特殊内凹形蜂窝结构等效扭转刚度研究

为了进一步研究内凹形蜂窝结构中的等效扭转刚度,针对一种特殊的内凹形蜂窝结构,将其简化为正交异性薄板,分别计算均布扭矩作用下等效薄板的变形能及蜂窝胞元各胞壁变形能之和：利用能量等效原理推导该蜂窝结构等效扭转刚度的理论公式。结果显示,胞壁夹角变化对蜂窝结构扭转刚度的影响明显,且随着胞壁厚度的增大,蜂窝结构扭转刚度有明显提升,最后建立蜂窝结构的有限元模型进行数值分析,并利用数值结果反推了蜂窝结构的扭转刚度,其与理论结果的误差在3%左右,验证了理论分析方法的正确性。     

SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微镜,分析结构变形模式与断口破坏机理;基于参数化有限元数值分析,研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明：SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高,力学性能差异小;钛合金蜂窝结构面内受压时,结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载;破坏处断口可观察到明显的韧窝,呈现明显的塑性破坏形貌;壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度,降低最小弯曲半径,从而显著改善压溃卸载现象,提升结构承载稳定性。     

胞元结构液态复合装甲对射流的干扰特性

为了提高坦克防护装甲的高级别防护能力,应用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对射流侵彻胞元结构液态复合装甲的过程进行数值模拟.分析不同的胞元高度和靶板倾角对胞元结构液态复合装甲抗射流侵彻性能的影响,研究液体的径向汇聚和飞溅对射流的干扰情况,以及面板、背板的鼓包变形情况;并通过射流垂直侵彻液态复合装甲的剩余穿深试验,验证了数值计算模型的可靠性.研究结果表明:复合装甲内部液体的径向汇聚和飞溅都会影响射流的稳定性,降低射流的剩余侵彻能力,增加胞元高度和复合装甲的倾角都能降低射流稳定性,可有效提高液态复合装甲的防护性能.     

基于旋转三角形模型的负泊松比蜂窝材料面内动态压溃行为数值模拟

为提升蜂窝材料的动态力学性能,在旋转三角形变形构型基础上,针对不同旋转角建立了对应的蜂窝结构模型。利用这些蜂窝模型通过有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA数值模拟了不同旋转角的蜂窝在冲击载荷作用下的面内动态压溃行为;同时考虑冲击速度的影响,研究了旋转角和冲击速度对其变形模式以及平台应力的影响规律,并对比分析了旋转三角形蜂窝的吸能特性。结果表明：旋转三角形蜂窝的变形过程一般可分为旋转变形和坍塌变形两个阶段,其应力-应变曲线具有“两段式应力平台”特征,且表现出明显的动态拉胀效应;当旋转角增大或冲击速度提高到某个临界值后,其应力-应变曲线只具有一个平台段,动态拉胀效应逐渐减弱;在不同冲击速度下,通过与相对密度相同的正六边形蜂窝相比较,旋转三角形蜂窝具有更好的能量吸收能力。     

装药爆轰控制结构参数对双模毁伤元的影响

成型装药中装药爆轰控制结构参数对爆轰波的传播和双模毁伤元的成形有着重要影响,应用LS-DYNA仿真软件,研究了装药口径110 mm、JH-2炸药条件下隔板参数(隔板直径、隔板厚度、隔板锥角)、装药结构参数(装药高度、小药片高度)对于EFP和JPC双模毁伤元成型的影响规律,确定了各参数的最佳取值范围,其中隔板直径、厚度分别取为0.8~0.87和0.08~0.12倍装药口径,隔板半锥角取52°~60°,装药高度、小药片高度分别取1.1~1.2和0.06~0.12倍装药口径。结合正交设计方法确定了最佳装药爆轰控制结构参数组合:隔板直径、厚度和半锥角分别取0.91、0.07倍装药口径和52°,装药和小药片高度分别取1.14和0.1倍装药口径,壳体厚度取0.09倍装药口径。进行了X光摄影试验验证,数值模拟和试验结果吻合较好。     

电火花磨削加工蜂窝环的热物性参数研究及表面温度场仿真分析

基于GH536高温合金材料的性能特点,通过试验利用数值模拟方法得到了GH536高温合金的热物性参数随温度变化的非线性规律,并利用ABAQUS软件对电火花磨削加工蜂窝环时温度场分布进行了有限元模拟,分析了温度场分布对蜂窝环表面加工质量的影响。试验结果表明：利用有限元分析对电火花磨削蜂窝环时温度场的分布规律进行模拟是可行的,且模拟过程准确、迅速,适用于电火花磨削薄壁类零件的工艺过程的优化,更为精确计算电火花磨削过程中产生的热应力、残余应力等提供了理论依据。     

