摘要：颗粒金属材料的宏观力学性能与其细观特性密切相关,金属粉末的冲击压缩问题有待深入研究。选用实验结果较为丰富的铜粉末作为研究对象,基于多颗粒有限元法建立了颗粒金属材料的二维数值分析模型,研究了铜粉末在冲击压缩下的力学行为。数值计算结果表明,在较高速度冲击下颗粒金属材料呈现出高度局部化的变形带,变形带如同冲击波一样从冲击端向支撑端传播。利用速度场计算方法,计算得到了塑性冲击波波阵面的位置,进而获得了不同孔隙率(0.25~0.60)铜粉末的粒子速度与冲击波波速之间的 Hugoniot 关系,其在较高冲击速度(200~300 m/s)下与实验结果吻合较好。发展了以动态锁定应变为唯一参数的冲击波模型,较好地表征了铜粉末在较高速度冲击下的 Hugoniot 关系和波后应力。

摘要：汽车的座椅横梁在碰撞事故中起着保障乘客生存空间的重要作用,对其进行填充优化设计可以有效地提高车辆的安全性能。基于泡沫铝材料高比吸能与轻质的特点,设计了三组泡沫铝与薄壁钢管组成的复合结构,将其填充到汽车的座椅横梁中。通过对座椅横梁填充结构三点弯曲与轴向压缩的有限元模拟,研究了其抗弯曲与抗压缩性能,并对填充方案进行了优化。结果表明,填充座椅横梁的承弯和轴压承载性能相较于原件分别提升了193.6%和241.4%,并通过模拟车辆侧面碰撞证明了填充座椅横梁提高车辆耐撞性能的有效性。

摘要：为探究压装炸药PBX-A在较强约束条件下、在药柱一端使用点火药引燃后能否发生燃烧转爆轰,在传统DDT管的基础上重新设计了特定位置约束增强的厚壁钢柱壳管实验装置,利用多路PDV诊断技术,配套高速摄影记录对点火药引燃炸药实验过程中的柱壳膨胀、断裂特性等实验现象进行了全过程连续监测。对比由爆轰驱动的相同装药条件下实验现象及对应过程物理状态的区别,发现:爆轰实验和点火实验的总反应时间历程存在数量级的差别;柱壳上各个测点速度历程反映出装置内部炸药反应引起的压力增长历程特征,以及炸药反应的传播过程均存在明显差异。分析表明,在较强约束条件下,典型压装炸药PBX-A在一端使用点火药引燃后的反应行为实际是以高温、高压反应产物沿装药缝隙对流,炸药表面的层流燃烧及其伴随的结构响应行为为主要表现形态;从反应压力水平及其增长的时间历程来看,炸药基体中没有形成冲击波,因而无法实现从冲击到爆轰的转变。

摘要：多胞材料可通过大变形大量地吸收冲击能量,引入密度梯度可进一步提高其耐撞性。梯度多胞材料的宏观力学响应对材料密度分布极为敏感,不同类型的细观构型的影响也极为不同。已有的研究工作主要局限在对给定的密度梯度分析其动态响应,较少对耐撞性设计方法进行研究。本文针对梯度闭孔泡沫金属材料,基于非线性塑性冲击波模型发展了耐撞性反向设计方法,以维持冲击物受载恒定为目标,运用级数法获得了简化模型和渐近解。利用变胞元尺寸法构建了连续梯度变化的三维Voronoi细观有限元模型,并利用ABAQUS/Explicit有限元软件对理论设计进行数值验证。结果表明,反向设计理论简化模型的渐近解对于梯度闭孔泡沫金属材料的耐撞性设计是有效的,所提出的耐撞性设计方法在控制冲击吸能过程和冲击物受载方面具有指导意义。

摘要：强冲击下金属材料的动力学过程及其内在的机理分析一直是冲击物理的前沿,无论是在国家基础工程还是尖端武器研制中都具有重要的意义与价值。结合课题组的相关工作,综述了国内外冲击物理领域对金属材料在强冲击作用下动态损伤和破坏行为及其机理等问题的研究进展,重点讨论了金属材料内部及表界面微观结构对损伤破坏机制的影响,介绍了复杂加载条件下材料行为研究的机遇与挑战,并展望了下一步研究工作的重点。

摘要：为了了解近等原子比NiTi合金在高压高应变率下的动态变形行为和微结构演化特性及机制,采用实验和分子动力学模拟方法,开展了NiTi冲击压缩和冲击加-卸载拉伸研究。在实验方面,基于大电流脉冲功率CQ-4装置,利用电磁驱动高速飞片,结合动量陷阱和软回收实验技术,开展了冲击压缩与冲击加-卸载拉伸作用下Ni_(52)Ti_(48)合金的动态变形特性研究,借助X射线衍射和电子背散射衍射显微技术,对回收Ni_(52)Ti_(48)合金样品进行微结构特征观察和分析。结果表明,Ni_(52)Ti_(48)在冲击压缩和拉伸下都没有发生马氏体相变,主要变形方式为位错滑移等塑性变形。在分子动力学数值模拟方面,计算结果很好地反映了实验观察到的微结构特征,计算得到的不同初始环境温度和不同冲击速度下Ni_(52)Ti_(48)合金的层裂强度表现出明显的卸载拉伸应变率效应。相关工作加深了对Ni_(52)Ti_(48)合金在高压高应变率下变形行为的理解和认识,为其在极端环境下的安全服役提供了参考。

摘要：以185/75R14电动汽车半钢子午线轮胎为研究对象,分别建立含纵沟花纹和含复杂花纹轮胎的有限元模型。利用磨耗后处理法的数值求解策略,研究在制动工况下滑移率对轮胎胎面磨耗行为的影响。结果表明,在相同的行驶速度下,制动轮胎胎面的磨耗速率随着滑移率的增大而剧烈增大,含复杂花纹轮胎胎面出现了纵向和侧向的不均匀磨耗,其胎面的磨耗速率明显大于含纵沟花纹轮胎胎面。