优先发表

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高压下物质的动态响应
聚脲涂覆钢复合结构的抗爆效应
王琪, 贾子健, 赵鹏铎, 王志军, 张鹏, 徐豫新
, doi: 10.11858/gywlxb.20200545
摘要:
为研究不同涂覆方式下聚脲涂覆钢复合结构的抗爆性能及聚脲涂层的吸能机理。针对等面密度、等钢板厚度的无涂覆、迎爆面涂覆和背爆面涂覆3种结构,分别开展抗40和60 g TNT爆炸加载试验。通过对比复合结构破坏模式,分析聚脲涂层对复合结构抗爆性能的影响以及聚脲涂层防护机理。研究表明:等面密度条件下,迎爆面涂覆聚脲涂层不能提高复合结构的抗爆性能;等钢板厚度条件下,聚脲涂层可以提高复合结构的抗爆性能,且背爆面涂覆效果最佳;聚脲涂覆钢板复合结构的抗爆性能与聚脲涂层的本构弥散、界面弥散以及热软化效应等相关。
金属材料试件在压缩、扭转、拉伸断裂过程中的应力状态变化及表征
伍星星, 刘建湖, 孟利平, 王海坤, 汪俊
, doi: 10.11858/gywlxb.20200517
摘要:
为更好地拟合断裂准则(JC、BW、MMC)参数,借助数值模拟手段,对Q345B和921A钢的压缩、扭转、拉伸试件的断裂过程进行了模拟,以应力三轴度、Lode参数作为衡量应力状态变化的重要指标,分析了两种金属材料断裂过程中试件典型位置的变化过程及断裂时刻试件的径向分布趋势,对比分析了Q345B和921A钢的不同类型试件在不同应力三轴度、不同Lode参数表征下的结果。计算结果表明:(1)除扭转试件外,压缩、拉伸试件在断裂过程中的应力状态不断发生变化,试件断裂时刻端口剖面的应力状态分布也不一致;(2)试件断裂过程是一个应力状态不断变化的过程,采用平均应力三轴度、平均Lode参数进行描述更加妥当;(3)对于同一尺寸的拉伸试件,不同金属材料断裂过程中的平均应力三轴度不尽相同。研究成果可为后续断裂准则(JC、BW、MMC)参数的拟合及材料断裂力学性能试验的开展提供指导。
冲击荷载对无烟煤微观孔隙影响的分形研究
王以贤, 梁为民
, doi: 10.11858/gywlxb.20200528
摘要:
为了揭示冲击荷载对无烟煤微观孔隙结构的影响规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击实验系统模拟了冲击应力在不同衰减过程中的冲击波和应力波,基于冲击前后压汞实验及低温液氮实验测试数据,运用分形理论,研究了赵固二矿不同方向煤体(与层理方向分别呈垂直、平行、45°斜交)冲击前后孔隙结构的分形特征。结果表明:对于渗流孔,冲击荷载提高了瓦斯的渗流与运移速度,对于吸附孔,冲击荷载减小了吸附孔的吸附能力,促进了瓦斯的解吸;分形维数具有明显的冲击方向性,且吸附孔的分形维数明显小于渗流孔;不同方向无烟煤的最佳冲击荷载不同,垂直和斜交层理方向的最佳冲击荷载为51.80 MPa,平行层理方向的最佳冲击荷载为28.46 MPa。研究结果可为冲击荷载促进瓦斯抽采机理的探讨提供参考。
类向日葵夹芯圆柱壳径向冲击数值模拟
闫栋, 王根伟, 宋辉, 王彬
, doi: 10.11858/gywlxb.20190858
摘要:
