超高速撞击双层铝板损伤实验与仿真研究

以航天器双层防护结构为研究对象,通过实验和数值仿真相结合的方法,对铝球弹丸超高速撞击双层铝板防护结构的损伤特性进行了研究,获得了一定的实验数据,并对弹丸直径、撞击速度及防护间距对铝板损伤特性的影响进行了分析。结果表明:增大弹丸直径,前、后板穿孔直径及后板损伤区域直径大致呈线性增大趋势;增大撞击速度,前板穿孔直径先增大后趋于一致,后板损伤模式变得复杂,出现多个穿孔;增大防护间距,能有效地降低后板损伤程度。     

温度梯度下钛合金热防护结构的导波特性研究

目的 实现可重复使用钛合金热防护结构的导波健康监测。方法 针对钛合金热防护结构,提出热–力–电多物理场耦合导波传播建模仿真分析方法,研究温度梯度下钛合金热防护结构中导波的传播特性,以及在温度梯度和裂纹损伤耦合作用下导波的传播特性。结果 20~500 ℃的温度梯度会导致钛合金结构中导波的群速度降低、幅值衰减降低,裂纹损伤使得钛合金结构中导波的群速度、幅值降低,且损伤越大,影响越明显。裂纹扩展至20 mm时,S0模式群速度降低了1.5%,A0模式群速度降低了2%。结论 此模型可为大范围的温度梯度条件下,钛合金热防护结构上传感器优化布置以及导波监测方法的研究提供指导。     

典型复合材料加筋壁板落锤/冰雹冲击损伤仿真分析研究

目的研究复合材料层压板落锤和冰雹离散源冲击损伤特性。方法对于落锤和冰雹,分别以刚体模型和弹塑性模型,构建本构模型。对于加筋板,基于Cohesive内聚力界面单元的B-K失效准则,对复合材料层间分层破坏进行数值模拟。通过对多材质冲头、不同冲击能量、不同冲击角度下其响应及损伤扩展特性开展研究,并对比复合材料层压板落锤冲击及冰雹离散源冲击试验数据,对数值计算方法进行对比验证。结果在机体相同部位的落锤、冰雹能量截止值冲击下,落锤低速冲击的损伤响应要大于冰雹离散源冲击。同时,冰雹冲击能量越大,冲击角度越接近于90°,其损伤响应也越大。结论落锤和冰雹离散源冲击仿真方法在损伤响应及扩展的预测与试验结果接近,可以为复合材料冲击损伤引入及抗冲击性能研究提供基础。     

低反射、高吸收海水电磁屏蔽体

目的通过在有耗海水电磁屏蔽体上加载阻抗匹配层,研究具有低反射、高吸收特性海水电磁屏蔽体结构。方法基于有耗海水电磁屏蔽体的输入阻抗,并利用传输线原理,计算对应匹配媒质层的结构与电磁参数。针对初始具有较好电磁屏蔽效能的反射型海水电磁屏蔽体样本,计算和加载工作在ISM 433 MHz频段的匹配媒质层。结果加载了匹配媒质层的海水电磁屏蔽体能展示出良好的低反射、高吸收电磁屏蔽特性。当入射电磁波全部穿透进入海水层,产生传导和极化衰减后,对屏蔽效能影响较小。结论由海水层和匹配媒质层组成的多元材料电磁屏蔽体,可以实现低反射、高吸收电磁屏蔽效果,并保持良好电磁屏效能的优势。低反射电磁屏蔽体有望在精度仪器、目标反探测等领域发挥重要作用。     

舱门振动对舱室噪声特性影响研究

目的研究舱门结构振动特性对舱室声场特性的影响与控制方法。方法基于声固耦合分析方法,对典型舱门结构的振动声辐射特性进行仿真分析,研究材料、板厚以及阻尼层对舱门结构声辐射特性的影响规律。建立舱室声学分析模型,分析舱门结构振动对舱室声学环境的影响。结果计算了典型舱门结构的固有频率和声辐射特性,舱门结构在固有频率处容易辐射出较大的噪声能量。通过分析舱室典型位置声压频率响应可知,声压峰值频率以舱室模态频率为主,且响应最大值出现在舱门结构频率和舱室模态频率重合处。仿真分析结果显示,采用在舱门表面增加约束阻尼层的降噪方法,可以有效降低舱室噪声。结论舱门结构振动模态频率与舱室声学模态频率的重合产生较大的共鸣噪声。在舱门上增加约束阻尼层是一种简易且有效的舱室噪声控制措施。     

