收藏本站
《中国科学技术大学》 2007年
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

典型爆炸载荷下柱壳结构的冲击响应和破坏研究

范书群  
【摘要】: 现在工业和军事技术的发展要求材料和结构经常处于爆炸、冲击等极端环境下。材料和结构的动态力学性能研究不仅在国民经济中,更在军事技术中有着重要的意义和价值。现代技术的复杂性使得人们不能单纯依赖经验和实验技术来指导设计工作。爆炸力学的基本理论、实验技术和各种数值算法的结合,为人们提供了一种高效、低廉和重复性好的手段,增强了人们对事物本质的认识,因而数值模拟越来越受到人们的重视。柱壳结构是常规武器的主要结构形式,经常会受到爆炸和冲击载荷作用,因此研究柱壳结构在爆炸和冲击载荷下的材料力学响应对于改善弹体设计、增强导弹威力、提高导弹存活率具有重要的指导意义。本文以弹塑性本构理论为基础,以多种数值算法为手段,对柱壳结构在爆炸模拟的强脉冲X光辐射和内部爆炸两种典型载荷作用下的动态力学响应和破坏及相关内容进行了系统的研究。其主要内容和成果包括以下几个方面: 论文的第一部分是热粘塑性本构关系的研究。讨论了冲击波作用下材料体模量和材料温度的变化,运用波动理论、守恒条件和热力学定律给出新的体积模量表达式和温升表示式;对国内外各类高速冲击动力学软件中常采用的“半径回归法”做了严格理论证明,讨论了其适用性和局限性,在此基础上,从修正的Drucker公设出发,建立含损伤弹塑性本构关系的理论框架和普适形式,所得到的本构关系可以包含各种内变量的软硬化行为、应变率效应、损伤和温度效应等,并同时适用于稳定和不稳定材料。对具有一定屈服形式的本构方程给出更为精确的迭代算法并给出计算流程。 论文第二部分研究柱壳结构在强脉冲X光辐照作用下的动态响应。根据冲量等效性原则,以炸药爆炸产生的脉冲载荷来模拟X光引起的汽化反冲载荷。首先用爆轰理论和波动理论解析地给出炸药爆轰固壁反射产生的压力时程曲线和冲量与炸药厚度的关系,然后分别用一维有限差分和有限元方法对爆轰条件下炸药与平板和柱壳在有缓冲层情况下的波动过程进行了数值模拟,给出详细的计算流程,得到炸药、缓冲层厚度与压力和冲量的关系以及材料参数对结果的影响,最后用有限元软件LS-DYNA模拟实验条件下片炸药对柱壳的作用,比较了离散排布、连续排布和标准余弦载荷作用下冲量分布形式和材料结构响应,为模拟余弦载荷的加载实验提供了依据。 论文第三部分是用遗传算法对在柱壳外表面产生余弦脉冲载荷的柔爆索即MDF(Mild detonating fuse)布局进行优化。首先介绍了MDF爆炸产生冲量的原理,在此基础上根据MDF微粒互不干涉和撞击靶面后垂直速度为零的假设基础上,得到MDF在平面靶和柱面靶上作用的冲量载荷表达式并采用Gurney公式获得MDF爆炸后产生的微粒速度;对遗传算法进行了简要介绍并给出流程并结合优化实例,较详细地介绍了遗传算法流程中参数集的确定、编码解码方法、群体初始化、群体评价、遗传操作(复制、交叉、变异)和中止条件等步骤;对MDF加载实验设备和测试方法进行了简要说明并用遗传算法对MDF的位置进行优化设计,给出MDF的位置坐标;将实验测试数据与标准余弦进行比较,较好地符合余弦分布,但是在幅值上需要做一定的修正。结果表明,遗传算法对MDF模拟余弦冲量的布局进行了较好的优化。 论文第四部分研究柱壳在内部爆炸载荷作用下的冲击响应和破坏。这一部分又分了两小部分,第一部分将问题简化成一维问题,采用一种计及三轴因子的损伤模型,以本构关系的内变量理论为基础的热塑性本构关系的普适显式表达式,得到了改进的Johnson-Cook本构模型的增量形式,计及温度和损伤对材料塑性变形发展的耦合作用,给出完备的计算方程组,用Lagrange显式差分的方法对桩壳在内部爆炸载荷下的变形和破坏进行了一维数值模拟,并用能量守恒和概率统计的方法对碎片的分布进行论述,结合实例给出柱壳内爆载荷下柱壳内部应力、损伤、温度等的变化规律以及破坏后的碎片分布。第二部分采用LS-DYNA接口技术,结合弹塑性本构理论和相应的算法,将GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)材料本构模型嵌入到LS-DYNA中,将模型简化为二维轴对称问题,数值模拟了柱壳在内部滑移爆轰作用下的变形和破坏的过程,给出了材料内部的应力、温度、损伤的时程曲线。对弹壳的变形和破坏规律预测提供了科学依据。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:O347.3

