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金泉林

2014, 34(s1): 1-9.

摘要(932) PDF(2036)

摘要:
以钛合金TC4为例评述了热成形条件下金属固态相变特征、影响因素和相变规律的研究现状,讨论了工艺条件、相变过程、微观组织与力学性能之间的因果关系. 指出传统相变研究没有考虑塑性变形对相变的影响,因而不能用于分析热成形过程中相变对热塑性加工零件微观组织和力学性能的影响. 给出了作者近期得到的TC4钛合金变形与相变的实验结果;结果证明,热塑性变形对相变有明显影响,主要表现为应变速率增加会对相变有阻止作用,应变增加对相变有促进作用.

泡沫塑料吸能特性的试验研究

孟艳, 夏勇

2014, 34(s1): 10-13.

摘要(842) PDF(1909)

摘要:
相比于泡沫金属,泡沫塑料有如隔热、绝缘、回弹性好、成本低等优点. 泡沫塑料在压缩变形过程中经历3个阶段:初始弹性区、平台区和压实区,平台区对应的应变很大而应力较低,是主要的吸能阶段. 在平台区内泡沫塑料同时发生弹性变形和塑性变形,塑性变形使泡沫塑料产生损伤,而呈现出应力软化的现象. 通过对3种不同密度的泡沫塑料进行不同压缩速度和压缩量的多循环单向压缩试验,对比研究了泡沫塑料的吸能特性与残余变形和应变率、密度以及变形历史的相关性.

弹塑性结构安定性分析数值方法及应用

刘应华, 杜显赫, 徐秉业

2014, 34(s1): 14-17.

摘要(883) PDF(1260)

摘要:
针对极限与安定理论上限分析中存在的问题,建立了复杂变化载荷作用下弹塑性结构安定上限分析的有限元数学规划格式. 利用研究结构在基准载荷域各个角点处安定的办法,克服了机动定理中对时间积分的困难,提出了一种直接迭代算法求解,以克服目标函数非线性非光滑所导致的困难. 该格式同时考虑了温度对材料屈服极限的影响. 算例表明本文作者所提出的安定上限分析算法具有计算效率高、收敛性好和数值精度高等优点. 由于采用了位移模式有限元,因而具有较广的适用范围,可用于复杂承压结构的工程分析.

刚性弹体冲击下无机玻璃的损伤破坏机理

谭升帜, 姚小虎, 臧曙光, 于鹏, 张龙辉, 李志强

2014, 34(s1): 18-20.

摘要(1504) PDF(5064)

摘要:
使用有限元算法计算无机玻璃板在刚体弹体冲击下的响应过程,分析其损伤破坏机理. 通过计算发现无机玻璃板受冲击时,先出现径向裂纹,之后分叉形成环向裂纹,在径向裂纹与环向裂纹的交错作用下,无机玻璃板破裂成碎块. 无机玻璃板径向裂纹的出现是其被破坏的主要原因,而环向裂纹的出现则为无玻璃板吸收了大量冲击产生的能量. 厚度一定的无机玻璃板在刚性弹体特定速度范围内的冲击作用下吸能效果较好,这为无机玻璃板结构的设计提供了参考依据.

微尺寸单晶金属应变突变现象的随机有限元分析

张旭, 尚福林

2014, 34(s1): 21-24.

摘要(689) PDF(973)

摘要:
微米尺寸单晶柱体的压缩实验发现,在其塑性变形过程中应变会发生突变,致使塑性流动呈现明显的间歇性. 通过随机有限元方法,分析了微米尺寸和块体镍单晶柱体在混合加载方式下的间歇性塑性流动行为. 同时,结合镍单晶柱体的实验数据以及基于经典晶体塑性理论的有限元方法,对近期新建立的理论模型进行了分析研究. 结果表明:新理论模型能够捕捉应变突变的发生;对于块体材料,新模型计算结果与常规晶体塑性有限元结果以及实验结果均比较吻合;当单晶柱体尺寸减小至几十μm左右时,新模型预测结果仍然能够与实验结果保持一致;微柱体的塑性流动是通过一系列的应变突变行为实现的.

基于敏度分析的考虑动态再结晶的黏塑性本构模型的全局可识别分析

曲杰, 覃威, 金泉林

2014, 34(s1): 25-28,52.

