自由面碎冰浮冰环境高速入水动力学特性

为了研究碎冰环境下航行体高速入水过程中的空泡流场演化、航行体动力学响应以及碎冰载荷特性等规律,基于任意拉格朗日-欧拉方法建立了碎冰环境下的航行体高速入水流固耦合计算模型,并与高速入水试验、冰材料三点弯矩试验对比验证了方法的有效性和冰材料模型的可靠性。利用构建完成的高速入水流固耦合计算模型重点研究了碎冰以及碎冰间隙对航行体入水过程流场、动力学参数以及载荷的影响。研究结果表明：碎冰的存在对航行体入水后的水面抬升以及产生的飞溅演化存在抑制作用;碎冰环境下航行体的入水冲击载荷显著增加,其过程相较于无冰环境具有更大的动能损耗,但其砰击载荷持续时间与无冰环境入水过程一致;入水形成的飞溅冠连续性随着碎冰间隙的增加而增加,一定碎冰间隙范围内,航行体瞬时砰击载荷与间隙大小呈负相关关系,间隙足够大时,砰击载荷变化相对较小。     

基于CFD的并列超空泡射弹高速斜入水流体动力特性研究

在对水下目标连续、密集的打击过程中常常涉及到多体间的运动干扰和空泡非定常耦合等问题,使得流场结构和运动特性变得复杂。为分析并行超空泡射弹高速入水过程中流场的相互干扰规律,采用CFD方法建立并列弹高速斜入水流体动力特性研究数值模型,同时将并列弹与单个弹的计算结果进行对比,明确并列弹高速入水空泡形态和流场分布与单个弹的差异,并进一步给出弹间干扰特性随并列弹轴线间距的变化规律。计算结果表明：较单个弹入水过程,随着轴线间距的减小,并列弹的流体动力特性变化复杂;当轴线间距增大至G=4时,并列弹的流体动力特性与单个弹差异不再显著。并列弹高速入水时,双空泡形态呈现镜面对称特性,内侧空泡受挤压贴近弹体表面,随轴线间距的增加,空泡间的干扰作用逐渐减弱;高压区和低速区主要存在于射弹头部,且轴线间距较小时,出现高压区重叠现象;随着轴线间距减小,内侧空泡压力、速度分布对空泡演化的影响程度在入水深度较深位置更为明显。由于射弹表面内外侧压差的作用,使射弹姿态产生显著变化,表现为弹头相互排斥,弹尾靠拢。     

基于光滑粒子流体动力学的波浪中航行体入水数值模拟

航行体在波浪条件下高速入水的运动响应和载荷特性是其研发设计过程中需要重点考虑的问题,为了对该问题进行精准预测,采用无网格光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）方法,提出了一种新型周期性波浪边界技术,利用四元数法计算物体六自由度运动,建立了波浪条件下入水模拟的数值水池。通过对静水中方块体垂直落水和航行体倾斜入水运动轨迹和冲击载荷的模拟,对比于实验参考结果,验证了数值模型的计算精度。随后,在SPH数值波浪水池中对航行体在不同波浪相位角下的高速入水过程开展研究,结果表明航行体弹道稳定性受到波浪相位角影响显著,0°相位角入水时弹道最为稳定。该新型SPH数值水池能够实现航行体波浪中入水过程的精确预报。     

AZ31B镁合金大应变循环变形行为研究

为了研究AZ31B镁合金在大应变幅条件下的变形机制,开展了该合金在7.嬲应变幅条件下的循环行为研究.结果表明:在拉伸阶段的最大应力值随着循环周次的增加而减小,而在压缩过程中的最大应力值随着循环周次的增加而增大,在整个循环过程中材料呈现循环应变硬化特性,拉应力是导致循环应变硬化的主要原因;随着循环周次增加,滞回曲线的不对称性基本不变.真应力-真应变滞回曲线在卸载和反向拉伸阶段出现3个拐点.在压缩过程中发生{10-12}孪生,反向拉伸过程发生去孪生行为,包申格效应对去孪生行为具有较大影响.研究表明:孪生-去孪生是大应变幅循环变形的主要变形机制;对拉伸、反向压缩过程的变形特征及机制的分析,可为低周疲劳行为的研究提供参考.     

