拓扑互锁易碎复合材料结构研究

设计出一种新型易碎复合材料结构。它由若干子构件按拓扑互锁原理组合成一种可承载的整体结构，结构中各子构件接触面无粘结，当约束被解除时整个结构即可散落，完成触发碎裂的工作机制。采用高精度模压成型制备出了直角三角板形的拓扑互锁复合材料结构，通过试验研究了该结构在不同横向力作用下的力学行为及其承载能力，并采用有限元法对其进行数值分析。试验结果表明：拓扑互锁易碎复合材料结构在垂直于结构平面的集中载荷作用下，力与位移呈非线性变化。有限元分析结果与试验结果吻合。     

圆筒平盖封头压力管的应力数值分析

根据有关理论在某圆筒平盖封头压力管受内压作用时 ,对其两大组件 (平盖封头和内压圆筒 )中的应力分布进行了理论计算 ,也对整个结构 (包括焊接区 )进行了不同载荷下应力分布的数值计算。分析了各组件和焊接区的应力分布、可能的失效区域以及失效载荷。     

发射筒易碎前盖开盖过程的流体与固体耦合仿真方法

发射筒易碎前盖的压力波开盖过程是一个典型的流体与固体耦合问题。为研究易碎前盖的开启仿真过程，对易碎盖聚氨酯复合材料分别做了静态拉压实验、动态拉压实验，并利用用户子程序VUSDFLD对混凝土塑性损伤（CDP）本构模型进行扩展开发，用以描述易碎盖材料的承载和破裂状况；基于计算流体力学（CFD）的发射筒内流场仿真，对欧拉方法的同工况模型进行仿真校验，并借助耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）算法对易碎前盖的开启过程进行仿真。结果表明：所开发的含单元失效的CDP本构模型能较好地吻合材料实验和产品实验情况；CFD与CEL算法相结合的仿真方法能有效解决压力波开盖这类流体与固体耦合问题，且具有较高精度。     

导弹发射简盖开启过程数值计算及试验

为了研究导弹发射时燃气产生的压力开启前后易碎盖的方式,利用计算流体技术和试验方法时某型导弹发射时开盖技术进行了数值模拟和试验,建立了导弹和发射筒的二维和三维计算模型,研究结果表明,某型导弹采用易碎前后盖技术,后易碎盖由发动机燃气直接冲破,前易碎盖靠发射时产生的扰动波打开,通过合理配置发射筒前后易碎盖开盖条件,能可靠保证发射筒盖的正常开启.     

复合材料加筋板失稳分析的工程计算方法研究

为对复合材料加筋板的稳定性和承载能力作简便、快捷的评估,建立一种针对多种组合形式的复合材料加筋板稳定性分析的工程计算方法。基于分段处理法,设计工程计算方法总体框图;基于经典层合板理论,计算各单层刚度系数;利用等效刚度法、有效宽度法等计算方法,建立加筋板的等效刚度矩阵模型和各屈曲模式下的屈曲载荷和破坏载荷计算相关的数学模型参数。设计该工程计算方法的计算程序流程,并利用MATLAB开发软件工具,实现参数化、自动化的屈曲模态判断和屈曲载荷、破坏载荷的预估计算。给出求解算例,将计算结果与试验和有限元分析结果进行对比分析,验证该方法的正确性和精确性。     

基于近似模型的复合材料导管支臂结构性能分析

为分析气垫船复合材料导管支臂结构性能并进行高效率结构设计,采用一种带有权重系数变量的组合神经网络近似模型替代结构有限元计算。根据各铺层设计参数对结构性能影响的灵敏度进行分析并分组,建立多个神经网络模型,结合权重系数与各模型输出得到响应预测值。基于复合材料可设计性,应用优化拉丁超立方试验设计方法从细观和宏观层面分析研究导管支臂性能中材料参数的作用。结果表明：所提复合材料导管支臂结构组合近似模型方法具有较高精度,纤维弹性模量和基体剪切模量对导管支臂结构材料力学性能具有主导作用;在组分材料属性一定情况下,纤维体积分数的增加能够提高结构刚度与稳定性,在不同受力状态下纤维体积分数与各铺层角对结构失效影响有差异,设计时需进行特殊考虑;所提方法可为复合材料导管支臂结构性能分析及支臂结构材料一体化设计提供理论依据。     

先进复合材料导弹结构的设计与分析

本文介绍了一种使用先进复合材料作为先进导弹的主要及辅助结构系统的初步设计方案,并论证了其制造工艺。精密安装的内部梁结构,可承受大载荷的检查口盖及各部件连接等都反映出先进复合材料的特有的设计特点。还证明了使用该材料比用金属材料重量减轻了很多。     

