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多层级曲梁多稳态超材料的可重用性研究 被引量：1
1
作者 靳明珠 侯秀慧 +1 位作者 赵文皓 邓子辰 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3227-3242,共16页
多稳态超材料凭借其出色的力学性能而广受关注和应用.然而,现有研究主要集中在单曲梁结构,对于由多层级曲梁单胞构建的复杂拓扑结构的可重复吸能特性缺乏深入探讨.此外,与传统材料相比,多稳态超材料在循环加载下的疲劳性能也鲜有研究.... 多稳态超材料凭借其出色的力学性能而广受关注和应用.然而,现有研究主要集中在单曲梁结构,对于由多层级曲梁单胞构建的复杂拓扑结构的可重复吸能特性缺乏深入探讨.此外,与传统材料相比,多稳态超材料在循环加载下的疲劳性能也鲜有研究.文章以两端固支直梁一阶屈曲模态为初始构型构造曲梁单胞,并通过3D打印技术制备双材料双稳态单元.进而建立多层级曲梁结构,并给出预测多层级曲梁正则化的力和势能随位移变化的5次、6次多项式经验公式,相比于以往3次、4次多项式结果更为准确.以双曲梁单胞为基本单元,通过中心旋转的方式设计三维点状多稳态超材料,研究其稳态性能和力学特性.并通过参数化分析研究单元几何参数和模块化拓扑构型对结构力学响应的影响,最后通过疲劳实验验证了该类多稳态超材料的疲劳寿命.该结构能够在小变形和大变形范围内实现正负刚度的转变,同时变形是弹性稳定的,即杨氏模量基本保持不变,且具有多稳态和可重复吸能特性.随着双曲梁几何参数Q(高厚比)的增大,其有效压溃距离和能量吸收效率随之增加.提出的设计策略为制造多稳态多步可逆变形的力学超材料开辟了新路径,并为设计材料-结构-功能一体化的工程材料提供了一种新思路. 展开更多
关键词 多层级曲梁 多稳态超材料 屈曲阶跃 可重用性 能量吸收
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冯·卡门涡旋流动系统中各向异性的实验研究
2
作者 王封 张亿宝 郗恒东 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期11-20,共10页
利用Tomo–PIV测量了冯·卡门涡旋流动系统中心区域的三维速度信息,通过2种方法计算得到的速度二阶结构函数,分析了该系统中流动的各向异性特性。实验结果表明:冯·卡门涡旋流动系统中心区域的流动均匀性较好,但均方根速度的不... 利用Tomo–PIV测量了冯·卡门涡旋流动系统中心区域的三维速度信息,通过2种方法计算得到的速度二阶结构函数,分析了该系统中流动的各向异性特性。实验结果表明:冯·卡门涡旋流动系统中心区域的流动均匀性较好,但均方根速度的不同分量间呈现出显著的各向异性,水平分量与竖直分量比值约为1.5。通过2种方法计算得到的速度二阶结构函数结果相近,并给出:经过各个方向分量平均后的速度二阶结构函数各向同性度较高;但其在尺度空间中的分布呈现“水平面内各向同性度高,竖直平面内存在一定各向异性”的特性,且随着尺度的减小,此各向异性会逐渐减弱并接近各向同性。该研究为认识湍流流动以及冯·卡门涡旋流动系统提供了基础理解和分析方法。 展开更多
关键词 冯·卡门涡旋流动系统 各向异性 速度结构函数 层析粒子图像测速技术
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基于气体动理学方法的HTV-2高超声速定常绕流数值模拟
3
作者 贾朕恒 张庆典 卓丛山 《上海航天(中英文)》 2025年第2期203-212,共10页
为了探究和验证气体动理学方法在处理高超声速飞行器的准确性、鲁棒性和计算效率,采用统一气体动理学格式和基于SU2开源平台开发的气体动理学无黏通量(KIF)格式(SU2-KIF),针对来流马赫数Ma=6~12、飞行高度H=30~70 km以及飞行迎角5°... 为了探究和验证气体动理学方法在处理高超声速飞行器的准确性、鲁棒性和计算效率,采用统一气体动理学格式和基于SU2开源平台开发的气体动理学无黏通量(KIF)格式(SU2-KIF),针对来流马赫数Ma=6~12、飞行高度H=30~70 km以及飞行迎角5°~20°下,HTV-2典型高超声速飞行器的定常绕流开展了数值模拟工作,并对飞行器表面热流、压力的分布情况,以及气动力、力矩系数进行统计,分析了飞行器在飞行过程中的气动力和气动热变化情况。 展开更多
关键词 高超声速飞行器 统一气体动理学格式 气体动理学无黏通量(KIF) 气动特性分析
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爆炸冲击载荷下猪肺部的损伤特性
4