摘要(703) PDF(600)

摘要:
提出了一套能够考虑约束影响的大型复杂模型的全局参数可识别分析方法. 该方法基于全局敏度矩阵、全局Fiseher信息矩阵及全局归一化Fisher信息矩阵,可识别性指标包括敏度指数、共线性指数及特征值指标. 通过统计方法将局部指标集合成全局指标;约束通过罚函数方法引入,罚系数通过基于全局竞争排序的方法确定;应用提出的方法对考虑动态再结晶的黏塑性本构模型进行全局可识别分析. 分析结果表明,由于参数之间存在较强相关性,模型中的部分参数很难识别.

块状金属玻璃Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅的微压痕尺寸效应

郝毅, 冯露, 王静, 刘美华

2014, 34(s1): 29-32.

摘要(1025) PDF(1085)

摘要:
基于Drucker-Prager屈服准则,建立了适用于描述压敏材料的低阶应变梯度塑性(CMSG)理论. 通过ABAQUS自定义材料子程序(UMAT),构造了CMSG理论本构计算的有限元格式,并对块状金属玻璃Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅的圆锥压痕实验响应进行了数值模拟分析. 计算结果与实验数据相吻合,表明该理论可以很好地描述金属玻璃的弹塑性行为. 在此基础上,研究了不同压深下的载荷位移曲线和硬度,计算结果显示该材料的硬度随着压痕深度的增大而减小,表明基于Drucker-Prager屈服准则的CMSG理论可以预测金属玻璃Zr₅₅Cu₃₀Al₁₀Ni₅在微米尺度下表现出来的尺寸效应现象. 此外,通过分析不同摩擦因数下材料的载荷位移曲线,表明摩擦力对该材料微压痕响应的影响可以忽略不计.

移频算法在加速子空间迭代法中的应用

林庚浩, 万福磊, 黄吉锋

2014, 34(s1): 33-36.

摘要(885) PDF(1558)

摘要:
基于子空间迭代法,采用移频加速算法,开发了一个高效、稳定、内存消耗低的移频子空间迭代特征值求解器SSubspace. 给出了详细的移频子空间迭代法求解广义特征值问题的步骤及关键参数的选取. 对刚度矩阵奇异时特征值的求解进行了探讨,实现了对刚体模态的求解. 与Intel MKL特征值求解器(FEAST v2.1)相比,SSubspace的求解效率高于FEAST,且内存消耗低于FEAST. SSubspace理论上可以求解出所有阶的特征值,且计算时间随特征值数的增加近似成线性增长关系,可用于求解大阶数特征值问题、大型矩阵的全特征值问题.

三维笛卡尔网格生成前处理软件测试

秦强, 许香照, 胡昌振

2014, 34(s1): 37-39.

摘要(837) PDF(1006)

摘要:
针对自主开发的三维笛卡尔网格生成前处理软件,基于CT扫描思想,提出了一种通过对三维网格进行二维切片/三维剖切显示来检测网格生成质量的测试方法. 通过该测试方法发现部分测试实例中实体内部存在异常空网格的问题,该问题是由于三维实体的三角面片化近似引起的,文中给出了消除异常空网格的实现方法. 网格生成测试算例验证了本文所给出的软件测试方法的有效性.

求解大型稀疏矩阵广义特征值的子空间迭代法加速研究

林庚浩, 万福磊, 黄吉锋

2014, 34(s1): 40-43.

摘要(983) PDF(2018)

摘要:
采用Wilson移频策略对子空间迭代法进行了加速. 为加速高阶特征值的收敛,对Wilson移频策略进行了改进,给出了详细的移频子空间迭代求解特征值的步骤,讨论了若干移频控制参数的选取. 从给出的对比算例可看出,采用移频算法,子空间迭代法求解特征值明显加速,且随着待求特征值阶数的增加,加速效果更加明显,求解时间与待求特征值数近似成线性关系.

冷态试验槽道喷管结构响应与疲劳损伤分析

王一白, 刘达伟, 程诚

2014, 34(s1): 44-48.

摘要(839) PDF(528)

摘要:
采用非线性有限元分析方法和局部应变法研究冷态试验槽道喷管在循环工作条件下的结构响应与低周疲劳损伤,对比分析了不同冷却剂循环加载方案与槽道参数(槽宽、内衬厚度等)对槽道喷管结构响应和疲劳损伤的影响. 计算结果表明,槽道喷管结构变形主要发生在与肋连接的内衬区域以及槽道对称面区域,并且喷管中前部的残余应变比喷管后部要大;虽然冷却剂的最高工作压强相同,但采用不同的循环加载方案得到的喷管低周疲劳损伤不同. 随着冷却槽宽度的减小或者内衬厚度的增大,槽道喷管的残余应变和疲劳损伤均逐渐减小.