静载和疲劳载荷共同作用下的结构可靠性分析

对在静载荷和疲劳载荷共同作用下的结构系统中的各失效元件的失效时间进行研究。首先,分析了失效路径中第一个失效元件的静载失效和疲劳失效时间,建立了两种失效时间下的安全余量方程,分别计算两种失效模式下的可靠性指标。通过对比两个可靠性指标的大小,得出了第一个元件的失效模式和失效时间。其次,在第一个失效元件失效时间的基础上,分析了失效路径中未失效元件的剩余强度和累积损伤,从而得出了失效路径中各元件的失效时间,为建立安全余量方程提供了合理的表达式。通过算例表明,本文方法符合工程实际,为在静载荷和疲劳载荷共同作用下的结构系统的可靠性分析提供了一个合理的方法。     

复合材料/铝合金黏接-自冲铆接头力学性能

为探究碳纤维复合材料黏接-自冲铆复合接头力学性能,对厚度为1.5 mm的碳纤维复合材料及5052铝合金板材分别进行自冲铆接,结合dp460环氧树脂黏接-自冲铆复合连接及黏接3种不同工艺制作单搭式接头,通过剖面直观检测分析法对接头成形进行质量评价,由拉伸-剪切试验获得各组接头的静破坏载荷及失效位移,并计算相应能量吸收值。结果表明:黏接-自冲铆复合连接工艺可以实现对碳纤维复合材料与5052铝合金板材的有效连接,其复合接头静破坏载荷比自冲铆接接头增加160%,为5 425.2 N;与黏接接头相比,黏接-自冲铆复合接头能量吸收能力更强,是前者的2倍;失效模式为在铆接位置发生纤维层断裂,黏接处发生混合破坏,搭接区域的5052铝合金板上出现纤维层残留;失效机理为铆钉刺入破坏纤维材料的连续性,在黏接剂的作用下断裂的纤维层黏接在上板并与下板分离。     

新型导弹贮运发射箱前开关盖机构的动强度预测

基于 CFD 软件分析了导弹自由射流流场特性,并提出了一种计算流场中物体载荷的简化模型;采用有限元方法建立了发射状态下导弹贮运发射箱前开关盖机构的动力学模型;潜助接口编程,模型可根据导弹及盖体姿态自动计算盖体上的压力分布,并实现此分布作用的加载;计算模型的结构失效方式与加载实验基本一致;根据计算结果分析了导致结构强度问题的原因,并提出了对该机构进行改进的总体思路。     

基于三种强度准则的PBX Ⅰ型裂纹尖端失效区研究

为了描述高聚物粘结炸药(PBX)裂纹尖端失效区域,采用Mohr-Coulomb、Twin-shear和Drucker-Prager强度准则,对PBXⅠ型裂纹尖端失效区进行研究,得到了描述PBX拉压不对称的裂纹尖端失效区表达式。研究表明,Drucker-Prager强度准则综合考虑了材料拉压比、平均应力及偏应力等因素,求解的裂纹尖端失效区相对最大。材料拉压比对裂纹尖端失效区有着显著影响,拉压比越小,材料拉压不对称越严重,裂纹尖端失效区越大。温度对PBX材料综合力学性能影响很大,60℃下裂纹尖端失效区较20℃下显著增大。     

火炮身管强度设计理论和安全系数的研究

提出了一种火炮身管强度设计的新方法和基于该方法的安全系数选择方案,分析了身管强度失效过程.运用弹塑性变形的基本理论提出了一种允许小塑性变形发生在身管内膛公差范围内的强度设计方法,给出了其理论依据和具体操作方法.通过分析已有的身管强度数据资料,确定了安全系数选择的初步方案.该设计方法基本反映了目前我国制式火炮身管的现状,为火炮身管设计更新提供了参考.     

混凝土Johnson-Holmquist模型极限面参数确定

为合理确定Johnson-Holmquist(JH)本构模型参数,根据屈服面理论建立了粘聚强度与Mohr-Coulomb准则参数的关系,提出了一种通过三轴围压试验获取极限面参数的方法。采用围压高达120MPa的三轴试验实测了一种混凝土的破坏强度,同时结合文献数据确定了统计经验的JH模型极限面参数。通过对飞片碰撞与侵彻的数值模拟,检验了参数的合理有效性。     

