非均质物理双摆的混沌特性研究

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作者 孔令辉 刘丁杨 蹇开林 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期106-118,共13页

为了解决工程实际中材料质量不均匀分布对双摆系统运动的影响,在均质物理双摆模型的基础上,将摆的质心位置和摆的转动惯量提取为变量,建立非均质双摆模型。将非均质双摆系统由Hamilton系统近似为拟Hamilton系统,运用双自由度的Melnikov... 为了解决工程实际中材料质量不均匀分布对双摆系统运动的影响,在均质物理双摆模型的基础上,将摆的质心位置和摆的转动惯量提取为变量,建立非均质双摆模型。将非均质双摆系统由Hamilton系统近似为拟Hamilton系统,运用双自由度的Melnikov法,得到拟Hamilton系统存在Smale马蹄意义下混沌的能量阈值,以此作为Hamilton系统的混沌条件。利用最大Lyapunov指数图、分岔图、Poincaré截面图等数值方法验证混沌条件的正确性,并详细分析了各参数对系统运动状态的影响和作用机制。结果表明,非均质双摆的混沌阈值有较高复杂性,而且摆长、摆重、第一摆的质心位置同时影响着系统的能量与混沌阈值,解释了质心位置和转动惯量等参数发生变化时,系统在混沌和拟周期之间交替变换的原因。进一步研究了参数取值与Melnikov法适用性之间的关系,通过数值仿真分类讨论了Melnikov法不适用时的参数取值情况。 展开更多

关键词 非均质物理双摆 混沌 拟周期 Melnikov法

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电流辅助烧结Cu原子扩散激活能影响机理第一性原理计算与实验研究

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作者 赵博 张晓敏 +2 位作者 赵志鹏 吴琼 高鑫 《粉末冶金技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期563-572,共10页

从第一性原理计算与电流辅助烧结两方面出发,研究了外加电场对晶体Cu扩散激活能的影响规律。结果表明,外加电场和电流使Cu空位产生的难度降低,但是原子迁移能几乎不变,导致扩散激活能在达到电场强度(电流密度)阈值(2 V·Å^(‒1)(307.... 从第一性原理计算与电流辅助烧结两方面出发,研究了外加电场对晶体Cu扩散激活能的影响规律。结果表明,外加电场和电流使Cu空位产生的难度降低,但是原子迁移能几乎不变,导致扩散激活能在达到电场强度(电流密度)阈值(2 V·Å^(‒1)(307.1 A·cm^(‒2)))后略有下降,超过阈值后会剧烈下降,最终在电场强度(电流密度)达到5 V·Å^(‒1)(708.5 A·cm^(‒2))后,由于空位形成能逐渐下降到0,扩散激活能下降至临界值,扩散激活能临界值相比于阈值对应的扩散激活能降低了约60.2%。研究结果揭示扩散激活能在电场或电流作用下呈现出明显规律性的下降趋势,实验结果与第一性原理计算模拟结果呈现较好的正相关性。 展开更多

关键词 激活能 第一性原理 电流辅助烧结 快速致密化

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冰球和钨珠非正冲击下T800-CFRP层合板损伤特性的研究 被引量：1

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作者 尚晓壮 刘瑶璐 +3 位作者 冯晓伟 胡宁 谭晓军 胡艳辉 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期135-147,共13页

通过试验和仿真相结合的方法研究了T800碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在冰球和钨珠非正冲击作用下的损伤特性。首先开展了冰球和钨珠在给定工况下高速撞击T800-CFRP层合板试验,以此对仿真模型的有效性进行验证;然后讨论了T800-CFRP层... 通过试验和仿真相结合的方法研究了T800碳纤维增强复合材料(CFRP)层合板在冰球和钨珠非正冲击作用下的损伤特性。首先开展了冰球和钨珠在给定工况下高速撞击T800-CFRP层合板试验,以此对仿真模型的有效性进行验证;然后讨论了T800-CFRP层合板在两种冲击体以不同冲击能量与冲击角度作用下的损伤特性及其差异性。研究表明:钨珠在冲击能量较低时就能对层合板造成穿孔损伤,但随着冲击能量增大层合板的损伤程度呈下降趋势;冰球对层合板造成损伤的冲击能量阈值与钨珠的相比要高很多,且随着冲击能量的增加损伤程度明显加剧;钨珠在冲击角度为45°和60°时造成的损伤与正冲击的情况相比要更加严重,而冲击角度为30°时造成的损伤却小于正冲击的情况;冰球冲击时,层合板的损伤程度随冲击角度的增加而减小。该研究有助于深化对T800-CFRP层合板在冲击载荷作用下的损伤与破坏行为的认识,具有重要的科学意义和工程应用价值。 展开更多