多胞金属在中低速冲击下的防护应力

胡玲玲, 余同希

2014, 34(s1): 49-52.

摘要(714) PDF(678)

摘要:
文中通过理论和数值模拟研究了多胞金属在中低速冲击下的防护应力,发现防护应力在冲击过程中出现周期性卸载,这是由于弹性波在支撑端的反射所致. 结果发现与高速冲击情况不同,在中低速冲击下,蜂窝的平均防护应力会随着冲击速度的减小而增大;该现象可以用微结构的惯性效应来解释,此时若采用蜂窝的塑性坍塌应力将高估其防护应力. 最后给出了金属蜂窝在中低速冲击下防护应力的表达式,与数值计算结果吻合良好.

爆轰驱动金属壳体断裂数值仿真研究

段妍, 许香照, 马天宝

2014, 34(s1): 53-56.

摘要(898) PDF(1011)

摘要:
对破片形成及运动问题的研究在增强战斗部的毁伤效能中具有重要地位. 本文利用数值模拟方法对不同装药结构的破片战斗部壳体在爆炸冲击载荷作用下的响应过程进行了仿真计算,仿真结果与理论计算结果相符,验证了数值模拟方法的可行性. 在此基础上对比分析了不同刻槽受控破片战斗部壳体断裂破片形成过程,得到了刻槽对破片速度的影响规律. 本文结果可为破片战斗部工程设计提供参考.

弹体侵彻混凝土的三维数值模拟研究

许香照, 郭婷婷, 马天宝

2014, 34(s1): 57-59,63.

摘要(963) PDF(917)

摘要:
随着技术的发展,弹体侵彻速度已经由低速侵彻(侵彻速度<900 m/s)向高速侵彻(1 200 m/s <侵彻速度<1 700 m s)发展. 这将导致弹体的侵彻性能发生本质性变化,严重影响弹体在混凝土中的运动轨迹,甚至会导致弹体的破坏与失效. 侵彻过程中弹体所受到的压力极高,并且会产生大变形,对该过程进行全物理场的数值模拟需要处理大变形、多物质界面以及各类强间断的问题. 针对三维冲击问题数值模拟的困难,课题组设计了三维爆炸与冲击问题高性能仿真软件(explosion-3d). 采用该软件对弹体高速侵彻混凝土进行数值模拟研究,弹体材料选用普通的45#钢,研究其在高速侵彻下的弹体形状的变化情况,采用对混合网格的处理来描述弹体的磨损. 数值模拟结果表明,对于45#钢这类普通材料,当其高速(1 400 s)侵彻混凝土时,弹体头部将出现严重变化且侵彻深度急剧下降.< span>

火炮发射过程中装药响应数值模拟研究

赵梓君, 毕世华, 向超文

2014, 34(s1): 60-63.

摘要(956) PDF(564)

摘要:
为研究火炮发射过程弹体内部装药的响应,采用节点约束-分离模拟方法对PBX9501炸药装药进行损伤数值模拟,采用Visco-SCRAM模型进行点火数值模拟,计算分别得到了PBX9501装药损伤和点火的临界弹体初速. 研究结果表明,采用节点约束-分离方法可以较好地描述弹体发射过程中内部炸药装药的损伤响应, Visco-SCRAM模型和裂纹摩擦点火模型可以描述装药点火响应.

钨合金弹丸超高速撞击的分子动力学研究

于超, 李平

2014, 34(s1): 64-66,101.

摘要(893) PDF(647)

摘要:
针对高速穿甲与空间碎片超高速撞击航天器材的防护性能以及损伤破坏模式的问题,采用分子动力学方法,运用EAM势对钨合金弹丸超高速撞击靶板的动力学行为进行了数值模拟,定性研究了弹丸尺度、弹丸速度、靶板厚度以及材料模型对靶板穿孔、靶板破坏与碎片云形成的影响以及相应规律. 研究结果表明:同一时刻空筒蘑菇形碎片云的径向与轴向距离随弹丸直径、撞击速度的提高而增加. 反溅粒子与粒子堆积高度随弹丸直径、撞击速度提高而增加. 将分子动力学模拟结果与高质量试验结果进行了相应对比,模拟的碎片云形状、反溅粒子以及粒子堆积等特征与试验基本吻合,验证了利用分子动力学方法的有效性.

