潜艇上浮运动数值计算方法的研究与验证

预报潜艇上浮运动是探索研究潜艇上浮运动控制规律以及潜艇安全上浮的前提。就潜艇上浮运动的数值计算方法和计算流程进行了详细介绍,对数值计算方法中的湍流模型及离散格式等进行了优选。基于模型上浮试验结果,对数值计算的不确定度进行了分析且对数值计算结果进行了验证。证明了该数值计算的可靠性,并发现数值计算结果与试验结果很接近,验证了该数值计算方法的可行性,说明该数值计算方法和试验可为潜艇上浮运动的研究提供参考和借鉴。     

薄壳结构跌落冲击仿真与试验研究

为了验证薄壳结构跌落冲击问题动态数值仿真的方法途径,设计制作了带有配重的薄壳结构,测定了材料主要力学性能,利用非线性有限元软件对该结构进行单次和累积结果的多次跌落冲击数值仿真,并进行了验证试验。对该结构的跌落冲击过程、典型位置的加速度响应、塑性变形的仿真、验证试验结果进行了对比分析,结果表明：采用的数值仿真方法和途径能够较好地研究分析薄壳结构的跌落冲击及其他同类问题。     

大容量中频变压器箔式线圈振动模态的影响因素分析

为了分析箔式线圈振动模态的影响因素,首先在ANSYS环境下建立了箔式线圈的等效三维有限元模型,仿真计算了其前10阶模态振型和固有频率;然后,采用单输入单输出方法对自由状态下的箔式线圈进行了模态试验,验证了仿真模型的准确性,并在此基础上分析了绝缘层弹性模量和层间分离对振动模态的影响。结果表明:仿真结果与试验结果吻合较好;绝缘层弹性模量增大,箔式线圈固有频率呈线性升高;箔式线圈的层间分离会造成固有频率下降,并出现局部振型;圆角位置的分离对模态影响最显著。     

序降应力加速寿命试验(下)——优化设计篇

如何设计试验方案使试验评估结果更准确、试验代价更小,是序降应力加速寿命试验应用中面临的一个重要问题。以试验评估精度和试验代价共同需求为背景,建立一类新的基于加权系数的优化目标函数。为解决仿真优化设计过程中的计算量问题,在深入分析目标函数性质基础上,提出一种新的优化设计法——正交搜索法。与优化设计过程的全局搜索法不同,该方法能够逐次缩小目标函数值,快速逼近最优试验方案。最后通过仿真算例验证了新方法的正确性和高效性。     

CFRP筋混凝土柱骨架曲线数值模拟

为研究CFRP筋混凝土柱在低周反复荷载作用下的骨架曲线,基于已有的3根CFRP筋混凝土柱的滞回曲线,采用混凝土损伤塑性本构模型和碳纤维筋本构模型,运用有限元分析软件ABAQUS对其试验过程进行数值模拟,并将模拟所得骨架曲线与试验结果进行对比。结果表明:通过数值模拟得到的骨架曲线与试验结果吻合较好,数值模拟趋势与试验得到的趋势一致,从而对该有限元模型的适用性进行了验证。     

压缩空气弹射内弹道影响因素作用规律研究

针对某直筒式压缩空气弹射装置工作过程中存在诸多因素影响其内弹道特性的问题,为有效改善内弹道特性,提升装置整体弹射性能,对这些因素作用于内弹道特性的规律进行研究必不可少。选择以控制阀直径、发射筒径及初始温度3个因素作为分析重点展开研究。在计算流体动力学软件FLUENT中建立压缩空气弹射装置简化模型,通过网格无关性验证,选择了网格数合适的网格模型;设置合理参数,运用动网格技术进行计算仿真,得出不同控制阀直径,筒径及初始温度情况下弹射装置内弹道特性的不同变化规律。由于研究对象为直筒式弹射装置,针对该型压缩空气弹射器的研究较少,研究结果可为压缩空气弹射过程内弹道的深入研究提供理论参考。     

弹/枪相互作用引起的运动步枪枪口振动分析

为研究身管结构参数变化对运动步枪枪口振动的影响规律,采用非线性有限元方法建立了运动步枪弹/枪相互作用数值计算模型。借助压力测试系统对运动步枪进行了膛压测试试验;使用高速摄影设备实测了枪口在发射过程中竖直方向的振动规律,通过对比枪口实测数据与数值计算结果验证了模型的正确性。数值模型为研究参数变化对枪口振动的影响提供了理论基础,研究结果对工程实践具有一定实际意义。     

舰船局部结构在水下爆炸气泡载荷作用下的塑性变形分析

在水下爆炸载荷作用下的舰船局部结构塑性变形计算中,往往只考虑冲击波载荷的影响而忽略气泡载荷的影响。为研究气泡载荷在舰船局部结构塑性变形中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus,对舰船局部结构典型形式加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值仿真。其中,载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型。分析仿真结果发现,模型中点变形挠度明显分为两个阶段,很容易区分冲击波载荷引起的变形和气泡载荷引起的变形。将最终变形挠度仿真计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。计算结果表明:由气泡载荷引起的加筋板塑性变形挠度超过总变形挠度的30%,所以在计算中气泡载荷的影响不容忽视。     