关键词 T800碳纤维增强复合材料 冰球 钨珠 非正冲击 损伤特性

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3D打印铝合金力学性能的非线性超声检测

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作者 寇明权 刘瑶璐 +2 位作者 姜又强 宁慧铭 胡宁 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期71-81,共11页

为了研究非线性超声检测技术评估材料抗拉强度的可行性,对不同成型角度下的3D打印铝合金材料进行非线性超声检测和力学拉伸试验。结果表明材料的抗拉强度、微观缺陷比率和超声非线性系数三者之间有很强的相关性。随着材料微观缺陷比率增... 为了研究非线性超声检测技术评估材料抗拉强度的可行性,对不同成型角度下的3D打印铝合金材料进行非线性超声检测和力学拉伸试验。结果表明材料的抗拉强度、微观缺陷比率和超声非线性系数三者之间有很强的相关性。随着材料微观缺陷比率增大,超声非线性系数也随之增大,而抗拉强度呈现变小的趋势,因此超声非线性系数可以评价材料的强度。此外,对不同成型角度下的3D打印铝合金试件进行疲劳试验,发现疲劳加载后试件的超声非线性系数随着微裂纹萌生而增大。因此,非线性超声检测技术可用于3D打印铝合金材料力学性能的评估和微裂纹的检测。 展开更多

关键词 非线性超声 3D打印铝合金材料 材料拉伸强度 微裂纹

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基于S_(0)波的正交铺层复合材料板拉伸弹性模量的测量方法

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作者 王云林 刘瑶璐 胡宁 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期84-94,共11页

提出了一种基于兰姆波的正交铺层复合材料板弹性模量测量方法。正交铺设层合板相当于具有9个独立弹性常数的单层正交各向异性板。研究了正交各向异性板中S_(0)模态兰姆波(S_(0)波)群速度对9个工程弹性常数的敏感性。研究发现,在低频率... 提出了一种基于兰姆波的正交铺层复合材料板弹性模量测量方法。正交铺设层合板相当于具有9个独立弹性常数的单层正交各向异性板。研究了正交各向异性板中S_(0)模态兰姆波(S_(0)波)群速度对9个工程弹性常数的敏感性。研究发现,在低频率厚度积下,S_(0)波的群速度仅与正交各向异性板的拉伸弹性模量和面内泊松比有关。通过分析正交铺设层合板等效工程弹性常数的变化范围,发现正交铺设层合板的面内泊松比变化很小,足以忽略其对S_(0)波群速度的影响。因此,可以用S_(0)波的群速度来估计正交铺层复合材料板的拉伸弹性模量,并建立了S_(0)波群速度与拉伸弹性模量的映射关系。该方法已在碳纤维增强正交铺设层合板上进行了数值模拟和实验验证。数值模拟和传统的静态拉伸实验验证了该方法的有效性。结果表明,该方法得到的复合材料板拉伸弹性模量与实际值的误差小于10%,为航空航天等工业领域相关结构参数的测量提供了方便。 展开更多

关键词 正交铺层复合材料板 兰姆波 群速度 拉伸弹性模量

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功能梯度材料结构热力耦合概率分析方法 被引量：1

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作者 刘健 张琨 +2 位作者 李滕 辛健强 姚建尧 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第2期237-243,共7页

基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Ortho... 基于自洽平均微观力学W-T(Wakashima-Tsukamoto)模型和拉丁超立方抽样,建立一种功能梯度平板热力耦合概率分析方法。以材料物理属性和空间分布的不确定性随机参数作为概率分析的输入,以热应力作为输出,基于本征正交分解POD(Proper Orthogonal Decomposition)对热应力的随机时间历程进行变量减缩,进而构建Kriging代理模型。结果表明,陶瓷材料的热导率和热膨胀系数不确定性对结构的热响应有很大的影响;将POD方法用于热应力时间历程预测能显著提高Kriging代理模型的精度和效率;提出的概率分析方法能够同时考虑多种随机因素对功能梯度材料热响应的影响,并验证了该方法的准确性和有效性,为功能梯度材料及其结构的设计和灵敏度分析提供了参考。 展开更多

关键词 功能梯度材料 热响应 不确定性 概率分析 代理模型 降阶模型

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X80管线钢动态断裂分析的落锤撕裂实验与有限元模拟 被引量：1

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作者 任中俊 万玲 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2013年第6期809-814,948,共6页

