微胶囊型自修复碳纤维增强复合材料性能研究

为了分析内嵌环氧树脂基微胶囊的碳纤维增强复合材料(CFRP)的力学性能,开展了材料在准静态载荷条件下力学性能试验研究,对比分析了有、无微胶囊时碳纤维增强复合材料的静态力学性能,详细探究了微胶囊的质量分数对碳纤维增强复合材料的力学性能和自修复性能的影响,分析了材料的拉伸强度,弹性模量,断裂伸长率以及自修复性能情况。在相同冲击能量下,采用落锤法对不同微胶囊含量的层合板进行冲击试验,研究其在冲击载荷作用下的动态力学响应。结果表明,微胶囊具有增韧效果和自修复能力。随着微胶囊质量分数的增加,自修复碳纤维增强复合材料的拉伸强度降低,弹性模量先略微升高后降低,断裂伸长率先降低后升高,但总体变化不大,修复效率随微胶囊含量的增加而升高。在相同冲击能量下,微胶囊含量越大,最大冲击力越小,材料的冲击力-位移曲线斜率越小,抗冲击性能越差。研究结果可以为推动自修复型CFRP材料的实际工程应用和理论研究提供相关参考。     

两种侵彻载荷下装药结构动态响应特性数值模拟

为了研究装药结构在不同侵彻载荷下的动态响应特性,建立了战斗部侵彻混凝土整体靶与多层间隔靶模型。利用LS-DYNA软件数值模拟战斗部动态侵彻混凝土靶板的过程,对比分析了战斗部侵彻整体靶与多层间隔靶时冲击载荷的差异、装药内部塑性变形区的分布及装药尾部与壳体间隙的变化。结果表明:侵彻整体靶时,装药主要承受的是轴向过载冲击,其前端面易产生塑性变形;侵彻多层间隔靶时,由于战斗部姿态偏转较大,径向过载冲击大幅提升,装药端面、局部侧壁以及装药与壳体接触的尖角部位成为塑性变形较大的区域。在侵彻载荷作用下,装药尾端面与战斗部金属壳体发生反复的撞击和分离。与整体靶相比,侵彻多层间隔靶过程中装药与壳体的动态冲击碰撞更频繁,碰撞强度更大,持续时间更长。     

金属靶体材料动力硬度测试及动态阻力分析

以高速侵彻下45钢靶体侵彻阻力为研究对象,开展了弹体高速侵彻45钢靶体试验,获取了典型弹体对45钢靶体的成坑参数。基于高速侵彻阻力模型对靶体侵彻阻力及影响因素进行分析。结合流体动力学侵彻模型对不同弹体材料侵彻45钢靶体侵彻深度规律进行研究。研究结果表明:随着撞击速度的增大,45钢的靶体阻力从5. 13 GPa减小到3. 7 GPa;基于材料动力硬度测试方法的靶体动态阻力测试结果和理论计算结果吻合较好;随着靶体动态屈服强度的增大,靶体阻力呈线性增大的趋势;侵彻深度及靶体动态阻力理论计算结果和试验数据吻合较好,说明所提动态阻力确定方法可行,可为高速侵彻动力学研究提供参考。     

玻璃纤维增强复合材料的损伤分析

本文对玻璃纤维增强复合材料层合板进行了拉、剪多向应力本构关系的实验研究,成功地用软x射线照相观察到材料内部微裂纹沿纤维方向近似均匀分布,并沿裂纹面扩展至破坏的损伤形貌,同时结合声发射技术等监测其扩展规律。在此基础上建立了基于微观机制的微裂纹损伤模型,预测材料的损伤非线性本构关系和破坏,以及实验观察到的一些复合材料特有的损伤现象,理论预测结果与实验值吻合。     