分布载荷作用下多铁性圆柱复合材料的断裂分析

针对多铁性圆柱复合材料因其外表面上存在不同类型的轴向分布载荷而出现的界面裂纹问题,建立了断裂力学分析模型。首先利用分离变量法和无穷级数法推导出该模型的Cauchy奇异积分方程组,然后利用Lobatto-Chebyshev配点法离散该方程组为代数方程组,进而得到裂纹尖端应力强度因子(Stress Intensity Factor,SIF)的数值解。通过对数值结果的分析得到:在不同类型的分布载荷作用下,压电层厚度以及分布载荷大小是影响裂纹尖端SIF的主要因素。该研究结果可为此类复合材料在实际工程应用中的防断裂优化设计提供理论参考。     

漏磁检测的励磁装置优化设计

为了提高漏磁检测的灵敏度,利用ANSYS软件建立了漏磁检测励磁装置的三维有限元模型,研究了钢板的厚度、永磁体厚度、磁极面积以及磁化间隙等因素对钢板局部磁化效果的影响,得到了钢板磁化强度随永磁体几何参数改变时的变化规律,提出了永磁磁化方式下励磁装置优化设计的基本方法,对励磁装置各部分参数进行了优化设计．实验证明,优化设计的励磁装置能改善磁化效果,提高检测灵敏度．     

新型导爆索式爆炸零门设计及试验

为了增强爆炸零门在应用中的稳定性,降低对沟槽装药装填工艺的要求,以间隙零门为研究对象,提出了以导爆索代替部分沟槽装药结构的方法。对具有不同尺寸参数的导爆索、沟槽装药以及零门间隙进行组合试验,以期通过试验得到装填工艺简单且控制通道对信号通道作用稳定的装填物质组合。研究结果表明,通过对由导爆索构成的爆炸零门进行合理的参数配置,能够实现在提升零门装置稳定性的同时又保证其可靠性。     

The deformation and failure mechanism of cylindrical shell and square plate with pre-formed holes under blast loading

The deformation and failure mechanism of cylindrical shells and square plate with pre-formed holes under blast loading were investigated numerically by employing the Ansys 17.0 and Ls-Dyna 971. To calibrate the numerical model, the experiments of square plates with pre-formed circle holes were modeled and the numerical results have a good agreement with the experiment data. The calibrated numerical model was used to study the deformation and failure mechanism of cylindrical shells with pre-formed circle holes subjected to blast loading. The structure response and stress field changing process has been divided into four specific stages and the deformation mechanism has been discussed systematically. The local and global deformation curves, degree of damage, change of stress status and failure modes of cylindrical shell and square plate with pre-formed circular holes are obtained, compared and analyzed, it can be concluded as: (1) The transition of tensile stress fields is due to the geometrical characteristic of pre-formed holes and cylindrical shell with arch configuration; (2) The existence of pre-formed holes not only lead to the increasing of stress concentration around the holes, but also release the stress concentration during whole response process; (3) There are three and two kinds of failure modes for square plate and cylindrical shell with pre-formed holes, respectively. and the standoff distance has a key influence on the forming location of the crack initiating point and the locus of crack propagation; (4) The square plate with pre-formed holes has a better performance than cylindrical shell on blast-resistant capability at a smaller standoff distance, while the influence of pre-formed holes on the reduction of blast-resistant capability of square plate is bigger than that of cylindrical shell.     

Research on a MEMS pyrotechnic with a double-layer barrier safety and arming device

As an essential component of ammunition, pyrotechnics can control ignition with high reliability. However, due to limits of fabrication technology, traditional pyrotechnics are bulky. To achieve both functionality and miniaturization, MEMS pyrotechnics integrate initiator, safety-and-arming (S&A) device and lead charge and keep all components within a small size. MEMS S&A devices, as the core component to ensure system safety, are difficult to achieve active and rapid response to control signals with high safety and reliability. In order to overcome the difficulty, we propose the design and characterization of a MEMS pyrotechnic with a double-layer barrier S&A device. The MEMS pyrotechnic is a high-integrated device with an overall size of 13.4 × 8.5 × 5.2 mm³. The initiator is a NiCr bridge foil covered with an Al/CuO energetic film, which can generate flame when ignited by an excitation voltage. To match the flame energy, lead styphnate is chosen in this study as the lead charge. The S&A device contains four semi-circular barriers, which are directly driven by V-shape electro-thermal actuators to gain active control of the pyrotechnics' ignition condition with rapid response. To improve the system's reliability, the four barriers are axisymmetrically placed in two layers, two barriers for each layer, to constitute a double-layer structure with a thickness of 100 μm. The ignition test results show that the S&A device can prevent the initiator from detonating the lead charge in safety condition. In arming condition, the lead charge will be detonated.     