几种各向同性屈服准则的比较分析

李忱, 赵丽

2014, 34(s1): 67-70.

摘要(821) PDF(3542)

摘要:
为对新屈服准则进行深入研究,本文比较并分析了H.Tresca和Von.Mises屈服准则,M-C和D-P屈服准则,双剪和三剪屈服准则的发展及应用,重点介绍了以上不同类型屈服准则的基础理论,并对比了其几何意义、适用性以及实验验证结果;最后指出,对于今后屈服准则的研究可考虑从完善传统屈服准则屈服面不封闭以及重视相应的实验验证两方面来深入进行.

爆炸驱动载荷下结构瞬态响应研究

赵宇哲, 郝莉

2014, 34(s1): 71-74.

摘要(787) PDF(746)

摘要:
展开型定向战斗部可以最大限度地提高空空导弹的终端能力,对目标实现最大的杀伤效能. 研究了一种可展开结构在爆炸驱动载荷下的瞬态响应,设计实验方案并进行了相应的静爆实验;利用DYNA 3D有限元程序对可展开结构进行三维建模,采用ALE流固耦合算法对炸药爆炸驱动载荷下结构展开过程进行数值模拟;比较实验与数值模拟的结果,验证了所采用的实验方案和相关数值模拟方法的可靠性,并为下一步研究提供支持.

一种针对颈缩现象的高强钢板材力学行为研究方法

朱俊儿, 曾龙, 马令晨, 夏勇, 周青

2014, 34(s1): 75-78.

摘要(1024) PDF(2313)

摘要:
为表征一种双相钢板材的塑性力学行为,对其进行了4种不同应变率下的单向拉伸试验,结果表明颈缩现象存在于各应变率下的试验中. 为解决颈缩现象中三向应力状态给常规公式计算所得强化曲线带来不可靠性的问题,使用了一种试验与仿真相结合的逆向方法. 首先在试验所得曲线的基础上判断颈缩起始点,并根据该点信息使用Ludwik准则对颈缩后曲线进行外插;再将外插曲线应用于仿真,通过仿真与试验结果的对比优化外插曲线. 将该方法应用于所研究的双相钢材料后,获得了能够准确表征单向拉伸过程的材料曲线.

书法字体结构数字化建模与仿真

姬勇, 许香照, 马天宝

2014, 34(s1): 79-81.

摘要(915) PDF(1352)

摘要:
针对书法文稿难以长久保存及其在计算机上建模较为困难等问题,本文采用六面体网格,对字体进行逐层剖切得到一系列切面,并采用扫描线填充算法对书法字体结构进行数字化建模与仿真. 所得到的书法字体模型能够记录不同书法家的写作手法,并设计了一种切片技术能够对字体结构进行各个方向的剖切,实现了从多个角度对文字结构的分析学习. 仿真结果表明,采用该技术得到的书法字体三维模型不仅实现了其影像信息的长久保存,更能够对其进行全面的分析学习.

鸟体羽毛对通风窗抗鸟撞试验的影响分析

寇剑锋, 徐绯, 赵佳欣, 高向阳, 姚建成

2014, 34(s1): 82-85.

摘要(1492) PDF(669)

摘要:
运动机构支持的飞机通风窗在鸟撞时由于部件之间变形不协调会产生缝隙. 鸟体的羽毛在进入缝隙过程中会扩大缝隙. 对于该问题,首先基于PAM-CARSH软件,结合SPH方法,通过选择合适的梁元节点自由度模拟机构的运动副,计算分析不考虑羽毛情况下通风窗的强度和刚度,然后通过与真鸟撞击试验结果进行对比,分析鸟体羽毛对抗鸟撞安全的影响. 分析结果发现,羽毛对结构应力影响较小,但对缝隙影响较大,对于类似结构应重点考察.

基于晶体塑性有限元的多晶铜力学行为研究

张旭, 王旻嘉, 康国政, 阚前华

2014, 34(s1): 86-89.

摘要(1023) PDF(2218)

摘要:
通过晶体塑性有限元对Voronoi多晶铜的单调拉伸和循环塑性行为进行数值模拟. 单调拉伸的模拟结果发现多晶体的力学响应与晶粒个数相关;试样在拉伸变形中出现45°方向的滑移剪切带和颈缩. 研究结果表明:多晶铜的对称应变循环可呈现出循环硬化和包辛格效应,导致包辛格效应的主要原因是晶间约束产生的残余应力. 在非对称应力循环载荷作用下,平均应力和应力幅值对多晶铜的棘轮行为有显著影响.