破片模拟弹侵彻钢板的有限元分析

根据破片模拟弹侵彻钢板的实验研究,采用MSC.Dytran对破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性、钢板的破坏模式以及弹体的侵彻速度、靶板的侵彻阻力进行了有限元分析,并将分析结果与实验结果进行了比较.分析结果表明,破片模拟弹冲击钢装甲的侵彻过程可大致分为初始接触、弹体侵入、剪切冲塞和穿甲破坏4个阶段.有限元分析的破片模拟弹侵彻特性及靶板破坏模式与实验观测结果有较好的一致性,在靶板破口的正面,与弹体平面凸缘两端接触的部分,变形以剪切为主,而与切削面接触的部分,以挤压变形为主;靶板破口背面为剪切冲塞破坏;有限元模拟的弹体剩余速度与实验结果吻合较好,弹体侵彻过程中弹靶作用界面的速度和侵彻速度近似呈线性变化.有限元分析结果还表明,采用适当的模型,有限元法能较好地模拟破片模拟弹侵彻钢板的侵彻过程、侵彻特性以及钢板的破坏模式.     

三维编织圆管力学性能及火箭级间段模拟结构承载能力研究

对于三维四向（４Ｄ）和五向（５Ｄ）两种编织碳／环氧圆管构件及由其组成的火箭模拟级间段，测试其压缩和扭转力学性能及轴压承载能力。实验表明，５Ｄ材料的压缩性能比４Ｄ材料有较大幅度提高，剪切模量提高幅度不明显。用３—细胞模型和ＦＧＭ模型预测相应的力学性能和压缩强度，并与实验结果进行了比较。结果表明，３—细胞模型的结果与实验结果符合较好，ＦＧＭ模拟预测结果偏低。本文结果为编织结构的设计分析提供了依据。     

钢管钢纤维高强混凝土遮弹层抗侵彻数值模拟

运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对钢纤维体积分数为0,0.5%,1.0%,钢管壁厚度为4,7.5 mm的钢管钢纤维高强混凝土遮弹层进行抗侵彻数值模拟研究,引入JHC模型来描述钢纤维高强混凝土在高速、高压环境下的非线性变形和破坏情况。通过分析距离中心侵彻位置不同节点的位移变化曲线,研究了钢管分隔作用对遮弹层抗侵彻的影响,并与现场试验结果进行对比,吻合较好。同时,研究了钢纤维体积分数及钢管壁厚度对遮弹层抗侵彻的影响,结果表明:钢纤维的掺入减轻了弹体的破坏效应、限制了侵彻深度;钢管壁厚度的增加使其更好地发挥了自身的套箍及吸能作用,提高了遮弹层整体的抗侵彻能力。     

利用循环网络的降落伞开伞载荷补偿方法

为了对降落伞充气展开过程中的开伞载荷进行更加准确的预测,提出一种基于循环神经网络的开伞载荷补偿计算方法,包括模型架构和数据处理方式。该方法将充气时间法计算的预测值代入循环网络进行二次计算,使最终结果能够更加贴近试验真值。使用多层前馈网络、标准循环网络与长短时记忆网络三种网络进行比较,验证了所提模型预测结果的适用性和准确性,研究了学习率、输入层维度和隐层维度等超参数对模型性能的影响,并给出了基于长短时记忆网络的补偿模型最优训练条件。实验结果表明,利用循环网络进行开伞载荷预测具有较好的拟合结果,为机器学习与降落伞工业的学科交叉研究提供了一定的参考方向。     

低速大质量球头弹冲击下薄板塑性动力响应分析

为研究半穿甲导弹冲击下舷侧结构抗侵彻性能及机理,探讨舷侧抗半穿甲导弹侵彻结构设计,假设低速大质量球头弹冲击下薄板的穿甲破坏可分为隆起变形、碟形变形和弹体贯穿3个阶段,采用理想刚-塑性材料本构模型,同时考虑剪切、弯曲及薄膜拉伸对薄板变形和失效的作用,分析了薄板在冲击过程中的塑性动力响应及三个阶段中的变形吸能,并采用材料有效塑性应变失效准则分析了薄板的穿甲破坏准则,得到了弹体穿甲后的剩余动能和速度、薄板的弹道极限速度以及薄板的最大塑性变形。模型计算结果与实验结果及有限元分析结果吻合良好。     

Kevlar纤维层合板抗弹性能的数值模拟

采用Ansys/Ls-dyna建立了Kevlar纤维层合板的三维有限元模型,模拟了Kevlar纤维层合板的抗侵彻过程和抗弹性能,模拟结果与实验吻合较好,证明了模拟方法以及模型参数的合理性.在此基础上讨论了靶板的抗弹机理以及破坏方式,分析得到了随着靶板厚度的变化,抗弹性能会出现一个拐点,靶板破坏方式会发生变化,而在拐点之...     