一种可变形跨介质航行器气动/水动特性分析

由于海水和空气物理性质存在巨大差异,航行器很难以单一外形满足在两种环境下的航行要求.为此,提出一种通过改变外形来实现水空介质跨越的航行器,并通过计算流体力学对其空中和水中两种外形的气动/水动特性进行研究.仿真结果表明,通过改变外形,航行器能够同时满足水下航行和空中飞行的要求.水下航行时,航行器在较小的仰角范围内通过收缩机翼减小阻力;空中飞行时,通过展开机翼增大升力.     

高速跨介质入水多相流动与流固耦合特性研究综述

高速跨介质入水问题广泛存在于海洋工程、航空航天等领域,入水多相流动与流固耦合作用机理是该领域的研究热点,对于跨介质航行器的载荷预报、弹道稳定性评估、结构强度校核以及安全性设计等具有重要意义。本文围绕高速跨介质入水所涉及的基础关键力学问题,重点论述了高速跨介质多相流动与空泡演化、冲击载荷与降载方法、运动稳定性与流固耦合响应、流固耦合数值研究方法等方面的研究现状,并针对目前仍存在的问题提出了建议,旨在为高速跨介质入水的相关研究与设计等提供参考。     

基于LBM-LES方法两栖水翼航行器水动特性分析

目前,国内外对于两栖航行器气动/水动特性的研究仍处于探索与发展阶段。结合鱼雷及水翼船的特点,提出一种通过改变外形实现水下、水面航行的新型两栖水翼航行器。基于LBM-LES方法对航行器水动特性进行数值仿真,得到航行器在水下、水面航行时的升力、阻力曲线。结果表明:在水下航行时,收缩水翼的航行器在较小的迎角范围内阻力较小,适合高速航行;在水面航行时,展开的水翼增大了航行器的升力、减小了阻力;通过改变外形航行器能够满足在水下、水面的航行要求,其外形设计及两栖航行性能还有较大的优化空间。     

SiC/Ni复合材料的超塑性

对电沉积SiC/Ni复合材料进行了低温超塑性拉伸实验,结果发现:平均晶粒尺寸为200nm的SiC/Ni复合材料在温度430℃初始应变速率为8.33 ×10-4s-1的变形条件下,获得最大延伸率571.2%,应变速率敏感指数为0.32.利用扫描电镜对断口形貌及变形后试样的组织进行的观察表明:断裂模式主要是沿晶断裂;晶粒有不同程度的长大,晶粒的长大速率的不同形成了变形后大小晶粒的混合组织,且沿拉伸方向拉长.应力-应变关系曲线表明:应力随着应变的增大而增大,增加到峰值后开始减小,材料进入准稳定变形阶段,实现大变形.SiC的加入增加了基体组织的稳定性,有利于材料超塑性的实现.超塑变形机理为晶界滑移和位错滑移塑性.     

摩擦型螺栓连接冲击载荷传递特性试验

为了研究接触、摩擦和预紧力等非线性因素对摩擦型螺栓连接动态载荷传递特性的影响，利用空气炮装置发射钛合金 圆柱弹、钢球和冰球，开展了高速冲击试验，获得了冲击响应曲线。试验结果表明：金属弹体的撞击不能忽略弹体本身结构变形带 来的影响，相较圆柱弹，球形弹冲击产生的冲击载荷峰值小，载荷传递率大；金属弹体撞击产生的冲击载荷波形杂乱且变化剧烈， 螺栓连接的摩擦滑移导致的能量耗散使载荷传递率小于1，冰球撞击的载荷波形变化平缓，结合面的摩擦等非线性因素对载荷传 递的影响较金属弹体冲击的情况小；加大拧紧力矩、增大结合面粗糙度会导致冲击刚度增大，冲击刚度基本不受外激励影响；减小 拧紧力矩、结合面越光滑、加大冰球冲击能量会使载荷传递率降低；载荷传递率和损耗因子呈线性关系，当损耗因子小于0.59时， 结合面处的摩擦耗散将使载荷传递率小于1。     

