高速破片撞击充液容器时容器壁面的损伤

为研究高速破片(钨球)撞击充液容器(贯穿前后壁面)时容器壁面的毁伤情况,利用ANSYS/LSDYNA对该过程进行了数值模拟,分析了破片撞击动能对充液容器前后壁面毁伤程度的影响,并进行实验验证。结果表明:高速破片撞击充液容器形成的液压水锤对充液容器前后壁面的破坏程度可分为3个等级,即前后壁面均未出现裂纹、前壁面没有出现裂纹后壁面出现裂纹和前后壁面均出现裂纹且后壁面呈花瓣式开裂;破片撞击充液容器过程中,前后壁面的最大变形量和前后壁面的裂纹总数随破片撞击动能的增加而增大。     

破片撞击充液密闭油箱的实验研究及数值仿真

针对两种不同充液密闭柴油箱,一种油箱为普通柴油箱,另一种为在油箱内层附带橡胶层的柴油箱,在一定速度范围内开展了钨合金燃烧破片撞击、引燃油箱的实验研究。试验采用高速录像拍摄破片撞击油箱的过程。研究发现,带有橡胶的油箱具有自闭合功能,在735m／s～1320m／s的速度范围内不能被引燃,而不带有橡胶的油箱可被引燃。为了揭示这种带有橡胶材料油箱的自闭合现象,利用LS—DYNA软件,选定橡胶材料为超弹性材料,对破片撞击带有橡胶结构的油箱进行了数值仿真。仿真结果表明带橡胶油箱具有自闭合力学机理。     

撞击载荷下充液双层结构响应特性的试验研究

为研究充液双层结构在碰撞过程的动力响应特性,对简化的双层板结构开展了系列碰撞试验,并对比了在有无充水条件下被撞结构的动态响应。研究结果显示,液体在碰撞过程中对顶板的缓冲和保护作用。最后通过分析有无充水条件下撞头加速度和内部扰动压力等试验数据,研究了充水与结构的流固耦合效应对碰撞响应的影响。     

高速液—固碰撞时固体弹性和液体可压缩性对撞击压力的影响

本文联立求解可压缩平面液体撞击弹性固体表面时液体激波面及液固相界面上的物理过程控制方程组,导出了激波速度、撞击压力和固体表面变形速度的计算公式.导出的公式中包括了表征液体可压缩性的撞击马赫数M_0和表征固体弹性的液固声阻抗比Γ.通过计算液体撞击PMMA,钙钠玻璃、ZnSe和1Cr13时的撞击压力,本文具体分析了M_0和Γ对撞击压力产生的综合影响。     

储液容器内液体晃荡的非线性动力学分析

基于非线性波动理论模型,求解储液容器内液体晃动的固有频率、模态及动力学响应问题。流体使用u_s-u_p状态方程,利用ABAQUS软件的自适应网格技术,建立储液容器液体晃动数学模型,通过施加水平简谐激励得到液体晃动的固有频率和模态,并与解析解对比,验证了该方法的准确性与可行性。然后,分析了矩形储液容器在多种激励作用下液体非线性晃动响应特性。

     

充液刚体动力学研究方法概述

充液刚体动力学源自19 世纪的经典力学, 发展至今成为以航天高科技为背景的动力学分支. 本文概述充液刚体的力学模型与实际对象不断接近, 研究方法随之不断更新的过程.     

用变分原理建立充液刚体动力学方程的探讨

针对充黏性液体的刚体,给出了一种应用Jourdain变分原理推导系统动力学方程的方法.将流体微团上所受的表面力合力视为质点系的主动力,出现在系统内力的虚功率中,代入系统的动力学普遍方程,从而获得充液刚体系统的Newton-Euler方程及腔内液体的Navier-Stokes方程.该方法不仅可以导出充黏性液体系统的动力学方程,还可以退化为充理想液体的系统动力学方程.     

