优先发表

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高压理论与计算
Sc、Ti、V、Zr掺杂Cr2B3高压力学性质的第一性原理计算
张畅, 孙小伟, 宋婷, 田俊红, 刘子江
, doi: 10.11858/gywlxb.20210916
摘要:
采用基于密度泛函理论的第一性原理方法,计算了掺杂Sc、Ti、V和Zr的Cr2B3在零压下的晶体结构和电子结构及其在0~150 GPa压力范围内的弹性常数和维氏硬度。结果表明:Cr2B3及其掺杂化合物均具备力学稳定性;在零压下,添加Sc、Ti、V和Zr元素均可提高Cr2B3的维氏硬度,其中Ti掺杂Cr2B3的硬度由26.3 GPa提高至40.2 GPa,提高52.9%,达到超硬材料标准,且 Ti和V掺杂Cr2B3的剪切模量分别提高14.3%和16.2%,杨氏模量分别提高8.2%和12.0%;由电子结构分析可知,Sc、Ti、V和 Zr元素可以加强B与B之间的电子局域化程度,从而增强共价键结合强度,使Cr2B3的硬度升高;Cr2B3的弹性常数、体积弹性模量、剪切模量、杨氏模量以及硬度随着压力的增加而增加,但其硬度仍较低,150 GPa下仅为28.3 GPa,而掺杂V的Cr2B3的硬度在整个压力范围内约为37 GPa。研究结果可为Cr2B3在高压等特殊条件下的应用提供理论参考。
高压下G2ZT晶体结构、电子结构和光学性质的第一性原理研究
李佐, 刘云, 廖大麟, 成丽红
, doi: 10.11858/gywlxb.20220514
摘要:
基于密度泛函理论的第一性原理研究了高压下富氮含能材料(双3, 4, 5-三氨基-1, 2, 4-三唑)-5, 5′-偶氮四唑(G2ZT)的几何结构、电子结构和光学性质。结果表明,在考虑范德瓦尔斯色散修正和密度泛函色散修正的情况下, 分子晶体结构数据与实验结果的相对误差均在3%以内。Hirshfeld表面分析结果表明,随着压强增大,分子间氢键的相互作用减弱。G2ZT晶体在零压下的能带带隙为2.03 eV,是一种p型半导体。随着压强增大,带隙变窄,吸收系数可达到3.0×106 cm−1。研究结果为进一步分析高压下G2ZT晶体的特征提供了理论参考。
高压下物质的动态响应
聚酰亚胺的动静态压缩力学性能及本构模型
于文峰, 李金柱, 姚志彦, 黄风雷
, doi: 10.11858/gywlxb.20210922
摘要:
为研究聚酰亚胺在动静态压缩载荷作用下的力学特性,采用材料试验机(material testing system, MTS)和分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar, SHPB)进行压缩实验,得到了材料在不同应变率下的应力-应变曲线。通过分析回收试样的形貌,得到了聚酰亚胺在裂纹形式、尺寸变形等方面的特性。聚酰亚胺屈服强度的动态增强因子与应变率的关系具有明显的双线性特性,可采用多元线性方程或Cowper-Symonds模型描述。针对聚酰亚胺的动态力学响应特性,阐述了从低应变率到高应变率范围内的压缩变形机理。采用考虑\begin{document}$\,\beta $\end{document}转变的唯象本构模型,描述了聚酰亚胺在大应变率范围内的弹塑性大变形响应,包括初始黏弹性、屈服、应变软化和应变硬化在内的力学行为。通过贝叶斯方法拟合模型参数,拟合结果与实验结果在各应变率下都具有较好的一致性。
层合多孔圆柱壳的轴向冲击吸能特性
贺璞, 邓庆田, 李新波
, doi: 10.11858/gywlxb.20210909
摘要:
为提高圆柱壳结构在轴向冲击载荷下的力学响应,设计了多层层合多孔圆柱壳结构,通过改变层合方式以及孔单元数目研究其力学行为。通过准静态压缩实验验证有限元分析的有效性,使用有限元模拟方法研究了结构在轴向冲击载荷下的变形模式和吸能特性。从层合多孔圆柱壳的压缩力-位移曲线得到总吸能、峰值压缩力和平均压缩力等指标。对比不同模型之间的吸能和压缩力特性,结果表明:改变层合方式对圆柱壳吸能效果影响较显著,增加孔单元数目对多孔圆柱壳吸能效果影响较小。对比正、负泊松比两种多孔圆柱壳,同等质量内凹圆柱壳总吸能较六边圆柱壳平均提高了17%。
斜冲击下内凹六边形蜂窝结构的面内动态力学响应
刘勇, 苏步云, 刘浩伟, 树学峰
, doi: 10.11858/gywlxb.20210895
