变截面杆共轴撞击数值分析及其应用前景

罗鑫 许金余 李为民 白二雷

引用本文:
Citation:

变截面杆共轴撞击数值分析及其应用前景

    通讯作者: 许金余, jinyuxu@263.net

Numerical Analysis on the Coaxial Collision of Variable Section Bar and Application Prospect

    Corresponding author: XU Jin-Yu, jinyuxu@263.net ;
  • 摘要: 为对弹性杆共轴撞击这一应力波基础问题进行扩展研究,基于非线性动力学软件LS-DYNA建立了有限元模型,分析了共轴撞击的变截面杆的形态参数对波形的影响规律,探讨了应力波产生的机理,并对其应用前景进行了展望。结果表明,由于变截面效应,一定形态参数的变截面杆共轴撞击可以得到具备波阵面平滑上升,较长的前沿升时和消除了波形振荡等特性的应力波;该特性是变截面杆撞击这一过程的内在属性,主要由变截面段的最小半径控制,变截面段长度仅对局部形态产生影响,对加载速度的变化不敏感;半无限长的变截面杆共轴撞击规律可在应力波加工等领域应用。由此可见,该规律对基础性理论进行了扩展,应用前景广阔。
  • [1] Wang L L, Zhu Z X. Foundation of Stress Waves [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2005. (in Chinese)
    [2] 王礼立, 朱兆祥. 应力波基础 [M]. 北京: 国防工业出版社, 2005.
    [3] Kolsky H. An investigation of the mechanical properties of materials at very high rates of loading [J]. Proc Phys Soc London, 1949, 62(Ⅱ-B): 676-700.
    [4] Li X B, Lok T S, Zhao J, et al. Oscillation elimination in the Hopkinson bar apparatus and resultant complete dynamic stress strain curves for rocks [J]. Int J Rock Mechan Min Sci, 2000, 37: 1055-1060.
    [5] Li W M, Xu J Y. Mechanical properties of basalt fiber reinforced geopolymeric concrete under impact loading [J]. Mater Sci Eng A, 2009, 505(1-2): 178-186.
    [6] Luo X, Xu J Y, Li W M. Early impact properties of fiber reinforced geopolymeric concretes [J]. Journal of Vibration and Shock, 2009, 28(10): 163-168. (in Chinese)
    [7] 罗鑫, 许金余, 李为民. 纤维增强地质聚合物混凝土早期冲击力学性能的对比研究 [J]. 振动与冲击, 2009, 28(10): 163-168.
    [8] Johnson W. Impact Strength of Materials [M]. London: Edward Arnold, 1972.
    [9] Wang L L, Hu S S. The amplifying characteristic of wave propagation in cone bars [J]. Journal of Ningbo University, 1988, 1(2): 70-78. (in Chinese)
    [10] 王礼立, 胡时胜. 锥杆中应力波传播的放大特性 [J]. 宁波大学学报, 1988, 1(2): 70-78.
    [11] Zhou G Q, Liu X M. Two-dimensional numerical analysis of stress-wave-amplifier [J]. Applied Mathematics and Mechanics, 1985, 6(9): 797-805. (in Chinese)
    [12] 周光泉, 刘孝敏. 应力波放大器二维数值分析 [J]. 应用数学和力学, 1985, 6(9): 797-805.
    [13] Liu X M, Hu S S. Wave propagation characteristics in cone bars used for variable cross [J]. Explosion and Shock Waves, 2000, 20(6): 110-114. (in Chinese)