钛合金Ti-6242S高温棘轮行为实验研究

阚前华, 杨强军, 康国政, 刘宇杰, 张旭

2014, 34(s1): 90-93.

摘要(1160) PDF(649)

摘要:
为揭示钛合金Ti-6242S的高温棘轮行为特征,对钛合金Ti-6242S在25~520℃的温度范围内进行了单调拉伸、应变循环和应力循环实验. 结果显示:随着温度的升高,钛合金的弹性模量和名义屈服应力降低,延伸率增加;材料在应变循环下呈现出循环软化特性;在应力循环下,材料呈现出明显的棘轮行为,棘轮应变随着加载的应力幅值和温度的增加而增加,且对加载历史具有依赖性;同时,高温下的棘轮应变由塑性应变和蠕变应变共同贡献. 恒定平均应力下,大的应力幅值导致损伤和棘轮行为的交互作用,急剧缩短材料的疲劳寿命.

含损伤的冻土动态本构模型研究

谢奇峻, 朱志武, 康国政, 宁建国, 马悦

2014, 34(s1): 94-97.

摘要(821) PDF(580)

摘要:
为研究冻土动态本构关系,基于损伤理论研究冻土的变形过程,用唯象模型将冻土看成黏性体和损伤体的并联组合体,并且利用强度理论以及复合材料等效夹杂原理获得冻土在冲击载荷作用下的动态本构模型及其参数的确定方法. 利用分离式霍普金森压杆(SHPB)对冻土进行冲击加载实验,获得冻土在不同应变率冲击载荷作用下的应力-应变曲线,实验结果表明冻土具有明显的应变率相关性. 对比实验曲线和理论曲线可以看出模型计算与实验结果吻合良好,说明了建立模型的方法是可行的,且该模型能够很好地反映冻土动态加载过程的主要特征.

弹塑性力学教学方法研究

徐秉业, 刘应华

2014, 34(s1): 98-101.

摘要(885) PDF(1139)

摘要:
讨论弹塑性力学的教学方法,研究了弹性力学与塑性力学相同和差异,以及它们在分析问题和解决问题方面的特点. 分析了本课程应该包括的核心内容,提出了这类教材应有的特点,讨论了例题和习题选择原则以及该课程的发展简史,并将每部分内容与工程背景相联系;最后讨论了将科研成果转化为教学资源的问题.

自锻破片侵彻混凝土的数值模拟

郭婷婷, 李平, 宁建国

2014, 34(s1): 102-105.

摘要(795) PDF(730)

摘要:
为使串联战斗部中的聚能装药结构在短靶距内形成形状和侵彻能力较好的自锻破片(EFP),通过数值模拟的方法,研究了多级串联战斗部中自锻破片的形成及其对混凝土地下掩体的侵彻过程. 通过设计前级聚能装药结构,既保证了随进弹的装药量,又为随进弹的侵彻开辟了适当口径和深度的孔道. 总结了在计算过程中的几个关键步骤和处理方法;研究了药型罩的壁厚、锥角和聚能装药的起爆方式对EFP的影响. 研究结果表明:在二维轴对称的计算模型中,环形起爆方式有利于形成质量较好的EFP;聚能装药的壁厚越大,EFP的直径越大,侵彻深度越小;聚能装药的锥角越大,EFP的直径越大,速度越小.

基于机理法考虑动态再结晶的黏塑性本构模型先验知识的确定

曲杰, 丁远航, 张艳姝

2014, 34(s1): 106-110.

摘要(809) PDF(580)

摘要:
宏微观耦合本构模型的参数识别往往通过反分析方法进行,为使参数识别结果具有高的置信度,需要确定合适的参数取值范围. 基于考虑动态再结晶的黏塑性本构模型的物理机理,提出该模型参数取值范围的确定方法. 根据模型构造机理,提出通过6步确定该模型参数取值范围的方法;并对300 M低合金钢进行不同温度、应变速率下的热变形试验,测试其流动应力-应变曲线、再结晶晶粒尺寸-应变速率-温度曲线,通过提出的方法并根据提取试验数据,确定模型的先验知识,为参数识别提供基础. 结果表明,确定的参数识别范围大部分可以归类为中等准确和较差准确确定.