已有的不同类型落锤撕裂实验数据表明,高钢级管线钢的单位断裂能和裂尖张开角依赖于断裂速度。本文进一步确定了其依赖关系是由断裂韧性而非试件几何差异所引起,并且定量分析了基于断裂准则所定义的断裂韧性与断裂速度之间的关系。利用... 已有的不同类型落锤撕裂实验数据表明,高钢级管线钢的单位断裂能和裂尖张开角依赖于断裂速度。本文进一步确定了其依赖关系是由断裂韧性而非试件几何差异所引起,并且定量分析了基于断裂准则所定义的断裂韧性与断裂速度之间的关系。利用所提出的黏结本构法则分别对X80管线钢标准试件和修正试件的落锤撕裂实验进行了三维有限元模拟,并将有限元结果与实验结果进行了对比。结果表明:有限元计算的加载曲线、断裂速度、裂尖张开角与对应的实验结果吻合较好,故本文提出的黏结本构法则能较好地应用于X80管线钢的动态断裂分析;标准试件的断裂韧性高于修正试件的断裂韧性,而标准试件的断裂速度则低于修正试件的断裂速度;七次有限元计算结果都表明断裂韧性随稳态断裂速度的增大而减小,且二者的关系可以由本文提出的自然指数函数进行描述。 展开更多

关键词 黏结区模型 落锤撕裂实验 断裂速度 裂尖张开角

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热塑性复合材料蜂窝夹芯板的低速冲击失效行为 被引量：7

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作者 彭世伟 陈立明 +3 位作者 刘后常 杜冰 陈保才 樊振华 《重庆大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期82-90,共9页

夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控... 夹芯结构具有优良的力学性能和多功能性,是一类良好的冲击防护材料。以编织玻璃纤维增强聚丙烯复合材料蜂窝夹芯板为研究对象,采用JSL-3000落锤式示波冲击试验机研究了其结构在低速冲击下的抗冲击特性。试验采用固支的边界条件,通过控制落锤下落高度实现不同冲击能量对结构低速冲击响应的影响;并在相同的冲击能量下,研究了蜂窝夹芯结构芯层高度和芯层层数对结构抗冲击性能的影响。利用ABAQUS有限元软件建立了蜂窝夹芯板的低速冲击模型与试验结果进行对比,通过对获得的载荷时间曲线和结构失效模式的分析,发现结构的损伤以上面板的凹陷和芯层的压溃为主,在面板未发生穿透的情况下结构会发生大幅度回弹。 展开更多

关键词 热塑性复合材料 低速冲击 蜂窝夹芯板 有限元模型

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圆锥形负刚度超材料吸能性能研究 被引量：3

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作者 王竞哲 陈保才 +1 位作者 朱绍伟 陈立明 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2023年第10期1172-1179,共8页

由于负刚度超材料作为吸能材料具有可重复使用的特性,因此有必要对负刚度超材料的吸能性能和可重复使用性能进行深入研究.采用3D打印技术制备了所设计的负刚度超材料,通过反复加载实验研究了超材料在多稳态模式和单稳态模式下的吸能性能... 由于负刚度超材料作为吸能材料具有可重复使用的特性,因此有必要对负刚度超材料的吸能性能和可重复使用性能进行深入研究.采用3D打印技术制备了所设计的负刚度超材料,通过反复加载实验研究了超材料在多稳态模式和单稳态模式下的吸能性能,并采用自然时效的方法研究了残余应力对超材料吸能性能的影响.结果表明,所设计超材料在反复加载时,随加载次数的增加,超材料的比吸能先下降后趋于稳定.在多稳态模式和单稳态模式下,采用自然时效方法都可以有效释放超材料中的残余应力,从而提高其反复吸能性能. 展开更多

关键词 负刚度 超材料 能量吸收

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含椭球夹杂体的异质结构全空间弹性场

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作者 何君雄 叶伟 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期82-93,共12页

