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典型防护材料空爆载荷作用下动态响应及抗冲击设计研究现状

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复合材料科学与工程 2024年第10期 150-160页

作者：罗家元陈哲伦李世岳高聪重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆长安汽车股份有限公司

随着军事和民用领域需求的不断增加，装备防护性将会面临爆炸冲击等挑战，例如，空中爆炸冲击波对飞机、导弹以及警用防爆服结构的影响。在空爆载荷作用下，结构各部分相互作用，以及受材料和几何非线性的影响，导致其动态力学行为变得... 详细信息

随着军事和民用领域需求的不断增加，装备防护性将会面临爆炸冲击等挑战，例如，空中爆炸冲击波对飞机、导弹以及警用防爆服结构的影响。在空爆载荷作用下，结构各部分相互作用，以及受材料和几何非线性的影响，导致其动态力学行为变得异常复杂，因此空爆载荷作用下结构的动态响应及防护性能研究是一个急需关注的热点与难点问题。本文主要对空爆冲击方向的研究现状进行详细梳理及总结，首先对空爆载荷传播特性的经验公式计算、数值模拟及试验研究现状进行了综述；其次详细介绍了空爆载荷作用下多孔材料、陶瓷、纤维增强复合材料与均质金属等典型防护设计材料的动态响应及抗冲击结构设计研究进展，其研究内容涉及结构损伤及破坏效应、抗爆吸能特性和防护设计等；最后对该研究领域进行总结与展望，提出了急需分析解决的几个关键研究难题，为后续抗爆冲击结构设计提供参考和借鉴。

关键词：空中爆炸冲击波高速破片动态响应抗冲击波设计复合材料

空中爆炸载荷作用下层状复合材料结构动态响应特性分析

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固体力学学报 2024年第5期 679-693页

作者：罗家元付用森陈哲伦李世岳王家林重庆交通大学机电与车辆工程学院

为提高夹层结构的防爆抗冲击性能，提出一种内凹负泊松比芯层(re-entrant, RE)/聚乙烯纤维(PE)/碳化硅陶瓷(SiC)复合夹层结构.基于ABAQUS中CEL算法模拟结构在爆炸冲击下的动态响应特性，并从结构变形机制、速度响应特征以及能量吸收等... 详细信息

为提高夹层结构的防爆抗冲击性能，提出一种内凹负泊松比芯层(re-entrant, RE)/聚乙烯纤维(PE)/碳化硅陶瓷(SiC)复合夹层结构.基于ABAQUS中CEL算法模拟结构在爆炸冲击下的动态响应特性，并从结构变形机制、速度响应特征以及能量吸收等角度讨论不同芯层配置顺序对结构防护性能影响.在等面密度下，引入陶瓷和聚乙烯层后结构上/下面板变形量相较RE夹层最大降低53%、5.7%.其中芯层配置为SiC-PE-RE时，层间载荷强度得以改善，下面板变形最小；随着面板支撑强度增加，面板速度逐渐减小.当SiC与PE层分别置于上/中芯层时，上/下面板峰值相较RE夹层各降低18.84%、16%且衰减速率最快.而将RE层置于上芯层会导致结构局部变形增大，使得PE层和SiC层出现局部压溃失效，导致结构吸能增量最大提升14%.

关键词：复合材料夹层空中爆冲击波动态响应吸能特性

7075铝合金拉伸残余应力数值模拟及实验测试

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重庆大学学报（自然科学版） 2011年第9期34卷 33-38页

作者：罗家元朱才朝李大峰钟渝李云重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 中国汽车工程研究院股份有限公司重庆400039 西南铝业(集团)有限责任公司重庆401326

对7075铝合金板材淬火过程进行温度场和应力场的直接热力耦合数值模拟,获得淬火残余应力分布规律,在此基础上开展基于等向强化Mises屈服准则和Prandtl-Reuss塑性流动增量理论的铝合金拉伸过程数值模拟,仿真不同拉伸率对内部残余应力的... 详细信息

对7075铝合金板材淬火过程进行温度场和应力场的直接热力耦合数值模拟,获得淬火残余应力分布规律,在此基础上开展基于等向强化Mises屈服准则和Prandtl-Reuss塑性流动增量理论的铝合金拉伸过程数值模拟,仿真不同拉伸率对内部残余应力的消除效果,采用盲孔法对铝合金淬火及不同拉伸量拉伸后残余应力进行实验测量,结果表明对于厚12mm的7075铝合金试件最优拉伸率为1.0%。同时根据不同拉伸率拉伸后铝合金板材残余应力分布规律的变化趋势可以看出,以不同拉伸率拉伸后铝合金板材表面和内部残余应力的消除效果具有相同的变化趋势。

