中爆炸表面空穴范围、水质点运动速度、水层抛射速度、空穴 闭合时间以及空穴闭合产生的压力峰值与持续时间等,并将结论扩展到二维空间。通过具体算例,对比本方 法与F.A.Costanzo等采用Arons方法确定的空穴范围,上边界两者一致,下边界在炸药上方空穴边界小于 Arons方法的,远离装药处的下边界大于Arons方法的。可以应用冲击波声学近似理论计算水中爆炸空穴闭 合载荷。
针对水中装药爆炸直达冲击波在自由面反射形成表面空穴的问题,应用水中爆炸冲击波声学近似 理论,认为冲击波不能穿过空穴传播,得出一维水中爆炸表面空穴范围、水质点运动速度、水层抛射速度、空穴 闭合时间以及空穴闭合产生的压力峰值与持续时间等,并将结论扩展到二维空间。通过具体算例,对比本方 法与F.A.Costanzo等采用Arons方法确定的空穴范围,上边界两者一致,下边界在炸药上方空穴边界小于 Arons方法的,远离装药处的下边界大于Arons方法的。可以应用冲击波声学近似理论计算水中爆炸空穴闭 合载荷。
2011, 31(1): 25-30.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0025-06
摘要:
将点火增长方程引入到物质点法中,编制了相应的计算程序MPM-SDT,并求解了冲击起爆问题。 通过与传统算法和实验结果的比较,验证了物质点法应用于冲击起爆问题的可行性。物质点法避免了Lagrange 法的网格畸变缠结和Euler法的对流误差。最后,对钨、铜、钢等材料破片撞击屏蔽炸药问题进行了多 组数值模拟。3种材料对屏蔽炸药的引爆性能,钨最优,铜次之,钢最差;破片临界冲击起爆速度与屏蔽板厚 度近似呈线性关系。
将点火增长方程引入到物质点法中,编制了相应的计算程序MPM-SDT,并求解了冲击起爆问题。 通过与传统算法和实验结果的比较,验证了物质点法应用于冲击起爆问题的可行性。物质点法避免了Lagrange 法的网格畸变缠结和Euler法的对流误差。最后,对钨、铜、钢等材料破片撞击屏蔽炸药问题进行了多 组数值模拟。3种材料对屏蔽炸药的引爆性能,钨最优,铜次之,钢最差;破片临界冲击起爆速度与屏蔽板厚 度近似呈线性关系。
2011, 31(1): 31-35.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0031-05
摘要:
详细介绍了PVDF压力传感器的设计方法和2个等效测量电路。利用SHPB系统对PVDF压力 传感器的动态灵敏度进行了标定,结果显示,不同并联电阻对于PVDF压力传感器动态灵敏度的影响不大, 但对脉冲推力上升时间的测量结果有影响,选择较小的并联电阻可以获得更逼真的测试信号。
详细介绍了PVDF压力传感器的设计方法和2个等效测量电路。利用SHPB系统对PVDF压力 传感器的动态灵敏度进行了标定,结果显示,不同并联电阻对于PVDF压力传感器动态灵敏度的影响不大, 但对脉冲推力上升时间的测量结果有影响,选择较小的并联电阻可以获得更逼真的测试信号。
2011, 31(1): 36-42.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0036-07
摘要:
简要介绍了激光位移测试技术的基本原理及实现方案,准静态和动态标定结果表明该系统可以用 于动态测试。给出了激光光通量位移计在Hopkinson杆实验中的3种应用:(1)用激光光通量位移计可以监 测试样的横向变形,从而得出试样的动态泊松比;(2)在动态断裂实验中,激光光通量位移计可以监测裂尖张 开位移,结合应变片的信息可以得出试样的动态断裂能;(3)将激光光通量位移计和石英晶体应力计相结合可 以直接在试样两端得到应力应变信息,用来测量超软材料在中应变率下的力学响应。
简要介绍了激光位移测试技术的基本原理及实现方案,准静态和动态标定结果表明该系统可以用 于动态测试。给出了激光光通量位移计在Hopkinson杆实验中的3种应用:(1)用激光光通量位移计可以监 测试样的横向变形,从而得出试样的动态泊松比;(2)在动态断裂实验中,激光光通量位移计可以监测裂尖张 开位移,结合应变片的信息可以得出试样的动态断裂能;(3)将激光光通量位移计和石英晶体应力计相结合可 以直接在试样两端得到应力应变信息,用来测量超软材料在中应变率下的力学响应。
2011, 31(1): 43-48.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0043-06
摘要:
为了对不同靶板被尖头弹丸低速侵彻条件下的弹性恢复机理进行研究,同时考虑弹丸低速冲击靶 板过程中靶板整体塑性变形及弹性变形恢复,更好地反映弹丸对靶板低速侵彻过程中的变形及材料失效问 题,使用非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA计算分析了弹丸以相同速度冲击不同边长、厚度靶板时, 弹丸反弹速度以及靶板回弹速度随着靶板厚度的变化情况。得到了靶板厚度、靶板边长和冲击速度对靶板的 弹性恢复和弹丸反弹的影响规律,为低速穿甲弹对靶板侵彻的工程与实验设计研究提供参考。
为了对不同靶板被尖头弹丸低速侵彻条件下的弹性恢复机理进行研究,同时考虑弹丸低速冲击靶 板过程中靶板整体塑性变形及弹性变形恢复,更好地反映弹丸对靶板低速侵彻过程中的变形及材料失效问 题,使用非线性动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA计算分析了弹丸以相同速度冲击不同边长、厚度靶板时, 弹丸反弹速度以及靶板回弹速度随着靶板厚度的变化情况。得到了靶板厚度、靶板边长和冲击速度对靶板的 弹性恢复和弹丸反弹的影响规律,为低速穿甲弹对靶板侵彻的工程与实验设计研究提供参考。
2011, 31(1): 49-54.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0049-06
摘要:
采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于细长体理论 和匹配渐近展开法,建立了描述水下超声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。求解得到了考 虑压缩性影响的超空泡形态二阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度。分析了超声速射弹高速冲击条件下 流体压缩性对超空泡形态的影响。流体压缩性导致超空泡形态前后稍微不对称,前端比尾端截面更窄。当1 (Ma) 2时,流体压缩性效应对超空泡的影响与亚声速情况类似,使超空泡形态发生整体膨胀变化。当 (Ma) = 2时,流体压缩性对超空泡形态无影响。直到(Ma) 2以后,流体压缩性使超空泡形态发生反向 改变,呈现整体收缩变化。
采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于细长体理论 和匹配渐近展开法,建立了描述水下超声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。求解得到了考 虑压缩性影响的超空泡形态二阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度。分析了超声速射弹高速冲击条件下 流体压缩性对超空泡形态的影响。流体压缩性导致超空泡形态前后稍微不对称,前端比尾端截面更窄。当1 (Ma) 2时,流体压缩性效应对超空泡的影响与亚声速情况类似,使超空泡形态发生整体膨胀变化。当 (Ma) = 2时,流体压缩性对超空泡形态无影响。直到(Ma) 2以后,流体压缩性使超空泡形态发生反向 改变,呈现整体收缩变化。
2011, 31(1): 55-61.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0055-07
摘要:
利用Matlab编写了一套Newmark时程分析法与刚度退化二线型恢复力模型相结合求解多层砌 体结构体系弹塑性地震响应的程序。以一个具体的4层砌体结构为分析对象,输入荷载用实测及人工模拟爆 破地震波作用的形式,并按某原则变换输入爆破地震波的特性参数,根据所求出的结构各弹塑性地震响应幅 值结果,分别讨论了爆破地震波幅值、主频和持续时间对多层砌体结构弹塑性地震响应幅值的具体影响,为建 立多参数爆破震动安全判据和爆区建筑物的爆破地震效应评估提供了理论和数值实验基础。
利用Matlab编写了一套Newmark时程分析法与刚度退化二线型恢复力模型相结合求解多层砌 体结构体系弹塑性地震响应的程序。以一个具体的4层砌体结构为分析对象,输入荷载用实测及人工模拟爆 破地震波作用的形式,并按某原则变换输入爆破地震波的特性参数,根据所求出的结构各弹塑性地震响应幅 值结果,分别讨论了爆破地震波幅值、主频和持续时间对多层砌体结构弹塑性地震响应幅值的具体影响,为建 立多参数爆破震动安全判据和爆区建筑物的爆破地震效应评估提供了理论和数值实验基础。
2011, 31(1): 62-68.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0062-07
摘要:
为准确掌握截锥形弹体垂直穿透单加筋板后的打击深度,需要清楚知道弹体穿甲加筋板后的剩余 速度。截锥形弹正穿甲板架,形成与截锥面相同的凿块,面板产生花瓣形破坏,腹板受到锥面的挤压发生塑性 变形,翼板发生翻转,在此破坏模型基础上,确定板架的能量消耗方式。穿甲过程中,板架耗能主要通过凿块 的剪切变形、凿块的动能、板架的挤压塑性变形、花瓣动力功、裂缝的径向扩展和花瓣弯曲6种方式完成。从 能量角度出发,对每种耗能方式进行能量公式推导,确定在穿甲过程中靶板消耗的能量,根据能量守恒原理推 导弹体的剩余速度和弹道极限速度。将弹体剩余速度理论结果与数值模拟结果进行对比,吻合较好,验证了 理论公式的可靠性。
为准确掌握截锥形弹体垂直穿透单加筋板后的打击深度,需要清楚知道弹体穿甲加筋板后的剩余 速度。截锥形弹正穿甲板架,形成与截锥面相同的凿块,面板产生花瓣形破坏,腹板受到锥面的挤压发生塑性 变形,翼板发生翻转,在此破坏模型基础上,确定板架的能量消耗方式。穿甲过程中,板架耗能主要通过凿块 的剪切变形、凿块的动能、板架的挤压塑性变形、花瓣动力功、裂缝的径向扩展和花瓣弯曲6种方式完成。从 能量角度出发,对每种耗能方式进行能量公式推导,确定在穿甲过程中靶板消耗的能量,根据能量守恒原理推 导弹体的剩余速度和弹道极限速度。将弹体剩余速度理论结果与数值模拟结果进行对比,吻合较好,验证了 理论公式的可靠性。
2011, 31(1): 69-74.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0069-06
摘要:
为了研究连通装置气体爆炸特性及其发生、发展规律,建立了气体爆炸测试系统,得到了密闭条件 下连通装置气体爆炸特性,揭示了连通装置气体爆炸过程爆炸强度增加机理,为连通装置气体爆炸防爆安全 设计提供参考。
为了研究连通装置气体爆炸特性及其发生、发展规律,建立了气体爆炸测试系统,得到了密闭条件 下连通装置气体爆炸特性,揭示了连通装置气体爆炸过程爆炸强度增加机理,为连通装置气体爆炸防爆安全 设计提供参考。
2011, 31(1): 75-80.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0075-06
摘要:
为了研究爆炸应力波作用下板条边界斜裂纹的动态扩展行为,首先分析了爆炸应力波在含边界斜 裂纹板条中的传播,其次采用动态焦散线实验方法,进行了爆炸载荷下板条边界斜裂纹扩展规律的实验研究。 研究结果表明,爆炸应力波作用下,板条试件边界斜裂纹的扩展过程中,裂纹扩展速度、扩展加速度和裂尖动 态应力强度因子随时间波动变化,扩展速度最大值达到222 m/s,裂纹扩展加速度瞬时到达最大值11.01 Mm/s2,裂尖动态应力强度因子KdⅠ 最大值为0.735 MN/m3/2。斜边裂纹尖端拉应力场是造成裂纹起裂、扩 展的主要原因。
为了研究爆炸应力波作用下板条边界斜裂纹的动态扩展行为,首先分析了爆炸应力波在含边界斜 裂纹板条中的传播,其次采用动态焦散线实验方法,进行了爆炸载荷下板条边界斜裂纹扩展规律的实验研究。 研究结果表明,爆炸应力波作用下,板条试件边界斜裂纹的扩展过程中,裂纹扩展速度、扩展加速度和裂尖动 态应力强度因子随时间波动变化,扩展速度最大值达到222 m/s,裂纹扩展加速度瞬时到达最大值11.01 Mm/s2,裂尖动态应力强度因子KdⅠ 最大值为0.735 MN/m3/2。斜边裂纹尖端拉应力场是造成裂纹起裂、扩 展的主要原因。
2011, 31(1): 81-87.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0081-07
摘要:
使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250 ℃的 准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及 Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的 应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。
使用万能材料试验机、扭转试验机和Taylor撞击实验研究了高强铝合金7A04在常温至250 ℃的 准静态、动态本构关系和失效模型。基于实验结果,修改了Johnson-Cook强度模型中的应变强化项以及 Johnson-Cook失效模型中的温度软化项,并结合数值模拟标定了模型参数。实验结果表明,7A04铝合金的 应变和应变率强化效应不显著,失效应变随温度的增加、应力三轴度的减小和应变率的减小而增加。
2011, 31(1): 88-94.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0088-07
摘要:
以福建省罗源县正在建设的龟屿隧道爆破工程为例,分析了隧道爆破地震波的传播规律和对毗邻 大黄鱼育苗池的水中声场环境的影响。研究结果表明:(1)爆破作业将显著地增加毗邻大黄鱼育苗池的水中 声强(比未爆破前的水中声强高约60~80dB),强度的增加与爆破药量成正比,与爆点的距离成反比,且距离 的影响远大于爆破药量的影响;(2)在海水高潮和低潮的2个时段,由于爆破地震波传播途径的不同,毗邻大 黄鱼育苗池的水中声场环境在强度和频率能量分布上均存在差异:育苗池中低潮时段的水中声强小于高潮 时段的水中声强;低潮时段声波能量主要分布在小于400Hz的较低频带上,而高潮时段的声波能量主要分布 在200~1000Hz的较高频带上。因此,为减小隧道爆破对育苗池中大黄鱼的伤害,结合分析大黄鱼对水中 声波的敏感频率(500~800Hz)及敏感强度,需降低育苗池的水中声强并使声波能量分布向低频带转移,选 择在低潮时段、采用低药量进行隧道作业。
以福建省罗源县正在建设的龟屿隧道爆破工程为例,分析了隧道爆破地震波的传播规律和对毗邻 大黄鱼育苗池的水中声场环境的影响。研究结果表明:(1)爆破作业将显著地增加毗邻大黄鱼育苗池的水中 声强(比未爆破前的水中声强高约60~80dB),强度的增加与爆破药量成正比,与爆点的距离成反比,且距离 的影响远大于爆破药量的影响;(2)在海水高潮和低潮的2个时段,由于爆破地震波传播途径的不同,毗邻大 黄鱼育苗池的水中声场环境在强度和频率能量分布上均存在差异:育苗池中低潮时段的水中声强小于高潮 时段的水中声强;低潮时段声波能量主要分布在小于400Hz的较低频带上,而高潮时段的声波能量主要分布 在200~1000Hz的较高频带上。因此,为减小隧道爆破对育苗池中大黄鱼的伤害,结合分析大黄鱼对水中 声波的敏感频率(500~800Hz)及敏感强度,需降低育苗池的水中声强并使声波能量分布向低频带转移,选 择在低潮时段、采用低药量进行隧道作业。
2011, 31(1): 95-100.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0095-06
摘要:
针对薄壁异形环截面管状结构,结合有限元分析,提出了基于Hopkinson拉杆技术的环向材料动 态拉伸实验方法;设计了特殊的夹具,采用空心透射杆提高透射波幅值;并对1Cr18Ni9Ti材料薄壁异形环截 面管状结构进行不同应变率下的冲击拉伸实验。实验结果表明,该实验方法可适用于这种薄壁异形环截面管 状结构,该结构具有良好的塑性变形能力,断裂应变随应变率的提高明显降低,拉伸强度随应变率的提高明显 增大。
针对薄壁异形环截面管状结构,结合有限元分析,提出了基于Hopkinson拉杆技术的环向材料动 态拉伸实验方法;设计了特殊的夹具,采用空心透射杆提高透射波幅值;并对1Cr18Ni9Ti材料薄壁异形环截 面管状结构进行不同应变率下的冲击拉伸实验。实验结果表明,该实验方法可适用于这种薄壁异形环截面管 状结构,该结构具有良好的塑性变形能力,断裂应变随应变率的提高明显降低,拉伸强度随应变率的提高明显 增大。
2011, 31(1): 101-106.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0101-06
摘要:
利用一种新的快速加热混凝土的方法和SHPB实验系统对自制混凝土进行了不同温度下的动态 压缩初步实验,发现了混凝土在高温下的动态压缩力学性能的规律性:在高温动态压缩条件下,温度变化是影 响混凝土力学性能的主要因素,应变率的影响是次要因素。另外,该混凝土高温动态压缩破坏可以分为2种 模式(裂纹模式和破碎模式)
利用一种新的快速加热混凝土的方法和SHPB实验系统对自制混凝土进行了不同温度下的动态 压缩初步实验,发现了混凝土在高温下的动态压缩力学性能的规律性:在高温动态压缩条件下,温度变化是影 响混凝土力学性能的主要因素,应变率的影响是次要因素。另外,该混凝土高温动态压缩破坏可以分为2种 模式(裂纹模式和破碎模式)
2011, 31(1): 107-112.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)01-0107-06
摘要:
针对多孔泡沫混凝土实验应力应变曲线的基本特点,提出并建立了一种可以考虑孔隙压实过程的 材料本构模型及其数学形式。通过典型算例,分析了应力波在多孔材料中传播的耗散效应,指出多孔材料中 的孔隙在被压实过程中能有效吸收应力波能量、降低应力波强度,在引起应力波衰减的诸因素中,孔隙压实所 起的作用更大更显著。
针对多孔泡沫混凝土实验应力应变曲线的基本特点,提出并建立了一种可以考虑孔隙压实过程的 材料本构模型及其数学形式。通过典型算例,分析了应力波在多孔材料中传播的耗散效应,指出多孔材料中 的孔隙在被压实过程中能有效吸收应力波能量、降低应力波强度,在引起应力波衰减的诸因素中,孔隙压实所 起的作用更大更显著。