异质结构半导体材料通常比均质半导体材料具有更优异的性能,但嵌入的夹杂体因晶格失配或热膨胀而产生的本征应变会对材料整体性能产生严重的影响。因此有必要对非均质夹杂体对异质结构的全空间弹性场的影响进行研究。根据Eshelby经典夹... 异质结构半导体材料通常比均质半导体材料具有更优异的性能,但嵌入的夹杂体因晶格失配或热膨胀而产生的本征应变会对材料整体性能产生严重的影响。因此有必要对非均质夹杂体对异质结构的全空间弹性场的影响进行研究。根据Eshelby经典夹杂理论,综合考虑实际半导体材料的各向异性和非均质性,基于等效夹杂法和格林函数法建立了含椭球夹杂体的异质结构解析模型。为求解该模型,通过傅里叶变换和逆变换推导格林函数及其导数在实空间的精确数值积分,从而得到全空间弹性场的数值积分表达式,并与文献和有限元结果对比验证了模型的正确性并说明了材料各向异性假设的必要性。利用所建模型重点分析了非均质夹杂体的形状和材料参数对全空间应变场的影响。结果表明,非均质夹杂体的形状变化会使内部弹性场由平面应力状态转变为平面应变状态,且影响界面附近的应变大小和衰减程度。本征应变仅包含正应变分量时,最终弹性场不随具有正交或更高对称性晶体结构的夹杂体剪切弹性常数变化,而只和拉伸弹性常数有关,且整体变化趋势与夹杂体的拉压弹性常数变化趋势一致。 展开更多

关键词 椭球夹杂 各向异性 本征应变 弹性场 格林函数

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智能结构振动主动控制的刚性有限元法(英文) 被引量：2

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作者 古滨 蹇开林 《机床与液压》 北大核心 2013年第18期83-87,共5页

分析了常规有限元方法在智能结构振动主动控制中的局限性,介绍了刚性有限元的基本理论和梁结构的刚性有限元方程的建立。采用运动参考系方法,结合Kane方程推导出了运动弹性结构的刚性有限元动力方程以及闭环控制方程。采用了分段线性化... 分析了常规有限元方法在智能结构振动主动控制中的局限性,介绍了刚性有限元的基本理论和梁结构的刚性有限元方程的建立。采用运动参考系方法,结合Kane方程推导出了运动弹性结构的刚性有限元动力方程以及闭环控制方程。采用了分段线性化的思想对运动弹性结构振动实施主动控制。对附着在运动的中心刚体上的压电柔性结构的振动主动控制进行了计算机模拟,得到了很好的结果。 展开更多

关键词 运动结构 柔性梁 振动主动控制 刚性有限元法

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基于压缩感知的整体叶盘多模态振动叶尖定时信号重构方法 被引量：3

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作者 梁道森 潘云璨 +5 位作者 张誉瀚 张旭 刘阳 高阳 范俊 姚建尧 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2578-2589,共12页

叶尖定时测量技术是近年来发展的一种非接触式旋转叶片振动监测方法,具有非入侵性的优点,但是该系统测得的振动信号通常是欠采样的。为了能够重构叶尖定时欠采样信号,根据压缩感知理论以及叶尖定时采样原理引入了叶尖同步振动信号稀疏... 叶尖定时测量技术是近年来发展的一种非接触式旋转叶片振动监测方法,具有非入侵性的优点,但是该系统测得的振动信号通常是欠采样的。为了能够重构叶尖定时欠采样信号,根据压缩感知理论以及叶尖定时采样原理引入了叶尖同步振动信号稀疏模型以及叶尖振动信号重构方法。对整体叶盘有限元模型进行瞬态分析得到叶尖振动信号,使用优化的正交匹配追踪算法以及基追踪对欠采样信号进行重构并和传统方法进行对比。计算结果表明:在信噪比为30dB的噪声环境下,限制频域的正交匹配追踪算法(OMP-RFD)可以准确地识别出叶尖振动信号的主要频率成分。最后使用试验所获得的叶尖振动信号进行重构,验证了OMP-RFD算法有效性。综上可知:压缩感知方法可以很好地应用于叶尖定时测量装置中,能够使用较少传感器识别叶尖同步振动欠采样信号参数,有效提高噪声环境下识别高阶频率的成功率以及准确度。 展开更多

关键词 压缩感知 叶尖定时 同步振动 稀疏表示 信号重构 正交匹配追踪

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腐蚀损伤的激光超声可视化成像检测 被引量：1

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作者 尚晓壮 刘瑶璐 +2 位作者 周世杰 宁慧铭 胡宁 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期94-102,共9页

腐蚀损伤广泛存在于国防科技、交通运输等工业领域,严重威胁了结构的安全性和可靠性,因此对腐蚀损伤的安全检测具有重要意义。依据激光超声的基本理论,采用自主设计的全自动激光超声扫描实验系统,通过对铝板中的腐蚀损伤进行激光扫描实... 腐蚀损伤广泛存在于国防科技、交通运输等工业领域,严重威胁了结构的安全性和可靠性,因此对腐蚀损伤的安全检测具有重要意义。依据激光超声的基本理论,采用自主设计的全自动激光超声扫描实验系统,通过对铝板中的腐蚀损伤进行激光扫描实验,分析了Lamb波能量、幅值和腐蚀之间的关系,并依据“弹性波能流法”的原理,利用幅值最大值完成了损伤区域的可视化;提出了一种评估铝板腐蚀程度的方法——能量比较法,完成了对不同腐蚀程度的铝板的评估分析。该研究可实现腐蚀缺陷的快速检测与评估,并且检测结果直观可视,展现了巨大的应用前景。 展开更多