凹槽构型对平板气层减阻影响试验分析

通过平板凹槽喷气减阻模型试验,研究了航速和气流量等因素对平板气层减阻规律的影响,并利用水下摄像系统对不同凹槽构型内的气层形态进行了观测。试验结果表明:不喷气时凹槽的存在会使平板的阻力增加;喷气可以有效减小平板阻力,存在饱和气流量;饱和气流量随着槽深的增加而减小,饱和气流量下平板的绝对减阻率随航速的增加而降低;设置凹槽构型是保持平板下表面气层稳定性的有效措施,合适的凹槽构型可以明显改善平板底部喷气流场,提高平板喷气减阻效果;在Fr为0.119时,饱和气流量下平板的绝对减阻率可以达到40%以上。     

激光辐照下45#钢板响应特性

采取实验和数值模拟相结合的方法对激光辐照45#钢板的响应特性进行研究。基于连续光纤激光发射系统,开展钢板的激光辐照实验,得到温度场分布及靶板的烧蚀穿孔特性;基于ANSYS建立靶板有限元模型,模拟激光辐照下靶板的热响应过程,得到了靶板厚度、激光功率和光斑直径等因素对靶板温度分布及靶板穿孔特性的影响规律。     

Mathematical formulation and heuristic algorithm for the block relocation and loading problem

This study considers the block relocation and loading problem in container terminals. The optimal loading sequence and relocation location are simultaneously decided on the basis of the desired ship‐bay and initial yard space configuration. An integer linear programming model is developed to minimize the number of relocations in the yard space on the basis of no shifts in the ship bay. The accuracy of the model is tested on small‐scale scenarios by using CPLEX. Considering the problem size in the real world, we present a rule‐based heuristic method that is combined with a mathematical model for the removal, loading, and relocation operations. The influence of rules on algorithm performance is also analyzed, and the heuristic algorithm is compared with different types of algorithms in the literature. The extensive numerical experiments show the efficiency of the proposed heuristic algorithm.     

加筋板架抗动能穿甲的等效防护厚度研究

为研究舰船舷侧结构抗穿甲性能,采用有限元分析了两种典型工况下板架的穿甲破坏模式、弹体的剩余速度和板架的变形吸能规律,提出了基于剪切冲塞模式的剩余速度理论计算模型,比较了不同等效计算方法得到的结果,并将理论计算结果分别与相关文献的实验结果和本文的有限元计算结果进行了比较,两者之间均吻合较好。结果表明,加强筋对板架的抗穿甲性能影响较大,而板架的实际等效厚度是决定其抗穿甲性能的主要因素;不同的等效计算方法与模型相对尺寸、弹体冲击速度以及命中位置有关,对于弹体直径相对较大且初始冲击速度较高时,不同的等效计算方法得到的结果基本一致。     

复杂非线性隔冲减振系统计算分析

基于结构动力学理论,提出了一种用于分析计算复杂非线性隔冲减振系统的双模型两步计算法。该方法将冲击振动分成2个阶段:冲击作用阶段和自由振动阶段。冲击作用阶段,采用两自由度模型进行响应计算,该两自由度模型可有效地解决基础冲击输入问题;自由振动阶段,采用单自由度模型进行响应计算,设备在该阶段以冲击终了时刻的速度和位移为初始条件进行振动。文中还对一个典型的复杂非线性系统的冲击过程进行了数值计算.该方法亦可用于线性隔冲减振系统的计算分析.     

排液槽对折板捕雾器性能影响数值模拟

为研究气液分离器内使用的折板式捕雾器的流场特性及排液槽对其性能的影响,利用流体动力学计算软件Fluent,采用Low-Re Stress-Omega模型和DPM两相流模型,对捕雾器气液两相流流场进行了数值模拟。通过对比安装排液槽前后捕雾器内流场,分析了排液槽对捕雾器流场速度、液滴运动轨迹的影响;发现排液槽能大幅提高捕雾器的除雾效率,10μm以上液滴基本能够全部去除,但是也会使除雾器压降急剧增大。最后研究了排液槽主要结构参数——折弯直径和长度对捕雾器性能的影响,发现增大排液槽折弯直径和长度均能增加除雾效率,但同时也会增大进出口压降。     

穿甲子弹偏心入射陶瓷/钢复合靶板试验

设计并进行了7.62mm穿甲子弹侵彻陶瓷/低碳钢复合靶板的弹道试验,得到了极限速度及陶瓷锥底部半径等数据。分析了锥底半径与入射速度、面板及背板厚度的关系,着重分析了偏心入射时靶板的抗弹机理。结果表明:陶瓷锥可分为破碎区和粉碎区,粉碎区半径约为面板厚度与弹丸半径之和;当弹着点距离陶瓷面板边缘大于5mm时,靶板的抗弹性能变化不大,而弹着点位于距陶瓷面板边缘小于5mm的板边区时,抗弹性能明显降低,靶板的有效防护面积应扣除板边区。