冲击损伤对炸药装药冲击起爆特性的影响

目的研究冲击载荷下炸药内部损伤随时间变化特征对其冲击感度的影响规律。方法针对损伤状态随时间变化的两种典型情况,采用冲击波模拟加载的方式对炸药装药进行损伤实验。损伤的恢复时间很长时,在损伤后将试样放置7天后,再研究其损伤状态对其冲击起爆特性的影响;恢复时间很短时,通过控制冲击损伤实验和冲击感度实验之间的时间间隔模拟多层靶板撞击的实际情况。选择常用的两种奥克托金基炸药作为研究对象,通过冲击感度实验确定临界隔板厚度、设计损伤条件,然后进行两种不同损伤愈合时间后的冲击起爆特性实验,研究损伤状态对炸药装药冲击起爆特性的影响。结果在文中损伤条件下,放置7天后,炸药装药的冲击感度均显著下降,而类似于侵彻多层靶板条件的实验后,炸药装药的冲击感度显著增加。结论炸药装药损伤状态随时间的变化对炸药装药冲击起爆有完全不同的影响趋势,在相关的炸药装药安全性设计时,必须考虑与损伤时间状态相关的冲击起爆特性。     

低温极端载荷作用下船艏结构损伤演化过程研究

目的 掌握船舶在极地低温极端环境中航行时,船舶艏部结构遭遇冰山等极端载荷作用下的主要参数对结构损伤演化过程的影响,揭示船舶艏部结构的失效机理。方法 以船舶艏部结构为研究对象,基于数值仿真方法,开展不同碰撞场景、环境温度、撞击速度、冰体塑性应变、船体材料本构模型、撞击角度等参数对结构损伤的影响研究。结果 建立了数值仿真简化模型,获得了不同参数对结构损伤的影响规律。结论 材料模型对船体结构损伤的影响较小。随着航速增加、撞击角度增大,船体损伤范围增大。随着船体材料性能增强,撞击区刚度增大,船体结构损伤范围减小。形成的损伤演化模拟方法可为极地极端环境下船舶结构损伤演化分析提供技术手段。     

高速冲击下多胞材料细观结构中波传播规律

目的 获取安全防护结构中细观多胞材料在高速冲击下的波传播规律.方法 采用基于3D-Voronoi细观多胞结构数值仿真和基于最小二乘法的局部应变梯度法,研究细观多胞结构在高速冲击下的冲击波波阵面传播规律.通过细观多胞结构数值仿真提取的位移场数据,结合局部应变梯度法得到界面清晰的冲击波波阵面.结果 冲击端和支撑端分别诱发右行和左行冲击波波阵面.冲击波波阵面传播过程分为3个阶段,即冲击端诱发右行冲击波阶段、支撑端诱发左行冲击波且未压缩区刚性向右运动阶段和右行冲击波压缩区域与未压缩区域一体刚性向右运动阶段.通过冲击波波速的演化规律研究,分别获取了右行和左行冲击波波阵面的拉氏位置和拉氏波速,通过严格理论推导解释了右行冲击波波阵面具有恒定减加速度的结论.最后对冲击波波阵面划分阶段的合理性进行了验证.结论 基于3D-Voronoi细观多胞结构数值仿真和基于最小二乘法的局部应变梯度法可以获取界面清晰的冲击波波阵面,细观多胞结构在高速冲击下的冲击波波阵面传播规律可为安全防护结构的设计和研究提供参考依据.     

海水电磁屏蔽体

目的将海水作为一种电磁屏蔽材料,研究其电磁屏蔽效能以及影响因素。方法基于海水和玻璃的电磁特性参数,并利用电场和磁场切向分量连续边界条件,推导由双层玻璃封装海水所构成的复合电磁屏蔽体结构的屏蔽效能计算公式。结果具有一定厚度和盐度的海水墙体可以展示出良好的电磁屏蔽效能。通过增加海水层的厚度,提高海水的盐度以及温度,均可以有效增强海水电磁屏蔽体的屏蔽效能。改变封装海水的玻璃层厚度,对海水电磁屏蔽体的屏蔽效能影响较小。结论海水可以作为一种有效的电磁屏蔽材料,并具有光波透明、电磁屏蔽效能易重构、可循环导热等独特的优势。在军事和民用领域,海水电磁屏蔽体将具有重要的理论和应用价值。     

基于五林矿场的冻融环境下缓倾斜边坡稳定性分析研究

五林露天矿场处于高寒冻融环境,地质条件复杂.文章通过冻融机理及边坡稳定性理论研究,利用直剪试验获得力学参数,结合数值模拟,从冻结厚度、融化厚度、含水率、冻融循环次数四个方面对目标矿区边坡稳定性进行分析.分析发现该矿区边坡稳定性较好,坡体滑塌风险较小,实验发现含水量和循环次数对边坡稳定性影响较大,三次冻融循环以后,含水量为主要影响因素.在此基础上提出铺设排水管道,使用土工格栅防护,雷达监测等相关防护措施.