【摘 要】
:
陶瓷因其优良的抗冲击性能,现已成为装甲防护中的核心材料。明确陶瓷复合装甲抗侵彻机理,对于设计新型高性能复合装甲极为重要。然而陶瓷抗侵彻过程既是一个高速冲击过程,也是一个高度非线性的过程,包括材料的损伤、断裂和飞溅等难以观测的行为,如何了解其动态侵彻过程是研究陶瓷侵彻机理的一个难点。发展针对陶瓷侵彻行为仿真的本构模型和数值模拟方法可以为研究陶瓷侵彻机理提供有效的工具,为研究高性能复合装甲奠定基础。本
论文部分内容阅读
陶瓷因其优良的抗冲击性能,现已成为装甲防护中的核心材料。明确陶瓷复合装甲抗侵彻机理,对于设计新型高性能复合装甲极为重要。然而陶瓷抗侵彻过程既是一个高速冲击过程,也是一个高度非线性的过程,包括材料的损伤、断裂和飞溅等难以观测的行为,如何了解其动态侵彻过程是研究陶瓷侵彻机理的一个难点。发展针对陶瓷侵彻行为仿真的本构模型和数值模拟方法可以为研究陶瓷侵彻机理提供有效的工具,为研究高性能复合装甲奠定基础。本文围绕近场动力学(Peridynamics,PD)仿真陶瓷侵彻过程这个目标,针对已有的率相关键基近场动力学本构模型的泊松效应这一固有缺陷,即三维条件下,该模型预测的材料泊松比始终为0.25。通过引入切向键力,对原模型进行了修正,建立了考虑旋转效应的率相关键基陶瓷近场动力学本构模型。该模型修正了原模型不能准确仿真不同泊松比材料的缺陷,从而可以精确地仿真陶瓷侵彻行为。论文的主要内容及成果如下:(1)建立了考虑旋转效应的率相关键基近场动力学本构模型。首先通过在原模型中引入切向键力,考虑了键的旋转运动,建立含有旋转效应的键力模型;随后,重新定义了损伤判断准则,分别引入了拉剪耦合失效和压剪耦合失效时键的损伤定义,完善了率相关键基近场动力学本构模型;最后,得到了考虑旋转效应的率相关键基近场动力学本构模型。(2)推导了考虑旋转效应的率相关键基近场动力学本构模型的计算格式。建立了基于该本构模型的空间和时间离散格式;针对考虑旋转作用的键力,修改了原有的键力更新算法,添加了切向键力失效的算法流程。然后在上述离散格式的基础上修正了陶瓷侵彻分析的近场动力学程序框架和流程,并采用Fortran语言编写了模拟陶瓷材料侵彻行为的计算程序。(3)验证了考虑旋转效应的率相关键基近场动力学本构模型的正确性,并进行了参数的敏感性分析。首先通过围压模型的近场动力学仿真实验,给出了从加载到卸载过程中陶瓷材料的响应,对比结果证明了本文提出的模型的计算结果较原模型更为准确;随后进行了陶瓷柱模型的单轴压缩模拟,进一步验证了本文模型的正确性;最后分析了邻域尺寸和粒子间距对仿真结果的影响,结果表明本文提出的本构模型可以准确地模拟陶瓷材料的侵彻动态力学行为,并给出正确的陶瓷损伤和破坏模式。(4)验证了本文模型仿真陶瓷侵彻过程的正确性,并开展了陶瓷侵彻机理分析。首先依据参数敏感性分析的结果,选择合适的分析参数,对陶瓷板的正面冲击、侧面冲击实验进行了仿真模拟,并将陶瓷靶板在侵彻过程中的裂纹扩展模式、损伤变化情况以及在不同冲击速度下裂纹萌生和扩展的规律与实验和其他数值仿真结果进行对比,验证了该本构模型可以有效地模拟侵彻的全过程;最后对陶瓷板中的损伤和应力变化过程进行了机理分析,进一步验证了修正模型在描述多种陶瓷材料损伤行为的有效性。
其他文献
金融行业是国民经济发展中的支柱行业,在促进国家发展上发挥着重要作用,这也使得对金融市场的研究变得极为重要.而波动性作为金融市场测度的重要指标,无论是对刻画金融资产分布的形态特征,还是对投资组合、期权定价和风险管理等问题都具有十分重要的现实指导意义.为了研究金融市场波动性,本文建立了半参数随机波动模型来刻画波动特性.第一,金融市场通常具有厚尾、有偏、非对称性等波动特性,针对这些特性,本文构建了半参数
煤炭和石油的大量使用给全球的自然环境造成了严重的污染,清洁能源越来越被世界所关注.清洁能源与传统能源之间存在市场竞争关系,运用合理的数学模型量化清洁能源和传统能源的竞争程度并对清洁能源未来的发展趋势进行预测,可为能源部门制定合理的能源消费政策提供参考.论文的主要工作如下:考虑清洁能源(天然气、水能、风能、太阳能、核能)受传统能源(煤,石油)动态的影响,且前期状态会影响后期状态,具有记忆性特征,本文