广义分子计算模型在整数问题中的应用

李艳梅, 余文, 宁建国

2014, 34(s1): 111-113,146.

摘要(692) PDF(981)

摘要:
分子计算是一种新型的并行计算模式. 作为信息载体和计算载体的DNA,生化反应时存在不可控性. 构建具有通用性的分子计算机存在许多困难和限制. 将分子计算黏贴模型与图灵机相结合,已提出一种不依赖于特定生物技术的广义分子计算模型(generalized turing model,GTM). 对GTM模型进行扩展,通过实验说明了该广义分子计算机能够在多项式时间内求解NP完全的整数规划问题,该模型具有编码简单、错误率低等特点.

黏性土挡土墙土拱效应的研究

朱建明, 赵琦, 张宏涛, 王晓纯

2014, 34(s1): 114-118.

摘要(817) PDF(906)

摘要:
为了研究黏性土挡土墙中滑裂面倾角变化对土拱效应的影响,在假定土拱形状为圆弧的基础上推导了考虑滑裂面倾角变化时侧向土压力系数的计算公式,推导出考虑土拱效应的张拉裂缝公式;并基于土楔形力学模型,得到了滑裂面倾角公式,以及考虑滑裂面倾角变化的竖向平均应力计算公式. 本文提出的计算方法不仅考虑了土拱效应,同时也考虑了考虑滑裂面倾角变化对挡土墙土压力的影响,因而更符合实际情况.

钢筋混凝土梁冲击响应及其影响因素分析

魏德敏, 刘德源

2014, 34(s1): 119-122.

摘要(835) PDF(1074)

摘要:
为研究钢筋混凝土梁在集中冲击荷载作用下的动力响应,考虑梁截面高度、梁配筋率、接触面积、初始冲击速度和落锤质量等因素的影响,运用ABAQUS有限元分析软件对某固支梁进行非线性动力响应分析,并考虑了材料的应变率效应. 结果表明,冲击力峰值和梁的跨中最大位移受接触面积和初始冲击速度影响较大,一定程度上受到梁截面高度和配筋率的影响,而落锤质量对冲击力峰值的影响很小.

T型铸钢节点冲击响应研究

魏德敏, 周彦君

2014, 34(s1): 123-127.

摘要(893) PDF(683)

摘要:
对两端简支 T 型铸钢节点在冲击荷载下的响应进行了非线性有限元分析,得到不同荷载参数下节点的冲击力时程曲线和变形时程曲线. 分析中将铸钢节点的变形分为主管管壁局部凹陷、主管整体弯曲和支管轴向变形三部分,通过计算得到三部分变形随冲击时间变化的规律及其所耗散的能量在节点总耗能中所占的比例. 结果表明:冲击动能相同时,冲击荷载和支管轴向变形的最大值与初始冲击速度有关,节点塑性耗能总量随主管径厚比的增大而增加,随主管长径比及主支管直径比的增大而减小. 当主管长径比较小时,支管变形大于主管变形. 支管与主管的直径接近时,节点的局部凹陷变形可以忽略.

高强度钢板的热塑性成形极限

胡平, 史栋勇, 盈亮, 闫巧云, 刘文权

2014, 34(s1): 128-132.

摘要(805) PDF(911)

摘要:
以22MnB5为研究对象,通过试验与数值模拟相结合的方式研究了高强度硼钢在高温下的热塑性成形极限. 开发了基于Nakajima测试的成形极限试验装置TFLD300,进行了高温条件下的成形极限试验并获得了不同温度下的成形极限曲线,由此建立了考虑温度影响的三维成形极限图3D-TFLD(thermal forming limit diagram). 在自主开发的商业金属成形软件KMAS(king mesh analysis system)基础上,结合热成形热、力及相变多物理场耦合关系开发了热成形分析模块,并将三维成形极限图作为高温成形性的判断准则引入到热成形数值模块中. 以一款汽车B柱为例,通过KMAS软件对其热成形过程中的破裂情况进行了数值模拟,并与试验进行对比,结果证明KMAS软件热成形分析模块和3D-TFLD能够准确地预测板料在热成形过程中的破裂情况.

MDYB-3有机玻璃在不同应变率下不同黏弹性模型的比较

邓小秋, 李志强, 周志伟, 王志华, 姚小虎

2014, 34(s1): 133-138.