战斗部近炸下防护液舱破坏机理分析

为研究大型舰船水下舷侧防护液舱的破坏机理，根据液舱的承载特性，设计制作缩尺战斗部模型和敞口、密闭两种液舱结构模型，开展两种姿态战斗部近炸下高速破片和冲击波对防护液舱的联合毁伤试验。根据试验后液舱模型的破损情况分析液舱前、后板在典型载荷下的破坏机理，总结分析液舱结构整体的破坏模式和破坏机理。结果表明：高速破片是防护液舱结构的主要防御对象，破片开坑和空化阶段是液舱结构变形破坏的主要阶段，破片群侵彻液舱形成的激波载荷和空化效应引起的挤压载荷是使结构产生变形破坏的主要冲击载荷。     

子弹与声音谁跑得快？

具有一定速度的弹丸、破片、金属射流等侵彻体,依靠本身的动能侵入或贯穿目标的破坏作用。通常可按侵彻体的速度分为低速侵彻与高速侵彻;也可按冲击时的入射角分为正(垂直)侵彻和斜侵彻;按目标(靶)的结构和材料特性分为对均质靶、多层靶侵彻,对土壤侵彻;或按侵彻体的结构和材料特性分为榴弹侵彻、穿甲弹侵彻和金属射流侵彻等。     

多轴向织物层合板层间剪切强度有限元分析与实验研究

用VIMP工艺制备了UD、0/45/-45、0/45/90/-45三种多轴向织物增强,四种厚度的GFRP层合板试样,采用短梁剪切实验考察了层间剪切强度和破坏模式。建立了GFRP层合板短梁剪切试样有限元模型,计算了内部层间剪应力分布。结合计算和实验结果分析表明层合板存在由宽度方向层间剪应力变化导致的自由边缘效应,含偏轴铺层的层合板更容易发生边缘开裂破坏。厚度相同时0/45/-45多轴向织物增强层合板的层间剪切强度最高。短梁剪切强度测试存在尺寸效应,随着厚度的增加,强度下降,样品波动系数增大。     

钨合金动能弹超高速侵彻钢靶的破坏特性

国内外关于动能弹侵彻的研究多集中在中低速范围,对高速特别是超高速侵彻的研究十分有限,其破坏特性还不清楚。采用LS-DYNA有限元程序和Steinberg本构模型,对着靶速度为1 300~4 500 m/s的钨合金动能弹侵彻钢靶问题进行了与实验相对应的数值研究,获得了不同着靶速度下侵彻深度、开坑直径、坑底压力、弹体形态及弹长消蚀的时空演化规律。结果表明:侵彻经历了瞬态高压、常压稳态侵彻、非稳态侵彻和回弹4个阶段;Steinberg本构模型特别适用于超高速侵彻的研究;当着靶速度大于4 000 m/s,着靶速度的变化对侵彻深度的影响可以忽略;超高速侵彻的瞬态高压达100 GPa以上,远大于弹体材料强度极限;相对于高速侵彻,弹体长度消蚀率更大,侵彻速度下降更快,侵彻时间更短。     

火箭弹卷弧尾翼的轻量化研究

针对火箭弹卷弧尾翼在特定气动载荷下的轻量化问题,基于结构动力学理论,依托ABAQUS非线性有限元软件,建立了火箭弹卷弧尾翼的有限元模型。通过对比碳纤维复合材料(CFRP)和合金钢材料的卷弧尾翼的有限元分析,得出了碳纤维复合材料在满足强度和刚度的要求下,使卷弧尾翼减重达80%。该方法为火箭弹卷弧尾翼的轻量化设计提供了一种参考和借鉴。     