基于有限元-离散元结合方法的Steven实验三维数值模拟

针对有限元方法描述断裂与摩擦时存在算法困难,而离散元方法难以描述炸药结构响应的问题,建立了有限元-离散元相结合的三维数值模拟方法与Fortran计算程序。通过有限元模拟炸药外金属壳体变形,离散元模拟炸药内部的裂纹扩展与摩擦升温,采用Arrhenius方程描述炸药热分解反应放热,实现了装药低速撞击非冲击点火的三维模拟。以Steven实验作为算例,开展了脆性炸药PBX-2在钝头弹与平头弹两种撞击条件下装药破坏与点火的模拟,考察了炸药非均匀性的影响,获得了装药受载应力历史、裂纹分布、温升曲线、点火时间与位置、撞击点火速度阈值等,分析了钝头弹与平头弹撞击点火的分布特性。以炸药裂纹摩擦以及自反应放热为点火机制的模拟结果与文献报道的实验结果符合较好。     

TNT和TATB炸药爆轰参数的数值模拟

用Gibbs自由能最小原理,通过解化学平衡方程组,求解TNT和TATB炸药爆轰产物系统的平衡组分,计算结果与用BKW和LJD方法计算的结果相近。用自编的程序从碳的石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相中确定出炸药爆轰产物中游离碳更可能存在的相态,并用此相态计算爆轰产物中碳的Gibbs自由能,用Ree修正的WCA状态方程和Ross软球修正的硬球微扰理论,对TNT和TATB炸药爆轰参数进行数值模拟计算,爆轰CJ点的爆速和爆压的计算结果与实验值吻合得很好。     

NEPE推进剂应力分布的数值模拟及损伤破坏趋势分析

根据NEPE推进剂的组成及结构特点,采用ANSYS10.0有限元计算软件,建立了NEPE推进剂轴对称有限元计算模型.对NEPE推进剂在单轴拉伸作用下损伤破坏趋势进行了模拟.通过对应力集中因子α和脱粘角θ的比较,讨论了固含量、键合剂加入量、氧化剂组成及氧化剂粒度等推进剂的组成与结构条件的变化对其在单轴拉伸作用下损伤破坏趋势的影响.结果表明,采用所建立的NEPE推进剂轴对称有限元计算模型所模拟的力学性能规律与实验研究的趋势符合得很好.     

某型铝合金抗弹效应数值仿真研究

高强度铝合金材料由于其独特的防护性能,已作为结构材料应用于轻型装甲车辆。在实验研究的基础上,利用有限元方法模拟分析了弹头侵彻靶板的物理过程。通过选择合适的材料模型和算法,直观地演示了整个穿甲过程中各参量的变化,较好地实现了某型铝合金抗弹效应的三维数值模拟。实验与仿真结果表明：两者在侵彻过程中的宏观物理图像及力学特征上相当接近。这种铝合金材料能有效地抗枪弹等动能弹的打击。     

单面膨胀高超音速尾喷管内流场的数值模拟

针对设计的高超音速动力系统用单斜面膨胀喷管流动特点，采用三维质量平均Navier-Stokes方程，空间三阶精度高分辨率NND差分格式及可实现（Realizable）κ-ε湍流模型．对所设计的Ⅰ型和Ⅱ型喷管内流场进行了数值模拟，获得了喷管的流场参数分布。计算结果表明：喷管扩散段长度及出口斜切角变化对喷管出口流场会产生影响，Ⅱ型喷管的设计较为合理。     

高超音速动カ系统用单斜面膨胀喷管内流场的数值模拟

针对设计的高超音速动力系统用单斜面膨胀喷管流动特点，采用三维质量平均Navier-Stokes方程，空间三阶精度高分辨率NND差分格式及可实现k一ε湍流模型，对喷管内流场进行了数值模拟，获得了喷管的流场参数分布。计算结果表明：喷管扩散段长度及出口斜切角变化对喷管出口流场会产生影响；Ⅱ型喷管的设计较为合理。     

粘弹性材料剪切模量松弛函数的拟合研究

粘弹性材料进行有限元分析时,须有其粘弹性物理模型特征参数。采用数值拟合法,对粘弹材料肋软骨,推导了模型简化下归一化实验曲线与广义Maxwell模型的关系,实现了实验曲线与广义Maxwell模型的拟合,得到了肋软骨材料用于粘弹性有限元分析的Maxwell模型参数。仿真验证表明曲线的拟合度很高。     

射流侵彻混凝土靶的靶体阻カ计算模型与数值模拟研究

针对混凝土材料特性,应用球形空腔膨胀理论,得到了靶体阻力计算模型。通过与实验对比,验证了靶体阻力模型的可靠性。应用AUTODYN-2D程序对不同药型罩锥角条件下的射流形成以及射流侵彻混凝土靶过程进行了数值模拟。通过与闪光X射线高速摄影测量结果的对比,验证了聚能射流形成数值仿真结果的可靠性。通过数值仿真得到射流速度分布,从而得到虚拟原点位置。将数值仿真得到的侵彻空腔孔型与理论分析结果进行对比,二者吻合得很好。结果表明,应用本文空腔膨胀模型计算混凝土靶体阻力是可行的、可靠的。