关键词：淬火预拉伸拉伸率优化实验

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考虑夹持影响的铝合金板拉伸模拟及试验

材料科学与工艺 2011年第6期19卷 16-21页

作者：朱才朝罗家元钟渝庆大学机械传动国家重点实验室重庆400030 西南铝业集团有限责任公司重庆401326

为了优化铝合金预拉伸板拉伸过程中的工艺参数,对7075铝合金板淬火过程进行直接热力耦合数值模拟,在获得淬火残余应力分布规律的基础上开展考虑夹钳制约作用时铝合金拉伸过程数值模拟,研究了不同拉伸率时其残余应力消除效果,得出在夹钳... 详细信息

为了优化铝合金预拉伸板拉伸过程中的工艺参数,对7075铝合金板淬火过程进行直接热力耦合数值模拟,在获得淬火残余应力分布规律的基础上开展考虑夹钳制约作用时铝合金拉伸过程数值模拟,研究了不同拉伸率时其残余应力消除效果,得出在夹钳制约作用下铝合金板材拉伸后变形3个区域——夹持区、过渡区和均匀区.采用盲孔法对夹持作用下铝合金板拉伸进行的实验测量验证表明,数值模拟和实验测量结果吻合.研究表明:对于厚12 mm的7075铝合金试件最适宜的拉伸率为1%,过渡变形区沿长度方向的长度约为8 mm,为板材厚度尺寸的67%,锯切量为过渡变形区和夹持区之和.

关键词：夹持拉伸拉伸率残余应力试验

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齿轮箱系统耦合动态特性研究

齿轮箱系统耦合动态特性研究

作者：罗家元重庆大学

学位级别：硕士

齿轮传动系统是各种机器和机械装备中应用最为广泛的传动形式，已应用于国民经济的各个领域。为使这些设备和产品安全稳定的工作，其结构系统必须具有良好的静、动特性。为此，必须对齿轮传动中各种失效现象、啮合原理、材质等进行深入... 详细信息

齿轮传动系统是各种机器和机械装备中应用最为广泛的传动形式，已应用于国民经济的各个领域。为使这些设备和产品安全稳定的工作，其结构系统必须具有良好的静、动特性。为此，必须对齿轮传动中各种失效现象、啮合原理、材质等进行深入、细致的研究，以满足机械静、动载荷和低振动低噪声的要求。有限元方法作为一个强有力的数值分析工具，在齿轮传动系统的分析中起到了越来越大的作用。这种方法可以缩短开发周期，节省了大量的人力、财力、物力，在齿轮传动的分析设计中起到了越来越大的作用。本文完成了齿轮箱各重要部件三维实体建模和虚拟装配，在此基础上利用材料力学方法和有限元方法对齿轮副接触应力进行分析计算，并将两者结果加以对比，吻合良好，验证了有限元模型的正确性。通过对齿轮系统振动特性进行分析，将齿轮系统划分为齿轮传动系统(齿轮与轴)和结构系统(箱体)，建立了齿轮—转子—支承系统的耦合振动模型。利用有限元法，对齿轮箱系统这一耦合模型进行了模态分析，并在此基础上对齿轮箱系统在刚度激励和误差激励等内部动态激励下的响应进行了分析计算，揭示了增速齿轮箱系统的在内部动态激励下的动态响应。

关键词：齿轮箱有限元法模态分析动态响应

淬火残余应力对铝合金厚板裂纹应力强度因子及扩展趋势的影响

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金属热处理 2020年第5期45卷 210-214页

作者：罗家元贾二锁重庆交通大学机电与车辆工程学院山区桥梁结构与材料教育部工程研究中心重庆400074

为探究淬火残余应力对铝合金厚板疲劳裂纹扩展的影响规律,建立7075铝合金厚板表面三维裂纹数值仿真模型。采用顺序热力耦合法求解淬火残余应力场,将残余应力场作为初始载荷条件求解裂纹应力强度因子,并与无残余应力场的应力强度因子值... 详细信息

为探究淬火残余应力对铝合金厚板疲劳裂纹扩展的影响规律,建立7075铝合金厚板表面三维裂纹数值仿真模型。采用顺序热力耦合法求解淬火残余应力场,将残余应力场作为初始载荷条件求解裂纹应力强度因子,并与无残余应力场的应力强度因子值进行对比,研究两种条件下应力强度因子的分布规律和两者之间的异同;通过分析在初始淬火残余应力条件下不同半径裂纹受不同均匀拉应力荷载作用时的裂纹应力强度因子随裂纹位置角的演变曲线,探究淬火残余应力对裂纹扩展趋势的影响规律。结果表明,淬火残余应力的存在改变了铝合金厚板应力强度因子的分布规律和裂纹的扩展趋势,淬火残余应力使表层附近的裂纹扩展受到遏止,裂纹易于在厚度方向优先扩展。

