高过载硅微加速度计的动态响应

依据电容式微型加速度计的结构及工作原理,对高膛压火炮膛内弹载高过载硅微加速度计进行了动态响应研究,建立了加速度计弹性元件的力学模型及动态响应数学模型.通过计算给出了弹性元件在高过载条件下的固有频率及动态响应曲线.结果表明,微型加速度计的动态响应与弹性元件的固有频率密切相关,该微型加速度计具有良好的动态响应特性.     

阻尼对压阻式高g值加速度计动态特性的影响

针对动态校准过程中,压阻式高g值加速度计出现动态特性欠佳的情况,用实例与建模仿真相结合的方法,分析了阻尼对压阻式高g值加速度计动态特性的影响,得出若加速度计内部阻尼设计过小,则传感器动态特性差。仿真表明:合理调整阻尼比范围在0.1～0.25时,传感器动态特性较好,时域内响应信号上升时间快、幅值误差小、衰减速率快,频域内谐振分量少。实验表明:该影响确实存在,阻尼比满足要求的传感器具有较好的动态特性。     

AZ31镁合金动态力学行为实验研究

为研究镁合金的动态力学行为,对AZ31镁合金进行霍普金森压杆（Hopkinson）冲击实验,探讨冲击载荷下AZ31镁合金力学响应及相关规律,结果表明：AZ31镁合金在冲击载荷下有明显的屈服和应变强化现象,合金的最大应力值随着冲击速度不断增加,而动态屈服强度对应变率变化不敏感。此外随应变率的增加,该合金变形能力有一极值。     

不同载荷形式下石灰岩冲击特性的比较和讨论

利用一级轻气炮对石灰岩和围压作用石灰岩靶板进行冲击压缩试验,测得不同冲击速度下的应力-时间信号曲线。通过Lagrange分析方法对应力-时间曲线进行处理,得到了流场中各力学量沿时-空的分布规律,进而得到了材料的应力-应变试验曲线。在试验研究和Lagrange分析的基础上,分析了石灰岩和围压作用石灰岩的动态冲击特性。结果表明:强冲击载荷作用下,围压载荷的加入提高了石灰岩的刚度和延展性,使得材料的抗冲击能力得以提高。     

加速度计的动态特性对无陀螺微惯性测量组合性能影响的研究

本文以压阻式加速度计为例,探讨了其动态特性对无陀螺微惯性测量组合的影响.首先,建立了9个加速度计的无陀螺微惯性测量组合模型,并推导了该模型的导航方程,然后根据加速度计的动态特性改进了其导航方程,最后进行了仿真验证.从仿真结果可以看出,对于相同的加速度计,输入信号的动态特性越强,惯性组合的误差越大.因而选用动态特性好的加速度计有助于提高无陀螺微惯性测量组合的性能.本文为无陀螺微惯性测量组合走向实用化,提供了理论依据.     

高冲击下加速度计需测频率上限研究

为了使爆炸、金属碰撞等高冲击环境中使用的加速度计不会发生谐振,应使其谐振频率足够高,如Endevco公司设计的MEMS硅基压阻式加速度计(7270A-200K)的谐振频率可达1.2 MHz(幅值可达20万G);然而在这些强动载荷作用下,由于这种加速度计的阻尼很低,超量程和加速度计敏感元件的破坏仍时有发生;鉴于高G值冲击测量中输入信号的频率上限常常在100 kHz以上,研究加速度计测量结果的频率响应,从不同方面进行论证给出加速度计需要测量的频率上限,研究结果对开发更可靠的MEMS加速度计具有重要意义。     

刚性弹体撞击蜂窝结构高过载特性

为考核武器关键部件在高过载环境下的可靠性，提出一种基于刚性弹体撞击蜂窝结构的新型高过载环境模拟技术。通过轻气炮弹道实验，研究弹体加速度、速度和位移响应规律及蜂窝结构在冲击过程中的力学行为；比较不同撞击速度条件下，弹体高速撞击蜂窝结构过程中过载响应时间历程的差异。研究结果表明：刚性弹体高速撞击造成的蜂窝结构压溃是高度局部化的力学行为，压溃首先发生在蜂窝结构顶端，并随弹体运动由顶端向底端传播；弹体对蜂窝结构冲击压缩过程可分为初始冲击、稳态压缩、密实压缩3个阶段，可分别对应弹体的加速度、速度、位移曲线中相应的响应特征；初始冲击阶段的速度曲线呈明显的阶梯状下降形态，为应力波在弹体中周期性传播导致；3发实验的初始冲击阶段过载峰值相差不大，稳态区持续时间随弹体撞击速度的增加而减小，密实区过载峰值随弹体撞击速度的增加而增加。     