稳定变应力作用下疲劳强度可靠性设计方法

稳定变应力作用下机械零件的疲劳强度可靠性设计需要校核零件危险截面处的安全程度和计算可靠度，以检验是否达到设计要求。由于许用极限应力的变化与工作应力的增长规律有关，使计算危险截面处的可靠度比较困难。本文通过研究应力集中、尺寸和表面状态对零件极限应力的影响，以及寿命系数的影响，在应力循环特性为常数情况下，工作点分别位于疲劳区和塑性区时，利用可靠性工程技术，得出了该种情况下疲劳强度可靠度设计方法。     

壳体刻槽PELE冲击破碎数值模拟

为研究刻槽参数对横向效应侵彻弹丸(PELE)冲击破碎的影响规律,采用光滑粒子流体动力学方法,利用Johnson-Cook本构模型,引入最大主应力失效和随机失效准则,建立数值模拟模型,对PELE壳体的冲击破碎过程进行模拟,并试验验证了数值模拟模型的有效性。利用均匀设计方法确定刻槽数量、刻槽角度、刻槽深度的因素水平表和数值模拟方案,分析壳体的破碎情况。研究结果表明:该文采用的数值模拟模型能够有效模拟PELE的壳体破碎情况,壳体刻槽PELE侵彻贯穿靶板过程中,壳体的纵向断裂和破碎基本沿着刻槽位置开始,壳体破碎产生的碎片多为长条状。壳体破碎程度随刻槽数量的变化呈抛物线趋势变化,随刻槽角度的增大而减小,与刻槽数量、刻槽深度的乘积正相关。该文采用的数值模拟模型和研究方法可用于研究固体材料的冲击破碎。     

隐身榴弹的发射安全性分析

分析了在火炮发射过程中榴弹涂敷吸波材料的受力情况及其强度要求,计算出粘合胶粘着强度、吸波材料的厚度和密度等参数.根据计算结果和相似理论设计了安全性试验用的模拟弹.在模拟弹丸上涂敷吸波材料,通过套筒保护吸波材料,可防止回收时损伤吸波材料.通过模拟炮射击试验,验证了吸波材料强度参数设计的正确性,证明隐身榴弹的发射具有安全性.     

某火炮上架结构改进设计

为解决某火炮上架刚度较差问题,利用基于传力路径下的结构优化设计方法,进行了上架改进设计。通过有限元静态刚强度计算,分析了原上架设计中的薄弱环节。运用拓扑优化方法找到结构的主传力路径,寻求最佳材料分布,修改了上架筋板布局。采用尺寸优化方法进行详细设计,确定了上架主要板件的厚度尺寸。对改进前后上架结构的刚强度进行了对比和分析,结果表明改进设计的上架刚度有较大幅度提高,最大位移减小了32.7%,左右耳轴室中心变位差减小了52.1%,且最大应力降低20.0%,而结构质量仅增加了1.9 kg,达到了改进设计目标。     

HTPB推进剂粘聚区本构模型反演识别研究

端羟基聚丁二烯（HTPB）推进剂在拉伸过程中裂尖存在一个明显的非线性粘聚区,粘聚区本构模型的精度影响着推进剂装药裂纹起裂和扩展过程的数值仿真结果。为了准确地获得HTPB推进剂的粘聚区本构模型,建立了基于实验的反演识别方法,该方法通过实验获取粘聚区断裂能和断裂强度参数,使用有限元模型更新方法得到粘聚区本构曲线形式参数。将获得的本构模型应用于裂纹起裂和扩展过程仿真,研究结果表明所建立的粘聚区本构参数获取方法简单可行;所获得的粘聚区本构参数可以准确地模拟出HTPB推进剂裂纹起裂和扩展过程。     

热构耦合分析在一体式排气歧管支架开发中的应用

实际工作中遇到的许多一体式排气歧管发动机耐久试验失效主要与支架失效有关.通过低周疲劳理论知识,以及材料疲劳原理,采用CAE/试验的方式,对一体式排气歧管进行低周疲劳分析和试验验证.文中介绍了在设计前期低周疲劳造成的支架损坏的预测方法,并在后期试验中验证预测方法的有效性,从而将此方法运用到排气歧管支架的研发中.     

超高强度低合金钢的破断特性

研究了用于发动机壳体及火箭、导弹压力容器的超高强度低合金钢的破断特性.为了理解此材料的破断特性, 加工了拉伸试样、表面裂纹拉伸(SCT)试样、小型(CT)试样和压力容器, 并对它们进行了试验.用试验数据评估了此材料的破断参数.由这些参数生成了一个破断评估图来量化裂纹对材料强度的影响程度.对SCT试样和CT试样断裂强度的评估与其试验结果进行了比较, 结果表明它们非常一致.同时也检验了"焊接及热处理"过程对其破断特性的影响.为了选择一个适用于此材料的断裂理论, 进行了压力容器的破断评估并用试验结果验证.