基于改进Elman神经网络的电子元件性能预测

为提高传统Elman神经网络的动态性能,通过增加输出层与承接层之间的反馈环节,提出了一种新的改进的Elman神经网络模型,利用梯度下降原理对其学习算法进行了推导。同时引入附加动量和变学习率算法,建立了基于改进Elman神经网络的预测方法,并将其应用于电子元件性能参数的预测中。仿真实验证明,相比于BP和传统Elman神经网络,改进后的Elman神经网络训练速率快,预测精度高,具有良好的动态性能。由此可见,改进的Elman神经网络模型在对具有非线性时序特征参数的预测中,具有良好的应用前景。     

开孔复合材料层合板的拉伸强度和失效模式分析

为研究纤维编织工艺、铺层角度和孔径大小对开孔复合材料层合板拉伸强度和失效模式的影响规律,选用正交平纹玻纤层合板（WFL）和单向玻纤层合板（UFL）制作0°和45°铺层开孔拉伸试件,随后进行了试验研究;采用 Abaqus 建立基于二维 Hashion 失效准则的渐进损伤仿真模型,并对试验结果进行了对比,分析了试件的损伤机理。研究结果表明：层合板强度随开孔增大而减小,并且这种变化率随孔径增大而增大,45°铺层的层合板的变化率小于0°铺层,WFL 小于 UFL;WFL 的破坏以纤维断裂为主,裂纹垂直于纤维方向,UFL 以基体开裂为主,裂纹沿纤维方向,孔径则对破坏模式无明显影响;0°铺层 WFL 的破坏是由纤维拉伸失效导致,45°的则由纤维拉伸失效和基体拉伸剪切失效共同导致,0°铺层 UFL 由基体压缩失效导致,45°的则由基体拉伸剪切失效导致;拉伸强度的仿真与试验结果最大误差为14．1％,由此验证了仿真计算方法的有效性。     

活性复合动能杆对混凝土靶侵爆效应研究

基于25mm 口径弹道炮发射平台,进行了活性复合动能杆在1 800 m/s速度条件下对C40混凝土靶的侵彻实验,实验结果表明:尽管活性杆的侵彻能力较低,但其侵爆效应对混凝土内部结构造成预损伤,从而降低了靶体强度,使得随进的钨合金杆侵彻效率明显提高.另外,应用物质点法在模拟材料大变形方面的优势,在MPM3D中引入相关材料...     

改进的固定边界上方气泡射流方向判定准则

前人应用开尔文冲量理论得到了判断固定边界上方气泡射流方向的Blake准则,但其预测精度在特定参数范围内不足。为此,通过考虑气泡内压力变化并引入边界效应,提出了改进的气泡射流方向判断准则,使用边界元方法模拟结果对其进行验证,比较了改进模型与传统Blake准则的预测结果,并分析了无量纲强度参数对改进模型预测结果的影响。研究表明,改进的模型比传统Blake准则具有更高的预测精度。改进的理论模型能够为水下爆炸、海底资源勘探等领域提供理论参考。     

夹芯复合材料T型接头侧弯损伤机理及强度特性分析

针对复合材料夹芯板材构件的侧弯承载和坚固连接要求,设计了弧形过渡区增强型T型胶接接头。建立了夹芯复合材料T型接头数值模型,模拟了其在侧弯载荷作用下的损伤产生、扩展及失效过程,并对夹芯复合材料T型接头试件进行了静态侧弯试验。结果表明:接头发生初始损伤的线载荷强度为44~47N/mm,损伤发生后接头的刚度值发生折减(降低约28%~32%),此时接头的承载能力仍在上升;试件界面完全剥离载荷强度较初始损伤线载荷强度略有增加(线载荷强度范围为54~62N/mm)。数值计算与试验结果吻合,表明弧形过渡区是夹芯复合材料T型接头最薄弱的部位,易发生破坏;初始损伤将首先出现在弧形过渡区复合材料表层,随着层间裂纹的扩展,过渡区复合材料与芯材的复合界面处出现剥离破坏并向自由端端部界面扩展,这是导致夹芯复合材料T型胶接接头失效的最主要原因。