多次模拟弹射载荷作用下水泥混凝土路面动态响应

道路结构作为承载基础,与发射装备构成了动力耦合系统,冲击载荷作用下路面的响应特性将直接影响到导弹发射安全性。为研究多次弹射载荷下水泥混凝土道路结构的动态响应,以压缩空气为动力源搭建模拟弹射载荷生成装置,在三维试槽中铺筑水泥混凝土路面,面层中铺设应变传感器,土基中埋设土压力传感器,通过多次冲击加载试验获取模拟弹射载荷作用下土基压应力和面层应变变化规律,分析土基内压应力与深度及载荷作用面中心点距离间的关系,得到多次模拟弹射载荷下面层破坏形式及破坏机理。研究结果表明：冲击压力与土基峰值压应力呈线性关系;距离载荷中心点3 300 mm处,不同模拟弹射载荷下各深度处的土基压应力峰值已经非常小,模拟弹射载荷的径向影响范围为3 300 mm以内;模拟弹射载荷较小时面层为弹性变形,模拟弹射载荷增加到0.77 MPa时混凝土面层产生辐射状贯穿裂缝;弹射载荷作用下路面出现整体沉降。     

弹药侵彻混凝土过载性能的数值模拟

通过建立弹靶系统,分析侵彻模型及弹体内部炸药所受冲击载荷的动态响应,旨在揭示弹药在侵彻混凝土冲击环境下的过载特性,进而运用ANSYS/LSDYNA模拟软件,采用相应的弹药以及靶板数学模型,对弹药侵彻一定强度混凝土靶板进行了仿真计算,分别得出了弹体与内部炸药的过载曲线.并将弹体的过载曲线与Forrestal模型进行对比,仿真结果表明,弹体过载曲线峰值及总体趋势与该模型吻合较好.而且进一步预测了弹内装药的过载特征,说明模拟结果具有较高的可信度,可为同类弹药侵彻混凝土的过载特性方案设计提供参考.     

旋转弹体尾翼片非线性动载荷响应特性分析

旋转弹体在非稳态带攻角飞行时，可晃动尾翼片可能在较低转速下因低频动载荷响应过大造成结构提前断裂。针对旋转弹体尾翼片的动载荷响应破坏问题，建立了一种存在间隙的尾翼片在离心力以及非定常气动力作用下的非线性动载荷响应分析模型。对该系统的动力学方程进行数值求解，并使用Matlab/Simulink软件平台进一步开发尾翼动响应分析工具。通过调整尾翼片可晃动量e和载荷振荡因子k，研究了旋转弹体尾翼片的非线性动载荷响应特性，并指出旋转弹体在非稳态带攻角飞行时，可晃动尾翼片因倍周期低转速振动放大而可能提前发生破坏。     

高g值加速度计动态线性度标定方法研究

针对高g值加速度计动态线性度标定问题,对基于霍普金森杆的标定系统所存在的技术问题进行了研究。为实现双子弹同步撞击标定杆从而产生标定所需的叠加信号,提出了单一炮管同步发射双子弹的方法,利用防止内外2发子弹相互滑动的紧固措施,有效地实现了双子弹撞击的同步性。运用有限元方法系统研究了子弹几何形状、材料、冲击速度和整形器的使用对高g值加速度计标定中的激励脉冲波形的影响机制,进而总结出双子弹标定系统子弹选择和波形控制方法。结果表明：在双子弹标定系统中,为了对加速度计进行某一频带上的动态线性度标定,可通过改变双子弹相对截面积或冲击速度的方式改变g值,通过改变子弹材料的方式改变标定频带。最后,利用提出的单炮管双子弹霍普金森杆标定系统对988-1198型加速度计的动态线性度进行实测,效果良好,证明了该方法的可行性。     

平头钢弹侵彻钢靶板过载特性的数值分析

利用LS-DYNA软件,研究了平头钢弹侵彻钢靶板时的过载特性,针对几种典型的弹体初速度、弹体长径比进行了模拟计算,得到了各种条件下的弹体侵彻过载曲线,分析结果表明：着速、弹体长径比及弹体结构响应对侵彻过载均有很大影响,并得到一些定量结论,可为硬目标侵彻引信的设计及抗高过载加速度传感器的选择提供理论依据。     