作者 张佃元 于晨 +3 位作者 郝文勇 李元 侯兵 索涛 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第12期124-134,共11页
为了深入研究爆炸冲击波作用下生物体肺部的力学响应和损伤特性,首先建立了猪胸部有限元模型,借助新研制的PVDF(polyvinylidene fluoride)柔性冲击波压力传感器测试了激波管试验中动物的体表压力,验证了有限元模型的准确性。然后,使用... 为了深入研究爆炸冲击波作用下生物体肺部的力学响应和损伤特性,首先建立了猪胸部有限元模型,借助新研制的PVDF(polyvinylidene fluoride)柔性冲击波压力传感器测试了激波管试验中动物的体表压力,验证了有限元模型的准确性。然后,使用已验证的模型开展了不同比例距离下猪肺部损伤特性研究,分析了在不同强度冲击波作用下肺部的损伤程度和损伤区域,并建立了胸肺部表皮压力峰值与肺损伤的关系。最后,通过开展爆炸试验,获得了不同比例距离下猪的肺部损伤情况和胸部表皮压力曲线,验证了所建立的胸肺部表皮压力峰值与肺损伤关系的正确性。 展开更多
关键词 动物有限元模型 爆炸冲击波 肺损伤 压力峰值
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多点起爆下鼓形战斗部的威力特性
5
作者 李豪凯 冯昱祥 +1 位作者 李元 索涛 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第3期38-49,共12页
为调控对地弹药破片杀伤威力场,研究了一种鼓形战斗部在静爆和动爆下的威力特性。采用数值模拟研究了端面中心单点、中心单点两种起爆方式下,鼓形战斗部相较于同口径圆柱形战斗部在静爆下的破片威力特性及动爆下对地面装甲车辆目标的毁... 为调控对地弹药破片杀伤威力场,研究了一种鼓形战斗部在静爆和动爆下的威力特性。采用数值模拟研究了端面中心单点、中心单点两种起爆方式下,鼓形战斗部相较于同口径圆柱形战斗部在静爆下的破片威力特性及动爆下对地面装甲车辆目标的毁伤面积。在此基础上,调整鼓形战斗部起爆方式为偏心两线同时起爆、偏心两线序贯起爆及偏心两线同时-序贯起爆,计算了不同偏心起爆下鼓形战斗部静爆时的破片速度、飞散角和动爆时对车辆目标的毁伤面积及有效破片落地动能分布。研究表明,相比于同口径的圆柱形战斗部结构,鼓形战斗部的破片飞散角增大了55.98%,对地面军用车辆的毁伤面积最大增大了59.3%;相对于偏心两线同时起爆,偏心两线同时-序贯起爆的鼓形战斗部破片飞散角增大了18.0%,破片飞散的离散程度提高了11.48%;相对于装药中心单点起爆,偏心两线序贯起爆下鼓形战斗部的毁伤面积受炸高影响较小,在落角50°、落速200 m/s、炸高为9 m时的毁伤面积达47.15 m^(2)。通过调整战斗部的结构和起爆方式,可有效增大破片的飞散角,增大破片对目标的覆盖面积,提高战斗部的毁伤效能。 展开更多
关键词 破片 多点起爆 毁伤面积 鼓形战斗部 威力特性
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瑞利-伯纳德热湍流中的多湍流态现象 被引量：2
6
作者 陈鑫 郗恒东 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第2期147-155,146,I0003,共11页
热湍流现象是自然界以及生产生活中很普遍的现象,它源于温差导致的密度差引起的自然对流。瑞利-伯纳德(Rayleigh-Bénard,RB)热湍流系统是从众多自然现象、工程实际中抽象出来的研究热湍流的经典流体力学模型系统。在过去的几十年间... 热湍流现象是自然界以及生产生活中很普遍的现象,它源于温差导致的密度差引起的自然对流。瑞利-伯纳德(Rayleigh-Bénard,RB)热湍流系统是从众多自然现象、工程实际中抽象出来的研究热湍流的经典流体力学模型系统。在过去的几十年间,瑞利-伯纳德热湍流系统被广泛用来研究湍流热输运、流动结构演化等特性。最近的研究发现即使在相同的控制参数下,RB热湍流系统中的大尺度流动存在不同的湍流态(结构),且不同的湍流态对应着不同的热输运效率。因此,理解不同的湍流态(结构)的产生机制有助于调控系统的热输运效率。本文就RB热湍流系统中的多湍流态现象,着重评述近年来的若干研究新进展,并对今后的研究工作进行展望。 展开更多
关键词 热湍流 湍流统计 流动结构 多湍流态 湍流输运
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双原子分子气体的定常隐式全流域多尺度算法
7