【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杨风威;李海波;刘亚群;夏祥;郝亚飞;牛磊;;台山核电站边坡爆破振动监测及数值模拟研究[J];岩土力学;2011年S2期
2 么艳超;;秦皇岛洋河-戴河平原区海水入侵数值模拟[J];科技资讯;2011年16期
3 黄智勇;罗锋;施慧玮;王煊军;;贮库内偏二甲肼蒸发扩散数值模拟[J];科技导报;2011年24期
4 夏松林;刘宏伟;韩立军;黄仲昊;;反应装甲干扰射流过程数值模拟[J];弹箭与制导学报;2011年03期
5 雷文星;赵君官;陈冬梅;刘振;赵书超;张玲娜;高希;;杆式聚能侵彻体的数值模拟[J];科技信息;2011年22期
6 康丽平;;多出水口蓄水池的三维数值模拟[J];水利水电技术;2011年07期
7 李春成;;三维宽顶堰紊流场数值模拟与分析[J];东北水利水电;2011年07期
8 王建;张志雁;万连宾;牧振伟;;基于VOF模型的泄槽内掺气槽的三维流场数值模拟[J];水利水电技术;2011年06期
9 夏文梅;慕熙昱;徐琪;徐芬;;一次阵风锋过程的数值模拟与分析[J];高原气象;2011年04期
10 方栋梁;彭利;;八面河油田面19-6井区热采开发合理井距研究[J];内江科技;2011年09期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 李裕春;刘强;毛益明;沈蔚;范磊;;浅层水中冲击波作用下混凝土墩的动态响应分析[A];第七届全国工程结构安全防护学术会议论文集[C];2009年
2 金晶;吴新跃;;舰用橡胶隔振器抗冲击分析及模型简化研究[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(上册)[C];2009年
3 王元书;朱建士;胡晓棉;;爆轰及材料动态响应的数值模拟[A];第八届全国爆炸力学学术会议论文集[C];2007年
4 郑津洋;徐平;傅强;胡永乐;;爆炸容器研究进展和新结构探讨[A];第二届全国爆炸力学实验技术交流会论文集[C];2002年
5 熊益波;陈剑杰;胡永乐;;混凝土Johnson-Holmquist本构模型灵敏参数的初步确认[A];第九届全国冲击动力学学术会议论文集(下册)[C];2009年
6 林祥;尹宝树;杨德周;;波浪在波流相互作用中对底应力及流速的影响研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
7 陈可锋;季小强;李鑫;;海平面上升对江苏沿海潮波影响研究[A];第十四届中国海洋(岸)工程学术讨论会论文集(上册)[C];2009年
8 杨欣;程文;川端信义;;公路隧道火灾热气流运动规律的研究[A];中国环境科学学会2009年学术年会论文集(第四卷)[C];2009年
9 裴文兵;;激光驱动惯性约束聚变数值模拟研究进展及其相关的原子物理过程[A];第十五届全国原子与分子物理学术会议论文摘要集[C];2009年
10 姜清辉;罗先启;丰定祥;;水压爆破冲击波荷载作用下梁的动态响应[A];新世纪岩石力学与工程的开拓和发展——中国岩石力学与工程学会第六次学术大会论文集[C];2000年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 通讯员 朱江 冯明农;风能项目组研讨数值模拟产品共享[N];中国气象报;2010年
2 本报记者 赵亚辉;探寻“大气”的奥秘[N];人民日报;2005年
3 张晓健;二重大型铸锻件数值模拟国家工程实验室获批[N];中国冶金报;2007年
4 向杰 实习生:孙馨;在计算机上模拟大气和海洋运动[N];科技日报;2005年
5 本报记者 吴楠 通讯员 许家帅;数值模拟预测工程效果指导工程建设[N];中国交通报;2008年
6 上海交通大学 潘健生;材料热处理过程的数值模拟[N];科技日报;2002年
7 杨雄飞;炼钢与环境技术的研究方法[N];世界金属导报;2007年
8 付冰赵辉;油藏数值模拟技术成为“常规武器”[N];中国石油报;2007年
9 ;堤基管涌机理和防治关键问题研究为堤防提供科学参考[N];中国水利报;2008年
10 本报记者杨靖;使命的召唤[N];科技日报;2002年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 孙喜新;济阳坳陷馆陶组构造特征及成藏模式研究[D];中国科学院研究生院(广州地球化学研究所);2005年
2 严春吉;液体射流分裂雾化机理及内燃机缸内工作过程的模拟[D];大连海事大学;2005年
3 何志伟;复合期权与路径相关期权定价理论模型、数值模拟及应用研究[D];华中科技大学;2005年
4 郭永红;超细粉再燃低NO_x燃烧技术的数值模拟与实验研究[D];华北电力大学(北京);2006年
5 胡国权;淮河试验时期的能量与水份循环研究[D];中国气象科学研究院;2001年
6 吴一红;管阵流体弹性不稳定性研究及流体诱发振动数值模拟[D];清华大学;1991年
7 陈黎明;电弧加热发动机的设计与研究[D];清华大学;2002年
8 肖金花;波纹管传热强化及其轴向承载能力研究[D];北京化工大学;2006年
9 周素云;激光等离子体中有着自生磁场的密度通道的分析研究[D];南昌大学;2007年
10 武文斌;金属板件等离子体弧柔性成形技术的基础研究[D];大连理工大学;2008年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张渤涛;复杂形状汽车覆盖件成形过程数值仿真模式的研究[D];山东大学;2005年
2 孙明新;起重机臂架受力状态模拟[D];山东大学;2005年
3 邱田金;日照港岚山港区30万吨原油码头工程潮流数值模拟及泥沙淤积分析[D];中国海洋大学;2005年
4 张皓光;轴向间隙引气对多级轴流压气机性能及流场影响的数值模拟[D];西北工业大学;2006年
5 李建平;超燃冲压发动机尾喷管设计及性能研究[D];西北工业大学;2006年
6 刘冰;高强混凝土试验及破坏过程模拟[D];河海大学;2006年
7 张敬芝;铝合金铁型覆砂铸造技术研究及其数值模拟[D];昆明理工大学;2006年
8 李晓娟;土体隧道围岩稳定性分析与研究[D];吉林大学;2006年
9 黄国联;竹节形扰流柱对换热效果的影响[D];南京航空航天大学;2007年
10 凌芳;开口圆形液池内热毛细对流及其失稳机理分析[D];重庆大学;2007年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62791813
  • 010-62985026