剪切式爆炸螺栓火工冲击作用解耦试验及特性

为了辨识剪切式爆炸螺栓冲击产生的来源,设计了有预紧力、无预紧力、无活塞剪切和仅火药燃烧四种不同状态的爆炸螺栓,实现了火药燃烧、活塞剪切薄弱面、活塞行程末端碰撞和预紧力释放四种冲击源的解耦,利用压阻加速传感器测量其在60 cm×60 cm×1 cm的等效铝板上距冲击源中心15 cm处的响应加速度,以此计算出了各冲击源的冲击响应谱,并与整个事件的冲击响应谱进行对比分析。结果表明,不同冲击源的特性不同,火药燃烧诱导的冲击主要表现为高频,而活塞剪切薄弱面和活塞行程末端碰撞引起的冲击集中在中低频。在整个频域内,预紧力释放是整个冲击响应输出的主要贡献者,大约占57.51%,而火药燃烧、活塞剪切和活塞碰撞三个冲击源的贡献相当。     

气体发生器支撑结构冲击响应数值仿真

了解气体发生器支撑结构的冲击环境对于其结构动态响应分析和参数设计至关重要。采用LS-DYNA程序对支撑结构冲击实验进行了数值仿真，对其材料动态性能参数进行了标定。利用实测结果，对载荷特性参数进行了数值验证计算，获得了压力峰值。对3种支撑结构在该压力载荷作用下的）中击变形特性进行了数值预测，获得了能正常工作的改进方案，为支撑结构参数设计和实际试验提供了参考依据。     

截卵形弹体Taylor撞击的变形特点和冲击载荷特性

以弹体在Taylor撞击实验中产生的冲击载荷以及载荷的潜在应用为主要关注点,采用理论与实验相结合的方法,对截卵形弹的撞击变形特点和冲击载荷特性进行研究。基于经典的平头弹Taylor撞击理论建立截卵形弹体的Taylor撞击分析模型,并对动量冲量守恒方程进行修正,修正后的模型预测结果更接近实际。设计并开展具有相同外径、相同质量的截卵形弹、平头弹的Taylor- Hopkinson撞击实验,对比两种头型弹体在变形模式、撞击载荷等方面的差异,分析产生不同脉冲形状冲击载荷的原因,讨论弹体在撞击过程中经历的整体高g值过载。结果表明：头部形状显著改变了冲击载荷的波形、脉宽特征,撞击速度主要影响冲击载荷的峰值;通过弹体头部形状设计和撞击速度控制能够实现冲击环境特性的调控;研究结果支持了将Taylor撞击实验应用于高g值实验加载的设想。     

爆炸冲击荷载作用下拱结构的弹塑性动力响应研究

采用数值模拟方法,研究拱结构在爆炸冲击荷载作用下的弹塑性动力响应。结构动力屈曲临界荷载由B-R 准则判定。研究结果表明:拱结构的动力响应过程可划分为4 个典型阶段,即弹性振动阶段、弹塑性稳定振动阶段、反直观动力响应阶段和压溃破坏阶段,拱结构反直观动力响应是其发生动力屈曲以后处于不稳定平衡状态中的一种动力响应模式;爆炸冲击持续时间越长,拱结构动力屈曲临界荷载越小;当冲击持续时间在某一范围内时,结构发生动力屈曲以后会出现反直观动力响应;爆炸冲击持续时间太长或太短,结构发生动力屈曲以后将不会出现反直观动力响应,即结构一旦发生屈曲就会出现毫无征兆的突然破坏,动力屈曲临界荷载就是动力失效荷载。     

爆炸冲击波作用下混凝土板的载荷等效方法

基于动力响应一致的原则,提出了将混凝土板所遭受的爆炸载荷等效为无升压时间的 三角形均布载荷的方法。采用量纲分析将混凝土板的最大动量及其达到时间作为等效参数,得到 了其在爆炸作用下的等效载荷超压峰值和持续时间与炸药当量和爆距之间的无量纲经验关系式。 通过对一定无量纲范围内不同工况计算结果的拟合,确定了经验表达式中的常数。最后,采用数值 方法对等效载荷和实际爆炸作用下混凝土板的动力响应数值分析结果进行比较,验证了该等效方 法的有效性。     

用橡皮泥模拟高速碰撞的实验研究

本文讨论了用长杆橡皮泥弹撞击橡皮泥靶来模拟长杆金属弹高速撞击金属靶的动态响应问题。试验测量了半无限厚度橡皮泥靶的孔径和最终侵彻深度;测定了有限厚度橡皮泥板的弹道极限速度;并用金属弹、靶间撞击效应的理论计算和实验结果进行了检验。研究表明,橡皮泥弹、靶间的模拟撞击实验结果与金属弹、靶间撞击的实验结果和理论计算,都吻合得较好。