圆管及内充压力介质管道撞击损伤与破坏的研究进展

综述了国内外关于内空圆管及充有压力介质的管道经受局部撞击作用时的大变形与破坏的研究现状,从圆管的侧向撞击凹陷及其对管柱承载能力的影响、管壁的撞击穿透、圆管的斜冲击、内充介质及压力对冲击穿透的影响、分析模型等6个方面介绍了一些重要实验结果和处理该类问题的分析方法与力学模型,讨论并提供了一些在工程应用中有重要指导意义的研究结果.由于内充压力介质管道的冲击穿透破坏涉及内充压力介质与管壁在撞击过程中的相互耦合作用,其变形及破坏机理十分复杂,影响因素除了圆管的几何尺寸、支承形式、材料力学特性、弹体形状及冲击速度等,还包括内充介质密度及内充压力大小等诸多方面.本文对这一问题作了详细评述及讨论,指出了目前的研究结果中的不同结论,同时给出了内充压力介质对临界冲击穿透能量的影响趋势的最新研究结果,最后提出了进一步的研究方向以及采用的相应对策.图2参64     

圆柱形弹性贮液容器的自振特性分析

贮液容器,无论是由钢材制成的或是由钢筋混凝土建造的,在工业或工程上都有着广泛的应用,如石油化工工业中的储油罐,给水工程中的水池即为典型例子。在核动力工程中的压水堆或快增殖堆,所用的主容器都可看成为一种特殊的贮液容器。它与一般容器很大的区别在于除贮液外,在堆内还设置一些构件。这对结构分析计算带来不小的困难。本文根据剪切悬臂梁理论且考虑液动压力效应,建立了弹性圆柱形贮液容器的自振方程及相关的特征值矩阵,分别对钢筋混凝土和钢制容器进行了数值计算,重要结果之一表明,容器愈柔,液动压力对频率的影响也愈大。     

冲击作用下夹层充液薄壁半球壳组合结构的动力响应

采用DHR9401作为加载工具对充液夹层构形的薄壁半球壳组合结构受质量块冲击的动力响应进行了实验研究。给出了冲击力和内压力时程曲线,结合实验变形过程的观察可以看出,冲击引起半球壳的动力响应可分为4个阶段:冲击点处的扁平化;壳面凹陷形成塑性铰并向外扩张;冲头对塑性棱区的压平以及弹性恢复。实验结果表明,双层充液球壳在受到载荷冲击时,由于液体作用使外壳受到的局部冲击转化成面载荷均匀加载在内壳上,使之具有更大的承载能力。采用夹层充液组合构形的半球壳组合结构的耐撞性有了很大的提高,在一定的冲击能量下,内部的球壳变形量很小,可以提供有效的安全防护空间。     

带尾裙跨介质航行体高速斜入水实验研究

为了研究带尾裙跨介质航行体高速斜入水过程中空泡的发展及运动特性,搭建了高速入水实验平台,并设计了带有内测单元的实验模型,对带尾裙跨介质航行体开展了入水角为20°、入水速度为30~130 m/s的实验研究。采用高速摄像机记录入水空泡,同时由内测单元测量航行体的运动参数和泡内压力,获得了航行体高速斜入水过程中空泡的发展特性、入水运动特性以及泡内压力的变化规律。实验结果表明：带尾裙跨介质航行体在入水过程中形成了滑行运动特性,入水空泡发生弯曲变形现象,随着入水速度的升高,入水弹道向上偏转的趋势更加明显;航行体入水轴向过载峰值作用时间较长,法向过载峰值在入水1.5倍航行体长度后逐渐降至零值附近波动;泡内压力随入水空泡的形成和发展呈现先降低后升高的趋势,且最低压力随入水速度呈线性趋势,形成时间基本一致。     

EXPERIMENTAL INVESTIGATION AND COMPUTER SIMULATION ON DYNAMIC BUCKLING BEHAVIOR OF LIQUID-FILLED CYLINDRICAL SHELLS UNDER AXIAL IMPACT

This article reports an experimental investigation on the axial impact buckling of thin metallic cylindrical shells fully filled with water. Low velocity impact tests are carried out by DHR-9401 drop hammer rig. The whole process of dynamic buckling is simulated using LS-DYNA computer code. The consistency between experimental observation and numerical simulation is quite satisfactory. The investigation indicates that quite high internal hydrodynamic pressure occurs inside the shell during the impact process. Under the combined action of the high internal pressure and axial compression plastic buckling occurs easily in the thin-walled shells and buckling modes take on regular and axisymmetric wrinkles. This project is supported by the National Natural Science Foundation of China(19672039) and the Shanxi Foundation for Returned Scholars from Abroad.     