    [14] 刘孝敏, 胡时胜. 应力脉冲在变截面SHPB锥杆中的传播特性 [J]. 爆炸与冲击, 2000, 20(6): 110-114.
    [15] Bai J Z. Theoretical Basis and Case Study of LS-DYNA3D [M]. Beijing: Science Press, 2005. (in Chinese)
    [16] 白金泽. LS-DYNA3D理论基础与实例分析 [M]. 北京: 科学出版社, 2005.
    [17] Frew D J, Forrestal M J, Chen W. Pulse shaping techniques for testing brittle materials with a split Hopkinson pressure bar [J]. Exp Mech, 2002, 42(1): 93-106.
    [18] Zhou Z L, Li X B, Zuo Y J, et al. Fracture characteristics of rock fragmentation at strain rate of 100-102 s-1 [J]. Journal of Central South University of Technology, 2006, 13(3): 290-294.
    [19] Song B, Chen W, Antoun B R, et al. Determination of early flow stress for ductile specimens at high strain rates by using a SHPB [J]. Exp Mech, 2007, 47(5): 671-679.
    [20] Frew D J, Forrestal M J, Chen W. Pulse shaping techniques for testing brittle materials with a split Hopkinson pressure bar [J]. Exp Mech, 2002, 42(1): 93-106.
    [21] Li W M, Xu J Y. Impact characterization of basalt fiber reinforced geopolymeric concrete using a 100 mm-diameter split Hopkinson pressure bar [J]. Mater Sci Eng A, 2009, 513-514: 145-153.
    [22] Lok T S, Li X B, Liu D, et al. Testing and response of large diameter brittle materials subjected to high strain rate [J]. Journal of Materials in Civil Engineering, 2002, (14): 262-269.
    [23] Luo X, Xu J J, Li W M, et al. Numerical simulation and spectral analysis of dispersion effect of stress pulse in SHPB tests [J]. Journal of Experimental Mechanics, 2010, 25(4): 451-456. (in Chinese)
    [24] 罗鑫, 许金余, 李为民, 等. 应力脉冲在SHPB试验中的弥散效应的数值模拟与频谱分析 [J]. 实验力学, 2010, 25(4): 451-456.
  • [1] 陈荣卢芳云林玉亮覃金贵 . 单脉冲加载的Hopkinson压杆实验中预留缝隙确定方法的研究. 高压物理学报, 2008, 22(2): 187-191 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.02.012
    [2] 朱志武宁建国刘煦 . 冲击载荷下土的动态力学性能研究. 高压物理学报, 2011, 25(5): 444-450 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.05.010
    [3] 李周仪胡振彪汪浩康索涛 . 碳纳米管薄膜层间改性复合材料在不同应变率下的力学性能. 高压物理学报, 2019, 33(2): 024205-1-024205-9. doi: 10.11858/gywlxb.20180658
    [4] 王永刚贺红亮 . 冲击加载下20钢中弹性前驱波衰减与应力松弛行为实验研究. 高压物理学报, 2007, 21(1): 35-39 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.01.006
    [5] 陈天梧罗宁闫鸿浩刘凯欣 . 气相爆炸流场中TiO2纳米颗粒生长的数值分析初探. 高压物理学报, 2014, 28(6): 729-735. doi: 10.11858/gywlxb.2014.06.014