摘要(915) PDF(779)

摘要:
对MDYB-3有机玻璃进行了准静态(0.001~1 s^-1)和动态(1 000~3 000 s^-1)压缩实验,以ZWT模型、多Maxwell模型及修正多Maxwell三种黏弹性本构模型拟合了所得应力-应变曲线. 结果表明ZWT模型对于低应变率拟合较好,多Maxwell模型无法准确描述应力-应变曲线的非线性,在三者拟合中,修正多Maxwell模型拟合效果最好. 在实际应用中,ZWT模型更灵活简便,而修正多Maxwell模型更准确.

工程陶瓷破坏与增韧的声发射研究

褚亮, 任会兰

2014, 34(s1): 139-142.

摘要(805) PDF(772)

摘要:
针对陶瓷材料在受载破坏过程中会产生大量的声发射信号的问题,应用声发射(AE)研究了95%氧化铝(Al₂O₃)陶瓷和15%氧化锆增韧氧化铝(ZTA)陶瓷压缩加载下的破坏过程. 通过时域抽取快速傅里叶变换(DIT-FFT)技术给出了陶瓷破坏过程的频谱图. 实验分析了两种陶瓷的声发射波形图、频谱图、撞击数和信号幅值,研究结果表明,声发射方法可以更直观地描述增韧效果,颗粒增韧陶瓷断裂时产生的声发射信号具有更高的幅值和更低的频率.

含孔薄壁方管结构吸能的数值模拟研究

卢进帅, 刘志芳, 王志华, 郝文乾

2014, 34(s1): 143-146.

摘要(833) PDF(1219)

摘要:
针对含孔薄壁方管的力学性能有较大差异的问题,对于不同结构的铝合金薄壁方管,分别进行轴向冲击载荷作用下的有限元数值模拟的动态力学行为研究. 比较了各种薄壁开孔结构的能量吸收性能,及其耐撞性的各种参数,如比吸能(SEA)及平均破坏力、峰值破坏力等. 研究结果表明,与无孔方管对比,开孔方管初始峰值载荷变化很小,但是其比吸能有不同程度的变化. 在本文研究的范围内,开孔位置为L₀=0.50L的4方孔方管吸能效果最好.

超高速碰撞电磁效应数值模拟

栗建桥, 宋卫东

2014, 34(s1): 147-150.

摘要(883) PDF(711)

摘要:
采用理论分析和数值模拟结合的方法对超高速碰撞产生等离子体问题进行研究. 通过SPH方法,建立二维轴对称模型,针对不同碰撞速度进行数值模拟,对比不同时刻碎片云的形状以及膨胀速度,验证数值模拟的正确性;利用Thomas-Fermi模型,计算超高速碰撞过程中SPH粒子的温度,对于发生汽化的部分考虑其产生的等离子体参数;以统计物理学为基础,基于化学反应动力学原理,建立了非热平衡等离子体电子数密度、电子温度、宏观温度以及内能之间的关系,用以计算超高速碰撞过程中产生等离子体的参数. 给出不同时刻碰撞产生的总电荷数随时间的变化,将数值模拟结果与文献中经验公式结果进行对比,验证了本文中计算超高速碰撞产生等离子体方法的正确性.

石油射孔弹聚能效应的三维数值分析

雷晓峰, 朱秀星, 李志强, 王志华, 路国运, 薛世峰

2014, 34(s1): 151-154.

摘要(756) PDF(861)

摘要:
建立某型号石油射孔弹的三维有限元模型,运用LS-DYNA对射孔弹装药起爆后,炸药爆轰及射流的形成、延续和断裂过程做了详细的模拟分析,得到了全过程射流压力、速度等参数的变化情况. 结果显示,本型号射孔弹射流完全形成历时33.997 μs,此时间段内,每时刻药型罩材料上的最大压力处是射流形成的源头;在射流最大压力值开始衰减后,射流的最大速度也不再增加;射流断裂的主要原因是射流速度梯度的存在导致射流微元之间产生了相对位移.

完井射孔三维有限元模拟

段成灏, 路国运

2014, 34(s1): 155-158,180.

摘要(727) PDF(644)

摘要:
采用LS-DYNA3D有限元分析软件ALE算法,对油气井射孔弹的爆炸成形过程及射流侵彻套管及岩层过程进行了模拟计算. 计算给出了射流形成过程、射流速度分布曲线、药型罩动能随时间的变化曲线. 计算中射孔弹发生侵彻的时间是14 μs,射流头部最大速度达到5 558 m/s,药型罩动能为5 300 J. 通过LS-DYNA中失效应变的定义实现混凝土及岩层的破碎情况,计算发现射流侵彻能力随着混凝土及岩层靶板失效应变的增大而降低;失效应变越大则消耗射流能量越大.