孪晶界对α铁力学性能影响的模拟研究

采用分子动力学方法研究在单轴拉伸载荷下孪晶界间距和孪晶界与拉伸载荷角度对纳米孪晶铁力学行为的影响。结果表明:纳米孪晶铁的屈服强度随着孪晶界间距的增大而增大,呈现反常的Hall-Petch关系;单晶铁中出现变形孪晶,此时其塑性变形以变形孪晶为主;弹性模量随孪晶界间距增大有轻微的增大;拉伸载荷与孪晶界不垂直时,屈服应力降低,变形方式则以去孪晶为主。     

2219铝合金热变形行为对精密旋压成形的影响

采用Gleeble-3500热力模拟试验机对2219铝合金进行物理模拟。通过应力-应变曲线和金相组织观察研究了2219铝合金的高温塑性流变行为及其对合金旋压变形的影响。结果显示:2219铝合金在高温塑性变形过程中的流变应力主要受变形温度和应变速率的影响,变形量对其影响不明显;随着变形温度的提高或应变速率的降低,应力-应变曲线中的峰值应力和稳态流变应力均呈现下降的趋势。另外,采用"Gleeble"物理模拟+工艺试验的研制路线有助于实现2219铝合金大型结构件旋压成形的"控形",基于热模拟结果设计特征旋压温度(300～350℃)、进给比(0.6～1.5 mm/r)、变形量(30%)对2219铝板进行旋压变形,可获得内、外表面质量均良好的大型铝合金壳体,其壁厚差0.2 mm,且壳体内型面与理论型面样板单边间隙0.1 mm。     

含孔复合材料圆柱壳冲击破坏试验与有限元分析

 为了揭示轴向压缩载荷与径向冲击载荷共同作用下复合材料壳体开孔处裂纹的产生机理,开展了含圆孔复合材料圆柱壳冲击试验,并对冲击试验进行了有限元仿真分析。提出复杂冲击载荷作用下的动态响应分析方法,运用LS-DYNA对冲击载荷作用下含圆孔复合材料圆柱壳动态响应过程进行了模拟,采用含刚度退化的Chang-Chang失效准则预测复合材料圆柱壳破坏过程,得到的冲击加速度响应曲线及破坏区域与试验结果一致,验证了本文方法的正确性。对有限元模型进行动力学及静力学破坏分析,结果表明,径向冲击引起的环向拉应力是圆孔边缘破坏区域90°铺层纤维断裂与基体开裂的主要原因,而拉应力只引起0°铺层基体开裂。由破坏起始分析可知,将复合材料圆柱壳90°铺层含量由20%提高至50%,可使结构承载能力增加56%。     

固体火箭发动机柔性接头的结构分析

为了进行固体火箭发动机柔性接头结构分析，建立了三维超弹结构有限元模型，用单轴拉伸与简单剪切橡胶材料试验数据，采用三阶橡胶本构模型，载荷跟随变形的方式处理驱动载荷方向的变化，给出了典型载荷状态下的计算结果。获得了柔性接头应力应变分布，随着容压增大，弹性件径向拉应力的区域迅速减少，获得相同转角的驱动载荷将会减小，该现象与试验结果吻合较好。     

金属橡胶冲击隔振系统试验

金属橡胶抗冲击隔振器利用干摩擦和弹性变形消耗冲击能量,实现缓冲减振的目的.针对某飞行器抗冲击隔振的需求,设计了金属橡胶抗冲击隔振器,并进行了冲击试验,结果表明最大加速度响应和冲击隔离系数随着冲击时间增加而加大,同时冲击隔离系数受冲击载荷的大小影响.在冲击载荷较小时冲击隔离系数随冲击载荷增加而减小,超过一定范围后,冲击隔离系数随着冲击载荷的增加而加大.      