作者 钟诚文 陈健锋 +2 位作者 张瑞 卓丛山 刘沙 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期94-108,共15页
巨大的计算资源需求极大地阻碍了统一气体动理学格式的应用。采用宏观预估技术,基于Boltzmann-Rykov模型方程发展全流域适用的保守恒定常隐式算法,协同求解宏观方程和微观方程以加速收敛。在单元界面,通过模型方程特征差分解构造简单高... 巨大的计算资源需求极大地阻碍了统一气体动理学格式的应用。采用宏观预估技术,基于Boltzmann-Rykov模型方程发展全流域适用的保守恒定常隐式算法,协同求解宏观方程和微观方程以加速收敛。在单元界面,通过模型方程特征差分解构造简单高效的多尺度数值通量,并结合非均匀非结构速度空间和速度空间自适应技术进一步降低计算需求、提升计算效率。超声速和高超声速平板绕流和圆球绕流的数值结果验证了算法的准确性与高效性。结果表明,算法能够准确求解二维和三维双原子气体多尺度流动问题,且相比于显式离散统一气体动理学格式可加速一个量级。 展开更多
关键词 多尺度算法 隐式算法 稀薄气体 双原子气体
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定向战斗部毁伤效能评估 被引量：4
8
作者 李元 温玉全 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第S01期1-10,共10页
准确的毁伤效能评估能够更加全面地分析评估战斗部的威力,对战斗部的评估和优化具有重要指导意义。定向战斗部能够提高弹载装药的能量利用率,但是其毁伤效能评估并不完善。针对定向战斗部毁伤评估存在的关键难题建立柱坐标系下引信-战... 准确的毁伤效能评估能够更加全面地分析评估战斗部的威力,对战斗部的评估和优化具有重要指导意义。定向战斗部能够提高弹载装药的能量利用率,但是其毁伤效能评估并不完善。针对定向战斗部毁伤评估存在的关键难题建立柱坐标系下引信-战斗部配合模型,考虑弹体的滚转角因素,基于激光周向探测引信提出最佳起爆延时和最佳起爆方位计算方法,通过实验验证的数值模型提取威力场打击迹线数据,最终形成适用于定向战斗部的毁伤效能评估程序。利用该程序计算不同定向战斗部结构对某直升机目标的毁伤概率,结果表明:圆柱和棱柱两种战斗部对目标的毁伤概率都随着弹目距离的增大而减小,但是棱柱型战斗部减小幅度远小于圆柱战斗部;棱柱型战斗部在30 m弹目距离时对该直升机目标的毁伤概率仍然能达到0.538. 展开更多
关键词 定向战斗部 毁伤效能评估 最佳起爆延时 最佳起爆方位 棱柱型战斗部
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飞机典型结构累积毁伤效应及毁伤机理 被引量：1
9
作者 李元 刘延春 +2 位作者 王晓光 豆清波 索涛 《强度与环境》 CSCD 2023年第6期48-60,共13页
飞机在高速武器攻击下的生存力是至关重要的。这一仿真研究的主要目的就是研究某型飞机在未来空中可能遇到的武器威胁。通过模拟研究典型战斗部爆炸产生的冲击波和破片对飞机典型部位的高速冲击毁伤,得出一些有应用价值的结论。本研究... 飞机在高速武器攻击下的生存力是至关重要的。这一仿真研究的主要目的就是研究某型飞机在未来空中可能遇到的武器威胁。通过模拟研究典型战斗部爆炸产生的冲击波和破片对飞机典型部位的高速冲击毁伤,得出一些有应用价值的结论。本研究针对冲击波单独加载、先冲击波加载-后破片侵彻、先破片侵彻-后冲击波加载3种混合作用模式,分析不同作用模式对结构整体变形和局部破坏的影响规律,探明破片与冲击波混合作用下的典型结构累积毁伤效应。本研究基于FEM-SPH自适应耦合算法,建立了高拟真度飞机典型结构的数值毁伤模型,并开展试验对模型进行了有效性验证。数值仿真研究中,以某典型战斗部为背景,进行了球形破片杀伤元和不同爆炸比距离冲击波杀伤元下飞机典型结构损伤的对比;讨论了钛合金结构不同的损伤情况;最后分析了飞机结构典型毁伤模式、损伤转化条件以及损伤机理。结果表明:在高速破片和冲击波联合毁伤情况下,飞机结构战斗损伤与交会条件高度相关;在冲击波的预先加载下,金属结构出现大范围塑性变形区,后破片侵彻损伤形式多表现为剪切损伤和撕裂损伤。随着冲击波比距离增加,金属结构出现大范围撕裂分离现象。经过冲击波加载下的金属结构强度明显降低,破片剩余速度和剩余质量明显高于单独侵彻情况。而后加载的冲击波会对侵彻产生的破口毁伤形貌进行二次改变,出现边缘撕裂和裂纹拓展现象。本研究结论可为飞机防护性设计提供参考,为部队抢修演练战伤预置提供基本输入。 展开更多
关键词 飞机典型结构 破片 冲击波 联合毁伤 数值仿真
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