Motion analysis of a spinning satellite system with off-centre tanks partially filled with liquid

The sloshing problem for, a spherical tank partially filled with liquid is analysed in this paper. The study is based on the goveming, equations of fluid dynamics and the Euler's equations of systems with the influences of tank off-centering, fluid vortices and the Coriolis' acceleration on the motion states of the systems taken into consideration. In the study, we adopt the concept of uniform vortex motion of fluid generalized by Pfeiffer and apply the boundary element method (BEM) to the calculation of the natural frequence and the velocity field of the liquid sloshing. The motion characteristics of the flow-solid spinning system is then analysed. The project is supported by the National Natural Science Foundation of China and Ministry of Astronautics.     

充满水的金属圆柱壳经受轴向撞击时屈曲过程的实验研究

本文报道了五种规格充满水的圆柱壳经受大质量低速度轴向撞击作用时屈曲过程的实验结果。研究表明由于液体的存在,圆柱壳的屈曲模态呈轴对称型的环带波纹,整个撞击过程可以明显地分为振荡的动力加载、平稳发展的后屈曲和迅速下降的弹性卸载三个阶段。并讨论了试件壁厚和高度等几何参数对其屈曲性能的影响。     

航行体回收垂直入水空泡流场及水动力特性研究

航行体以尾部向下姿态入水过程的研究对无动力运载体以及导弹回收等问题的解决具有重要意义. 本文采用VOF (volume offluid)多相流模型,并结合动网格技术,对航行体尾部向下姿态高速垂直入水过程展开研究.数值计算结果与实验[12]吻合度较好,验证了本文所采用数值方法的准确性与可行性.以航行体为研究对象,分析了航行体垂直入水过程中流体动力、入水空泡及流场结构的演变特性,进而讨论了入水速度对流体动力特性和入水空泡的影响规律. 研究结果表明：在航行体入水过程中主要受到压差阻力的影响,在入水冲击阶段,航行体所受阻力系数在撞击自由液面时达到最大,随着入水时间的推移,总阻力系数缓慢降低,最终趋于稳定,空泡发生溃灭时产生微小波动.在入水空泡发展的过程中,在惯性力与内外压差的共同作用下,空泡壁面会同时存在扩张与收缩两种阶段.航行体垂直入水过程中阻力系数峰值随着入水速度的增大而增大,且随着速度的增大,空泡最大直径以及空泡收缩速率增大.空泡面闭合无量纲时间以及深闭合时入水空泡夹断深度与入水深度的比值随弗劳德数变化基本不变.     

吸能包装模型结构的冲击响应

利用空气炮冲击实验对吸能包装结构的跌落过程进行模拟,进行了缩比模型的正撞和30°斜撞实验,针对模型实验进行了数值分析,获得了吸能包装结构模型在撞击过程中的应力分布和塑性变形,并将计算情况与实验结果进行了分析。结果表明：在撞击中吸能包装结构主要通过缓冲木材的塑性变形及外钢壳屈曲产生的塑性铰吸收能量,塑性变形主要集中于撞击端,而远离撞击端未见塑性变形;计算中木材本构参数采用顺纹方向压缩应力应变曲线具有一定的有效性。

     

Impact of a spherical rigid body on the surface of a cavity in a compressible liquid: An axisymmetric problem

The shock interaction of a spherical rigid body with a spherical cavity is studied. This nonstationary mixed boundary-value problem with an unknown boundary is reduced to an infinite system of linear Volterra equations of the second kind and the differential equation of motion of the body. The hydrodynamic and kinematic characteristics of the process are obtained __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika, Vol. 44, No. 1, pp. 11–19, January 2008.     

液体三维晃动特征问题的有限元数值计算方法

本文采用有限元方法数值求解任意刚性容器内液体三维晃动的固有频率和模态.通过建立液体晃动特征问题的泛函极值原理,编制了四面体等参单元有限元程序,计算了平放圆柱腔内三维液体晃动的特征频率,并将矩形容器、球腔、带“十”字隔板球形容器内的液体三维晃动计算结果与解析解、实验结果和二维有限元数值解进行了比较,程序的正确性得到了验证.