金属橡胶冲击隔振系统试验研究

金属橡胶抗冲击隔振器利用干摩擦和弹性变形消耗冲击能量,实现缓冲减振的目的。本文针对某飞行器抗冲击隔振的需求,设计了金属橡胶抗冲击隔振器,并进行了冲击试验,结果表明最大加速度响应和冲击隔离系数随着冲击时间增加而加大,同时冲击隔离系数受冲击载荷的大小影响。在冲击载荷较小时冲击隔离系数随冲击载荷增加而减小,超过一定范围后,冲击隔离系数随着冲击载荷的增加而加大。     

振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能影响

为了研究振动载荷对定应变HTPB推进剂力学性能的影响,通过60℃和70℃温度下HTPB推进剂10%定应变振动试验,采用单向拉伸法和扫描电镜观测法,对定应变HTPB推进剂在振动载荷作用下的宏观力学性能变化规律和细观损伤模式进行了研究。结果表明:定应变状态下振动载荷的作用使HTPB推进剂的抗拉强度减小(最大值超过5%),最大延伸率增大(最大值超过15%);老化初期振动载荷对高氯酸铵(AP)颗粒脱湿发展影响较小,当定应变状态下推进剂中的AP颗粒脱湿到一定程度时,振动载荷的作用会促进AP颗粒脱湿,降低固体颗粒的模量增强作用。     

B93铝合金热加工特性模拟研究

在Gleeble1500热模拟机上采用轴对称等温压缩实验,研究了B93铝合金在热加工中变形温度和应变速率对合金组织的影响,基于动态模型计算出B93铝合金加工图,分析合金热加工的流变失稳区并确定了合金热加工的最佳工艺参数。结果表明:变形速率和变形温度对B93铝合金的微观组织有影响;合金的峰值应力随变形温度的升高而降低,随变形速率的提高而增大;B93铝合金最佳的热加工制度为:变形温度420℃左右,应变速率0.001 s-1。     

泡沫铝填充薄壁管复合结构压缩与吸能性能

采用填加造孔剂法制备泡沫铝,将其填充入6061铝合金薄壁管中制备填充复合结构,通过准静态压缩实验研究填充间隙、黏结方式以及薄壁管的壁厚等参数对泡沫铝填充管力学和吸能性能的影响,确定最佳制备参数。通过准静态压缩实验和落锤冲击实验,研究在不同应变率下单一与复合结构的力学和吸能性能特点。结果表明:在准静态压缩实验中,当应变为60%,泡沫铝填充管的吸能量是泡沫铝与薄壁管二者数值加和的122%;在冲击实验中,和单一结构相比,复合结构的冲击载荷更加稳定,且具有更高的平均冲击载荷,吸能能力更强;相对于单独的泡沫铝,泡沫填充薄壁管在压缩和冲击吸能方面均有较大的提升。     

损伤对平纹编织陶瓷基复合材料梁振动特性影响的试验研究

为研究平纹编织陶瓷基复合材料（CMCs）梁受损伤影响的非线性振动特性,本文分别开展了拉伸试验和振动试验。拉伸试验用于获得平纹编织CMCs受损伤影响的变刚度行为,多次正弦扫频试验用于获得振动载荷下平纹编织CMCs梁受损伤影响的非线性行为。拉伸试验得到的非线性应力-应变曲线表明材料受损伤影响变刚度行为明显。梁初始固有频率的试验值与理论值相比,相对误差小于1%。振动试验结果从两方面表明了损伤对梁振动特性的影响。一是模态参数的变化,固有频率从初始值（256.44Hz）不断减小,阻尼比呈现增大趋势,而共振位移幅值受固有频率和阻尼比的耦合作用发生非线性且非单调变化。固有频率的变化造成位移幅频特性曲线的左移现象。二是位移幅频特性曲线的多峰现象,在多处载荷频率下产生了位移峰值点。本文的试验结果可用于指导平纹编织CMCs结构动力学计算理论模型的建立。     

粉末冶金TiAl合金的热变形行为研究

在Gleeble-3500热模拟试验机上对粉末冶金TiAl合金进行热压缩试验,变形温度为1050~1200℃,,应变率0.001~0.1 s-1,工程应变量为50%,研究其在高温压缩变形中的流变应力行为。研究结果表明:在实验范围内,粉末冶金TiAl合金在热压缩变形过程中发生了明显的动态再结晶,其流变应力随应变速率的增大而增大,随变形温度的升高而降低;粉末冶金TiAl合金热压缩变形过程的流变行为可用包含Arrhenius项的Zener-Hollomon参数来描述,所获得的峰值应力表达式为:σ=90.91ln{(Z/1.68×1016)1/2.06+[(Z/1.68×1016)2/2.06+1]1/2},其变形激活能为477.56kJ/mol,经验算该方程可以较好地描述该合金的变形特点。