摘要:
基于内凹六边形蜂窝模型,对内凹六边形蜂窝结构在不同冲击倾角(0°~10°)与不同冲击速度(6~100 m/s)下的面内动态力学响应进行了系统研究。采用一种新的截面计算公式,能够反映斜冲击下蜂窝结构与冲击板接触面积的变化和斜冲击过程中应力从局部到整体的变化,有效地捕捉了蜂窝结构的初始峰值应力。研究结果表明:内凹六边形蜂窝结构在斜冲击与正冲击时的变形模式不同,在低速斜冲击下为局部变形,在中高速斜冲击下为整体变形,而在正冲击下均为整体变形。与正六边形蜂窝结构相比,内凹六边形蜂窝结构受到负泊松比效应的影响,在相同工况下内凹六边形蜂窝结构的变形晚于正六边形蜂窝结构,变形模式产生延迟。此外,结合能量吸收时程曲线,对比分析了两种截面计算方法下的平台应力。可为蜂窝结构在斜冲击下的承载和稳定性研究提供依据。
湿热老化对亚麻纤维增强泡沫夹芯板冲击力学性能的影响
刘莹, 王沁宇, 杨博, 郭会丽, 崔晓晟, 谈建平
, doi: 10.11858/gywlxb.20220524
摘要:
通过真空辅助树脂注射技术制备出由亚麻纤维面板和聚氨酯泡沫材料芯组成的夹芯板,分别在25、40、55和70 ℃下对夹芯板开展水浸泡老化实验,并对老化后的夹芯板进行低速冲击测试。采用正交实验设计,考察了夹芯板在不同温度下的吸湿率和抗冲击能力随时间变化规律。分析了夹芯板的接触力、位移和吸收能量等冲击响应历程,结合夹芯板损伤形态观察,研究了老化后夹芯板的冲击损伤特征。结果表明:随着老化温度的提升和老化时间的延长,夹芯板的吸湿率逐渐增大,抗冲击性能呈阶梯状下降;与25 ℃老化条件对比,70 ℃老化30 d的夹芯板受12 J能量冲击时的峰值力下降51.6%,吸收能量下降56.7%。
拉伸加载下PBX炸药力学性能的分子动力学模拟
高飞艳, 刘睿, 陈鹏万, 龙瑶, 陈军
, doi: 10.11858/gywlxb.20220521
摘要:
采用分子动力学方法研究了拉伸加载下HMX基PBX界面力学行为的应变率依赖性。模拟结果显示,PBX的拉伸强度和弹性模量随着应变率的增加而增大。HMX-F2311的断裂方式与应变率相关:初始应变主要集中于黏结剂F2311,在低应变率下形成了一条大致垂直于加载方向的主裂纹;随着拉伸应变率的增加,破坏路径将分布在整个模型上;PBX的断裂失效是由于黏结剂F2311的脱粘。在单轴拉伸加载过程中,HMX-F2311的势能随拉伸应变率的增加而迅速增大,尤其在高应变率拉伸加载下,范德华力相互作用对势能的演变起到了决定性作用。分子动力学模拟揭示了应变率对HMX-F2311界面微观结构、力学行为和断裂损伤机制的影响,对PBX的设计、制备和安全使用具有重要意义。
高压科学应用
火焰特征量对快速烤燃的影响
肖游, 智小琦, 王琦, 于永利, 范兴华
, doi: 10.11858/gywlxb.20220557
摘要:
为研究快速烤燃下池火中火焰特征量对烤燃弹的影响,建立了池火的快速烤燃模型,得到了烤燃弹的传热特性,分析了烤燃过程中烤燃弹放置高度和油池尺寸对火焰特征量的影响。结果表明:随着烤燃弹放置高度的增加,烤燃弹表面最高温度区域由上表面转移到下表面,辐射热通量峰值由烤燃弹上方转移到烤燃弹下方;随着油池尺寸增加,烤燃弹各表面温度更加均匀,烤燃弹吸收的热通量增加,烤燃弹表面温度升高。因此,快速烤燃试验中烤燃弹的放置高度与油池尺寸均会对火焰特征量造成影响,进而影响烤燃弹的快速烤燃特性。
深埋引水隧洞光面爆破周边孔装药结构优化试验研究
赵晓明, 杨玉民, 蒋楠, 蔡忠伟, 欧阳松
, doi: 10.11858/gywlxb.20220503
摘要:
隧洞爆破周边孔不连续装药结构是影响光面爆破效果的重要因素之一。基于秘鲁圣加旺Ⅲ水电站引水隧洞工程,针对现场爆破施工方案超挖现象,采用ANSYS/LS-DYNA建立周边孔不连续装药结构数值计算模型,分析了不同药卷间距下周边孔模型的围岩爆破效果;选择最优的周边孔装药结构设计方案开展现场爆破试验,对比验证了装药结构设计对隧洞超挖的改善效果。结果表明:当周边孔药卷间距小于350 mm时,爆破不会出现欠挖现象,且超挖范围随着药卷间距的增大而减小;当周边孔药卷间距大于400 mm时,爆破效果开始出现欠挖现象,且随着药卷间距的增大,欠挖范围增大。通过数值模型对比分析得出周边孔的最优药卷间距为350 mm,采用优化后的爆破设计方案进行爆破试验,得到的超挖范围明显减小,最大超挖距离由43 cm降至30 cm。