    [6] 王鹏李世强于国际吴桂英 . 轴向冲击载荷作用下梯度圆管的动力学行为. 高压物理学报, 2017, 31(6): 778-784. doi: 10.11858/gywlxb.2017.06.013
    [7] 王秉相程普锋郑宇轩周风华 . 应力波在散体颗粒中的传播规律. 高压物理学报, 2020, 34(4): 044202-1-044202-8. doi: 10.11858/gywlxb.20200508
    [8] 张伟管公顺贾斌庞宝君 . 弹丸形状对超高速撞击厚合金铝靶成坑影响数值模拟. 高压物理学报, 2008, 22(4): 343-349 . doi: 10.11858/gywlxb.2008.04.002
    [9] 段卓平郁锐张连生黄风雷 . 陶瓷材料在压剪联合冲击加载下动态响应的实验研究. 高压物理学报, 2007, 21(4): 337-341 . doi: 10.11858/gywlxb.2007.04.001
    [10] 孙宇新张进李永池胡时胜董杰 . 内爆加载下热塑性管壳的应力波演化与层裂效应研究. 高压物理学报, 2005, 19(4): 319-324 . doi: 10.11858/gywlxb.2005.04.006
    [11] 徐明利张若棋张光莹 . 用元胞法研究层合材料中的应力波. 高压物理学报, 2000, 14(3): 182-188 . doi: 10.11858/gywlxb.2000.03.005
    [12] 赵转李世强刘志芳 . 冲击载荷下分层梯度泡沫材料中的应力波传播特性. 高压物理学报, 2019, 33(6): 064102-1-064102-6. doi: 10.11858/gywlxb.20190724
    [13] 周南 . 脉冲辐照热激波与压缩应力波. 高压物理学报, 1994, 8(3): 190-199 . doi: 10.11858/gywlxb.1994.03.006
    [14] 王春奎刘小苹 . LY-12铝高温凝聚态动力学性质研究高温弹性模量的测定. 高压物理学报, 1991, 5(1): 27-34 . doi: 10.11858/gywlxb.1991.01.005
    [15] 尚兵王彤彤 . 一种立式分离式霍普金森压杆实验装置研制. 高压物理学报, 2018, 32(4): 043201-1-043201-5. doi: 10.11858/gywlxb.20170658
    [16] 林玉亮卢芳云卢力 . 石英压电晶体在霍普金森压杆实验中的应用. 高压物理学报, 2005, 19(4): 299-304 . doi: 10.11858/gywlxb.2005.04.003
    [17] 李俊玲卢芳云傅华赵玉刚谭多望 . 某PBX炸药的动态力学性能研究. 高压物理学报, 2011, 25(2): 159-164 . doi: 10.11858/gywlxb.2011.02.012
    [18] 王永刚刘宏伟 . 强冲击载荷下含杂质的纯铝中微孔洞长大的动力学行为. 高压物理学报, 2010, 24(4): 248-254 . doi: 10.11858/gywlxb.2010.04.002
    [19] 罗鑫许金余苏灏扬李志武白二雷 . 基于地质聚合物混凝土的SHPB实验参数控制. 高压物理学报, 2014, 28(4): 416-422. doi: 10.11858/gywlxb.2014.04.005
    [20] 王泽平 . 粘塑性介质中球形孔洞的动态增长. 高压物理学报, 1994, 8(4): 264-271 . doi: 10.11858/gywlxb.1994.04.004
  • 加载中
计量
  • 文章访问数:  2271
  • 阅读全文浏览量:  38
  • PDF下载量:  452
出版历程
  • 收稿日期:  2011-03-17
  • 录用日期:  2011-05-06
  • 刊出日期:  2012-12-15

变截面杆共轴撞击数值分析及其应用前景

    通讯作者: 许金余, jinyuxu@263.net
  • 1. 空军工程大学工程学院机场建筑工程系,陕西西安 710038;
  • 2. 西北工业大学力学与土木建筑学院,陕西西安 710072;
  • 3. 中南航空港建设公司合同预算科,广东广州 510403

摘要: 为对弹性杆共轴撞击这一应力波基础问题进行扩展研究,基于非线性动力学软件LS-DYNA建立了有限元模型,分析了共轴撞击的变截面杆的形态参数对波形的影响规律,探讨了应力波产生的机理,并对其应用前景进行了展望。结果表明,由于变截面效应,一定形态参数的变截面杆共轴撞击可以得到具备波阵面平滑上升,较长的前沿升时和消除了波形振荡等特性的应力波;该特性是变截面杆撞击这一过程的内在属性,主要由变截面段的最小半径控制,变截面段长度仅对局部形态产生影响,对加载速度的变化不敏感;半无限长的变截面杆共轴撞击规律可在应力波加工等领域应用。由此可见,该规律对基础性理论进行了扩展,应用前景广阔。

English Abstract

参考文献 (24)

目录

    /

    返回文章
    返回