关键词：淬火残余应力铝合金应力强度因子裂纹扩展

支持向量机在航空兵部队油料消耗量预测中的应用

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重庆大学学报（自然科学版） 2012年第6期35卷 38-42页

作者：樊荣朱才朝陆思锡罗家元重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 后勤工程学院军事油料应用与管理工程系重庆401311

分析了支持向量机的基本原理及算法,确定了航空兵部队油料消耗量预测模型的样本输入量,构造了航空兵部队作战油料消耗量预测函数,采用LibSVM-Matlab工具箱对模型进行编程求解,选用3个指标对预测结果进行评价。并以某空军航空兵部队油料... 详细信息

分析了支持向量机的基本原理及算法,确定了航空兵部队油料消耗量预测模型的样本输入量,构造了航空兵部队作战油料消耗量预测函数,采用LibSVM-Matlab工具箱对模型进行编程求解,选用3个指标对预测结果进行评价。并以某空军航空兵部队油料消耗量为例,运用基于SVM的航空兵部队油料消耗量预测模型,对2009年演习的油料消耗量进行了预测,预测结果与实际值进行比较,预测精度高,为科学预测战场油料消耗量提供了科学定量的分析方法。

关键词：支持向量机航空兵部队油料消耗量预测消耗预测模型

基于流变应力特性的铝合金淬火残余应力数值模拟及试验研究

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机械工程学报 2010年第22期46卷 41-46页

作者：朱才朝罗家元李大峰钟渝李云重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044 西南铝业(集团)有限责任公司重庆401326

依据相关试验数据引入铝合金的流变应力特性曲线,对7075铝合金板材淬火过程进行温度场和应力场的直接热力耦合数值模拟,研究7075铝合金板材最终淬火残余应力的分布规律,并采用盲孔法对7075铝合金板材最终淬火残余应力进行测量,试验测量... 详细信息

依据相关试验数据引入铝合金的流变应力特性曲线,对7075铝合金板材淬火过程进行温度场和应力场的直接热力耦合数值模拟,研究7075铝合金板材最终淬火残余应力的分布规律,并采用盲孔法对7075铝合金板材最终淬火残余应力进行测量,试验测量结果表明考虑铝合金流变应力特性的直接耦合法数值模拟出的铝合金淬火残余应力分布具有很好的准确度,同时借鉴相关文献的试验测量数据对直接耦合和准耦合两种数值模拟方法仿真出的铝合金板材内部最终淬火残余应力分布结果进行比较和评价,评比结果显示考虑铝合金流变应力特性的直接耦合数值模拟结果具有更好的准确度,能够准确模拟出铝合金板材内部最终淬火残余应力在厚度方向上(表面至中层)的非单调分布规律。

关键词：铝合金淬火数值模拟流变应力直接耦合

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基于吸能分配的平头货车驾驶室耐撞性研究

农业机械学报 2012年第8期43卷 19-23,6页

作者：王善坡万鑫铭罗家元李阳江苏大学汽车与交通工程学院镇江212013 中国重型汽车集团有限公司济南250002 中国汽车工程研究院股份有限公司重庆400039

针对平头货车驾驶室无专用吸能区间和吸能元件的情况,由理论分析提出通过驾驶室各部件吸能量重新分配来改进驾驶室耐撞性的方法。参照ECE R29法规,以有限元法仿真某款实车驾驶室的摆锤碰撞过程,通过改变驾驶室部件的厚度尺寸来分配部件... 详细信息

针对平头货车驾驶室无专用吸能区间和吸能元件的情况,由理论分析提出通过驾驶室各部件吸能量重新分配来改进驾驶室耐撞性的方法。参照ECE R29法规,以有限元法仿真某款实车驾驶室的摆锤碰撞过程,通过改变驾驶室部件的厚度尺寸来分配部件吸能量,评比碰撞后驾驶室生存空间,研究驾驶室生存空间与主要部件吸能量之间的关系,并依据分析结果提出切实可行的改进方案,进行实验验证。研究结果表明,适当增加或减少各部件的吸能量,达到吸能量的合理分配,可有效改进驾驶室耐撞性。

关键词：平头货车驾驶室耐撞性吸能