高强度钢板热塑性行为及在车身轻量化中的应用

胡平, 史栋勇, 盈亮, 刘文权, 闫巧云

2014, 34(s1): 159-163.

摘要(976) PDF(837)

摘要:
为深入研究板材热塑性变形机理以及促进热成形工艺在汽车结构件生产制造中的应用,采用理论、试验与仿真相结合的方式,基于高强度钢板热-力-相变耦合本构关系,结合弹塑性非线性大变形分析建立了热塑性成形动力显式有限元列式,开发了高强度钢板热成形数值仿真有限元分析软件,对一款U型试件的热成形过程进行数值模拟,模拟结果与试验一致,且通过拉伸试验获得了成形后零件的力学性能,屈服极限在1 100 MPa以上,强度极限可达1 500 MPa以上. 并通过数值仿真对比一款热成形前保险杠与原始冷成形保险杠的碰撞过程,得出保险杠采用热成形件可减重36.5%,比吸能比原始模型增加16.0%.

一种广义分子计算模型在集合覆盖中的应用

张敏, 余文, 李艳梅, 宁建国

2014, 34(s1): 164-167.

摘要(727) PDF(947)

摘要:
在分子计算原理和传统计算机模型基础上,提出了一种新的基于图灵机的广义分子计算模型,又称广义图灵模型,该模型的具体实现不依赖于特定生物技术. 模型继承分子计算大存储高并行的特点,通过时空复杂度转换,在求解NP完全问题上具有通用性. 模型由一台基本图灵机、一个只写带和一条工作带及读写网络这3部分组成,其中只写带和工作带之间存在一种特殊拓扑映射. 通过数据规模为4的集合覆盖问题,证明该算法能在多项式时间内求解集合覆盖问题,验证了算法和模型的有效性.

三维爆炸场冲击波检测与可视化

张文耀, 马天宝

2014, 34(s1): 168-171.

摘要(892) PDF(1015)

摘要:
根据冲击波的物理属性及其在数值模拟结果中的特点,将压力场转换为压力梯度场;然后在压力梯度场的体绘制过程中,通过合理设置空气介质的传递函数,实现了三维爆炸场冲击波特征的检测与可视化处理. 为了提高可视化效率,对基于光线投射的体绘制过程,采用查找表和包围盒等技术进行了加速处理. 算例测试结果表明,本文方法可以清晰展示三维爆炸场的冲击波特征.

扑翼模型的气动力研究

赵红燕, 张鹏飞, 宁建国

2014, 34(s1): 172-175.

摘要(889) PDF(1028)

摘要:
为了研究扑翼的气动特性,以蜜蜂翅为参考对象建立了扑翼的运动学模型. 利用计算流体力学方法,研究了最大拍动角、频率、攻角对扑翼气动力特性的影响,通过分析扑翼拍动在1个周期的升力和阻力变化,阐释了扑翼保持高升力的原因. 计算结果表明,翻转运动是造成升力变化的主要因素;平均升力会随着最大拍动角和频率的增大而增大;并在攻角50°时达到最大;而各工况对平均阻力的影响可忽略不计.

不同曲率弯管对气相爆轰波传播特性的影响

赵慧, 李健, 郝莉

2014, 34(s1): 176-180.

摘要(1296) PDF(640)

摘要:
采用附加Runge-Kutta方法,5阶加权无震荡格式和基元反应模型,对规则爆轰波在15°,20°,30°,40°,45°,60°光滑弯管的传播过程进行了数值模拟. 本文采用的基元反应模型是9组分48反应模型,反应气体为满足化学当量比的H₂/O₂混合气体,并用氩气稀释. 分析数值模拟结果发现所有弯管胞格结构都从规则变为不规则,随着弯角度数的增加,爆轰胞格结构从有到消失,爆轰波从没有熄爆区到有熄爆区,30°是有无胞格消失区、产生熄爆与非熄爆的临界度数;在一定压力下,大于30°的弯管下游都会产生重新起爆的现象;由于弯管的复杂性,爆轰波的反射在下壁面存在马赫反射和规则反射两种模式.

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2014年第34卷第s1期

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