我国新建普通住宅在城市住房市场上占主导地位的情况将持续相当长的时期,研究我国新建普通住宅房价指数编制方法具有十分重要的现实意义和理论意义.准确的房价指数能够为政府制定政策、企业立项与投资以及个人购房提供现实依据.我国影响力最大的70大中房价指数和中房指数虽然经过几次调整,但它们的编制方法只相当于国际上第1代或第2代方法.编制方法的落后,导致房价指数与真实市场情况存在较大偏差.本文以我国新建普通住宅
随着现代科学的发展与进步,基础施工技术也在迅速的发展。在饱和黏土地基上进行基础施工,通常会在地基内引起大的超孔隙水压力。而超孔隙水压力的消散又将引起基础的沉降。如果控制不当,将对建筑物造成不利影响。本文通过有限元法,主要研究了双层地基上条形基础的固结沉降特性以及压桩施工后饱和黏土地基的固结规律。本文的主要研究及结论如下:基于Biot耦合固结理论采用有限元方法研究双层地基上条形基础的固结特性。建立土
凝胶材料因其活跃的化学和力学性质,在许多工程领域都有着广阔的应用前景。凝胶的溶胀变形是一个耦合了溶剂分子扩散的过程,一直以来,人们对其与经典Fick流动的耦合特性关注较多。然而在许多玻璃态聚合物或凝胶中,受链段松弛速率影响,溶剂分子运移会表现出Non-Fickian型的特点。现阶段对这方面的认识尚不充分,相关实验报道较少,考虑材料变形与溶剂扩散耦合效应的理论也不完善。鉴于此,本文拟采用实验研究和理
热电材料能够实现电能与热能的相互转化,是一种极具潜力的新型能源材料。无铅硫族化合物SnTe因与Pb Te具有相似的晶体结构和能带结构,近些年受到广泛关注,然而其较低的Seebeck系数、以及高的热导率导致其本征热电性能较差。本文通过高温高压合成结合热压烧结的方式制备了SnTe基热电材料,在此基础上通过多元掺杂的方式改善材料的热电性能与力学性能,主要研究内容和成果如下:(1)通过优化高温高压合成工艺
方钴矿热电材料成本效益高,有较宽的温度应用范围,但其较高的晶格热导率限制了该材料的整体热电性能。孔隙结构是一种影响材料热导率的典型缺陷,因而,研究如何在方钴矿材料中引入孔隙及揭示孔隙对材料热电和力学性能的影响规律对制备高性能方钴矿热电材料具有重要意义。本论文以S填充方钴矿为研究对象,通过一步热压法快速制备了系列高性能方钴矿材料。通过工艺和组分的改变调控材料中的孔隙结构,以期进一步降低S填充方钴矿的
鱼类作为世界上最古老的物种之一,具有高机动性、低能耗、高效率的优异游泳性能。从仿生学应用和生态保护的角度出发,对鱼类等生物行为习性的研究一直都颇受重视,因此深入开展各种流场环境下鱼游机理研究具有重要意义。鱼的游动是由其周围流体压力下的被动运动和鱼体本身肌肉收缩的主动变形共同促成的,必须将二者统一分析才可能实现对其运动机理的真正了解。本文通过高速摄影技术观测了鲫鱼在均匀来流和圆柱绕流流场中的游动过程
肝癌是一种典型的免疫原性恶性肿瘤,其致死率在全球癌症中排名第四。免疫细胞浸润机制与肿瘤的生长和发展密切相关。免疫浸润的两个关键问题是免疫细胞在微血管中的输运和跨内皮迁移。其中,众多小于细胞尺寸的微血管狭窄片段和血管壁上的微小孔隙是影响免疫细胞浸润的关键因素。之前的研究多从生物医学角度解读免疫细胞的浸润过程,忽略了免疫调控中血流动力学和细胞力学的作用。基于此,本文结合多种机器学习算法和计算流体动力学
负泊松比结构由于其优异的力学性能和良好的能量吸收性能,在生物医学、汽车、船舶及航天航空等领域有着广泛的应用。本文根据负泊松比内凹蜂窝结构(Auxetic Re-entrant Honeycomb,简称RH)的变形机理,设计出了一种负泊松比变截面内凹蜂窝结构(Auxetic Re-entrant Honeycomb with Variable Cross Section,简称VCRH)。采用有限元模