关键词 激光超声 腐蚀损伤 LAMB波 可视化成像 损伤程度评估

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基于Melnikov法的双摆系统混沌特性研究 被引量：1

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作者 刘丁杨 蹇开林 张亮 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2022年第14期92-98,共7页

针对双摆系统的混沌特性展开研究。首先,将双摆从Hamilton系统近似为拟Hamilton系统;然后,应用双自由度的Melnikov法预测拟Hamilton系统出现混沌运动的能量阈值,间接得到Hamilton系统混沌的必要条件。通过必要条件分析某些特定情况下系... 针对双摆系统的混沌特性展开研究。首先,将双摆从Hamilton系统近似为拟Hamilton系统;然后,应用双自由度的Melnikov法预测拟Hamilton系统出现混沌运动的能量阈值,间接得到Hamilton系统混沌的必要条件。通过必要条件分析某些特定情况下系统的运动状态,结合不同参数下系统的最大Lyapunov指数图、分岔图、Poincaré截面图和时间历程图,验证了理论的正确性;同时也发现了因模型局限而产生的两种例外情况,并从理论角度对产生例外的原因进行分析。结果表明,能量阈值与摆长、摆重密切相关,而摆长、摆重又影响能量大小,这意味着能量与系统混沌之间存在复杂的联系,而不是一般认为的低能级拟周期、高能级混沌。 展开更多

关键词 双摆 Melnikov法 拟周期 混沌 最大LYAPUNOV指数

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悬臂微梁固有频率和模态的尺寸效应 被引量：3

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作者 谢新吉 刘占芳 杜丘美 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第12期187-192,共6页

采用经典弹性力学预测悬臂微梁的基频远低于测量的结果,广义弹性力学由于计及了连续的旋转变形及相应的偶应力,完善了变形的度量,适用于分析结构动力学特性的尺寸效应。从虚功原理出发建立了广义弹性体的有限元动力学方程,对悬臂微梁的... 采用经典弹性力学预测悬臂微梁的基频远低于测量的结果,广义弹性力学由于计及了连续的旋转变形及相应的偶应力,完善了变形的度量,适用于分析结构动力学特性的尺寸效应。从虚功原理出发建立了广义弹性体的有限元动力学方程,对悬臂微梁的固有频率和模态进行数值分析。结果表明:微梁的固有频率是否存在尺寸效应与对应的模态有关;微梁的弯曲和扭转模态由于包含了旋转变形,对应的固有频率较之经典弹性力学有显著提高,而拉压模态不涉及旋转变形,其固有频率没有明显变化。 展开更多

关键词 广义弹性力学 尺寸效应 固有频率 模态 悬臂微梁

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基于三维细观结构的PBX炸药的损伤机理

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作者 龚芹 刘占芳 《重庆大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第12期14-25,共12页

为了解细观结构差异和热力作用对高聚物黏结炸药(polymer bonded explosives,PBX)损伤的影响,采用Voronoi方法建立三维细观模型,并考虑颗粒的弹塑性和黏结剂的弹黏塑性以及界面内聚力本构关系,分析不同细观结构PBX在热力载荷下的损伤演... 为了解细观结构差异和热力作用对高聚物黏结炸药(polymer bonded explosives,PBX)损伤的影响,采用Voronoi方法建立三维细观模型,并考虑颗粒的弹塑性和黏结剂的弹黏塑性以及界面内聚力本构关系,分析不同细观结构PBX在热力载荷下的损伤演化机理。结果表明升温不易造成界面的损伤,降温时收缩率较小的黏结剂对颗粒的收缩有阻碍,导致界面间法向拉应力增大,易造成界面损伤。提高黏结剂含量,有利于减小降温时界面的损伤程度。当黏结剂含量相近时,颗粒粒径越趋于一致,界面损伤程度越小。在低压作用下,损伤由法向应力导致转为由切向应力导致,损伤程度减小,但当压力过大时界面产生新的损伤。 展开更多

关键词 PBX 热力耦合 界面损伤 Voronoi方法 三维细观模型

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