金属薄壁结构由于其优异的轻质性和耐撞性,一直被广泛地应用在汽车、飞机和火车等交通工具的碰撞动能耗散系统中。以一种类向日葵薄壁夹芯吸能结构为研究对象,研究了在瓣尖压和瓣间压两种径向冲击载荷下,类向日葵薄壁夹芯结构的变形模式、能量吸收能力、比吸能和平均压缩力。结果表明,类向日葵薄壁夹芯结构的壁厚、花瓣数、加载速度以及加载方向都会对结构的耐撞性产生一定的影响。在质量恒定条件下,随着外壳厚度的增加,瓣尖压冲击方式下薄壁结构的吸能效率降低,瓣间压比瓣尖压的比吸能最高多出了44.6%。随着花瓣数的变化,金属薄壁结构的吸能效率存在一个最优值。
孔洞排布对PMMA多孔材料冲击响应行为的影响
罗国强, 费细欢, 喻寅, 张睿智, 张成成, 沈强
, doi: 10.11858/gywlxb.20200542
摘要:
多孔材料具有轻质、缓冲减震、吸能等特点,在加载路径调控、爆炸或冲击防护领域具有广泛的应用前景。采用格点-弹簧模型(离散元方法),模拟多种孔洞排布方式的PMMA多孔材料在冲击加载过程中的早期孔洞塌缩破坏、应力分布与粒子速度等冲击响应行为。结果表明:在冲击加载过程中,裂纹萌发于孔洞侧向(垂直于冲击波方向)附近区域,孔洞破坏形式以剪切断裂为主;在不同的孔洞排列模型中,孔洞与孔洞之间均存在剪切裂纹相互贯通现象,促进孔洞体积压缩致密化,且孔洞排列方式不影响冲击波传播速度;四角点阵模型有效减缓孔洞附近区域的应力集中;四角点阵、三角点阵、锥形递减排列、锥形递增排列模型都显著影响PMMA多孔材料的冲击波阵面平整性;孔洞的随机排列模型对降低粒子速度最有效,四角点阵排列模型对降低波阵面后压力贡献最大。
中空钢化夹层玻璃的动态响应
张英杰, 姚芬, 刘姗姗, 韩阳, 李志强
, doi: 10.11858/gywlxb.20200513
摘要:
利用DHR-9401型落锤冲击试验机,结合最小碎裂能方法,研究了中空钢化夹层玻璃的厚度、结构配置对其抗冲击性能的影响,并从冲击力载荷峰值、能量吸收率、应变等方面对影响效应进行评估。实验结果表明:玻璃作为日常生活中的承载结构,其厚度和结构配置对性能有很大影响,在控制试样总厚度相同或不同的前提下,随着冲击层厚度的增加,中空钢化夹层玻璃的抗冲击性能明显提高;在试样总厚度不同的前提下,随着内层玻璃厚度的增加,中空钢化夹层玻璃的承载能力显著提高。
二维各向异性多孔材料多轴蠕变行为的数值模拟
刘浩伟, 苏步云, 邱吉, 李志强
, doi: 10.11858/gywlxb.20200561
摘要:
基于二维各向异性多孔材料的Voronoi模型,对其单轴、多轴蠕变行为开展系统的研究。大量的数值模拟结果显示,二维各向异性多孔材料的力学性能对表征各向异性程度的几何拉伸系数R有明显的依赖性,其中参数r1ν12随着R的增大而逐渐增大,参数r2的变化规律则相反。对于二维各向异性多孔材料而言,随着R的增大,沿拉伸方向上的单轴稳态蠕变率增大,而另一方向上的性能却逐渐降低。基于特征应力-特征应变关系,建立了一个能够描述二维各向异性多孔材料多轴蠕变行为的理论模型。将不同各向异性程度及不同加载条件下材料的稳态蠕变率的数值模拟结果与该模型的预测结果进行对比,发现两者吻合较好,证明了该理论模型的有效性。
冲击载荷下仿贝壳珍珠层Voronoi结构的动态力学响应
武晓东, 张海广, 王瑜, 孟祥生
, doi: 10.11858/gywlxb.20200559
摘要:
贝壳珍珠层复合结构是一种有效的抗压结构系统,微观上具有Voronoi随机结构,具有良好的力学特性。为了研究仿贝壳珍珠层Voronoi结构在冲击载荷下的动态力学响应,建立了一种铝/乙烯基复合材料的三维Voronoi模型。首先,应用随机Voronoi技术建立仿贝壳珍珠层Voronoi随机模型,然后在随机多边形铝片之间引入黏结层,模拟黏结和分层过程,从最大变形、损伤分布和耗散能量等方面探讨Voronoi片板模型在弹丸冲击荷载作用下的力学性能,并与规则片板模型进行对比分析。结果显示:Voronoi结构更有利于冲击能量的扩散与吸收,减小应力集中,更好地发挥能量共享机制;而规则模型的冲击损伤主要集中在弹丸冲击点附近区域。最后讨论了黏结层厚度和分块尺寸对Voronoi模型力学性能的影响,结果表明:分块尺寸对Voronoi模型抗冲击性能的影响很小;黏结层对损伤耗散能和塑性能的影响很明显,黏结层越薄,模型的抗冲击性能越好。
高压科学应用
近爆作用下中空夹层超高性能钢管混凝土柱的抗爆性能
邓旭辉, 王达锋
, doi: 10.11858/gywlxb.20200540
摘要:
为研究中空夹层超高性能钢管混凝土(Ultra-high performance concrete-filled double skin steel tubes, UHPCFDST)柱在近爆载荷作用下的抗爆性能,建立了TNT炸药-UHPCFDST柱-空气三维有限元模型,采用ALE多物质流固耦合算法分析了UHPCFDST柱在近爆作用下的损伤机理、能量吸收特性和影响参数,计算结果表明:UHPCFDST柱在近爆作用下的典型破坏模式为钢管的塑性变形和混凝土芯柱的凹陷破坏,且混凝土芯柱的损伤过程可以分为3个阶段;与填充普通混凝土柱相比,UHPCFDST柱具有优异的抗爆性能;在一定范围内,减小截面空心率可以有效提升UHPCFDST柱的抗爆性能;增加内外钢管厚度均可提升UHPCFDST柱的抗爆性能,但增加外层钢管厚度时提升效果更显著;有无轴压对UHPCFDST柱的变形有较大影响,在一定范围内增加轴压比有利于抵抗整体变形,但同时局部变形增大,当轴压比较大时,UHPCFDST柱在近爆载荷和轴向载荷作用下失去承载能力。
新型结构炮口制退器的膛口冲击波数值研究与性能分析
余海伟, 袁军堂, 汪振华, 葛苗冉, 罗跃
, doi: 10.11858/gywlxb.20200568
摘要:
面向炮口制退器综合性能设计需求,基于增材制造技术优势,提出了一种叠加冲击式内壁与反作用式外孔特征的新型小口径轻金属炮口制退器方案。基于三维无黏Euler方程,建立了后效期火药气体排空过程的有限元仿真模型,通过膛口流场仿真与流固耦合分析,研究了膛口流场发展、膛口冲击波与超压分布特征、制退器效率与其强度性能。结果表明:相比于传统结构,采用同种轻质钛合金材料的新型制退器具有较高的制退效率,对于机载平台具有较优的膛口超压分布特征和低冲击波危害效应,并且结构强度满足使用要求。
分体式侵彻体斜侵彻钢靶的弹道稳定性数值模拟
吴翰林, 屈可朋, 沈飞, 周涛, 郭洪福, 谷鸿平
, doi: 10.11858/gywlxb.20200563
摘要:
为提升弹体侵彻钢靶的弹道稳定性,设计了一种分体式侵彻体,运用LS-DYNA数值模拟得到了分体式侵彻体以不同着速、15°着角斜侵彻14 mm厚单层圆钢靶的弹道变化规律,讨论了前导体头部厚度和前导体安装间隙对弹体俯仰角和弹道偏移的影响机制。结果表明:分体式侵彻体可有效提升侵彻弹道稳定性;着速为500~700 m/s时,前导体头部厚度越大,弹体俯仰角度和弹道偏移越小,着速为800 m/s时,前导体头部厚度适中的弹体俯仰角和弹道偏移最小;前导体安装间隙能在特定工况下减少8%~12%的弹道偏转。这是由于低速侵彻时前导体未完全破坏,应力波的衰减程度随头部厚度的增加而增加;高速侵彻时前导体逐渐破损至完全破坏,可以最大程度地吸收撞击能量,提升弹道稳定性的效果最佳。增加前导体安装间隙可提升低速侵彻或头部厚度较大的前导体的破损程度。
高压技术
钢丝缠绕剖分式超高压模具等张力预紧分析
刘志卫, 吴承伟, 童明俊, 朱守应
, doi: 10.11858/gywlxb.20200591
摘要:
针对超高压装置大型化受限于大质量硬质合金加工困难等问题,设计了一种新型的钢丝缠绕剖分式两面顶超高压模具。该模具主要由内部的剖分式压缸和外部的预应力钢丝组成。对采用等张力钢丝缠绕模具进行了力学模型分析,并通过有限元软件对剖分式压缸和钢丝缠绕层进行研究。结果表明:加载后压缸腔体的最大等效应力出现在压缸腔体内壁;压缸腔体尺寸稳定性与钢丝缠绕层数及钢丝直径成正比;在缠绕层内部,钢丝轴向应力与钢丝直径成反比,与缠绕层数成正比。
具有碳纤维材料环的超高压模具
李胜华, 李金良, 王旭之
, doi: 10.11858/gywlxb.20200580
摘要:
介绍了一种使用钢环和碳纤维复合材料环共同预紧方式的两面顶超高压模具,该结构在全钢环两面顶模具的基础上,使用一层碳纤维复合材料环代替最外层钢环,得到了一种具有碳纤维复合材料环的超高压模具。这种设计避免了大直径钢环难以制造加工的问题,形成一种以钢环与复合材料环共同对压缸预紧的新型预紧方式。数值分析表明:该模具结构设计具有可行性,可以在一定程度上减小压缸的周向应力、最大剪切应力和等效应力。此外,对碳纤维复合材料环进行了失效判别。
CMRR中子科学平台的高压中子衍射技术及应用
房雷鸣, 陈喜平, 谢雷, 贺端威, 胡启威, 李欣, 江明全, 孙光爱, 陈波, 彭述明, 李昊, 韩铁鑫
, doi: 10.11858/gywlxb.20200588
摘要:
中国绵阳研究堆(CMRR)建有一台专门的高压中子衍射谱仪(凤凰),用于高压科学研究。对聚焦单色器和导管升级后,凤凰谱仪的束流通量大幅度提高。基于凤凰谱仪,建立并发展了一系列高压中子技术,包括:气体压腔、活塞圆筒型压腔、紧固型压腔、标准巴黎-爱丁堡压机(VX4型)、带加热和水冷系统的两面顶压机(HP3-1500)、及压机的调节与定位系统。通过对高温高压样品腔体组装的优化设计,原位中子衍射的温度和压力最高达到34 GPa和1500 ℃。建立的高压中子衍射技术已成功应用于高压溶解度测量、含能材料结构表征、高压聚合反应等方面的研究。
高压物性与结构
RDX单晶炸药的冲击-斜波加载实验研究
种涛, 莫建军, 蔡进涛, 王桂吉
, doi: 10.11858/gywlxb.20200529
摘要:
基于磁驱动加载装置CQ-4,完成了冲击-斜波复杂加载实验设计,开展了RDX单晶(210)、(100)两个晶向在不同加载压力下的冲击-斜波压缩实验,获得了RDX单晶样品与LiF窗口界面的速度历史曲线和纵波声速。实验结果显示:速度波剖面可分为冲击压缩、斜波压缩和卸载3部分;当冲击压力较高时,冲击压缩段中不再出现弹塑性转变以及4 GPa附近相变的速度特征波形;当冲击压力较低时,在冲击压缩段观测到了弹-黏塑性波形。