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青春 2020年第8期 91-92页

作者：赵昌方南京理工大学机械工程学院

碳纤维复合材料蜂窝结构制备及轴向压溃力学行为研究

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复合材料科学与工程 2024年

作者：朱宏伟刘轲赵昌方清华大学航天航空学院工程力学系北京特种机械研究所

碳纤维增强复合材料具有优异的力学性能，尤其是缓冲吸能特性。复合材料的结构类型对力学性能的影响很大，合理的结构形状能更好地发挥复合材料的吸能和比吸能潜力。蜜蜂的六角柱蜂巢结构历经自然选择，具有良好的承载稳定性。通过组装... 详细信息

碳纤维增强复合材料具有优异的力学性能，尤其是缓冲吸能特性。复合材料的结构类型对力学性能的影响很大，合理的结构形状能更好地发挥复合材料的吸能和比吸能潜力。蜜蜂的六角柱蜂巢结构历经自然选择，具有良好的承载稳定性。通过组装和粘接单板制备了周期性正六角柱体蜂窝结构，其单板结构采用T700预浸料经组合模具热压成型获得。通过万能电子材料试验机开展了单板结构的准静态冲击实验，分析了渐进失效和分层破坏机理。为更好地模拟复合材料蜂窝结构的冲击失效行为，基于连续介质损伤力学提出了一种同时考虑复合材料层内和层间的破坏机制，并开发了有限元增量本构模型对单板结构进行仿真，其仿真结果与实验数据吻合较好，验证了有限元方法的可行性。在此基础上，对蜂窝结构进行了仿真模拟，讨论了蜂窝结构的冲击响应，分析了冲击载荷下的失效模式及吸能效果。本文的研究结果证明了蜂窝结构的稳定性和吸能特性，可为复合材料缓冲吸能结构的设计和应用提供参考。

关键词：复合材料蜂窝结构破坏机制渐进失效缓冲吸能

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不同温度下环氧树脂的高应变率冲击行为研究

复合材料科学与工程 2024年

作者：邹凯刘峥赵昌方刘浩刘琛张克斌南京理工大学机械工程学院清华大学航天航空学院哈尔滨工业大学空间环境与物质科学研究院中北大学机电工程学院

为研究环氧树脂在高应变率加载下和不同温度下的动态压缩力学性能，首先通过准静态试验获取应变率为0.001 s-1的环氧树脂屈服应力，接着通过SHPB方法对环氧树脂进行动态压缩试验，得到了温度为25 ℃、50 ℃和70 ℃和应变率为1000 s-1，2... 详细信息

为研究环氧树脂在高应变率加载下和不同温度下的动态压缩力学性能，首先通过准静态试验获取应变率为0.001 s-1的环氧树脂屈服应力，接着通过SHPB方法对环氧树脂进行动态压缩试验，得到了温度为25 ℃、50 ℃和70 ℃和应变率为1000 s-1，2500 s-1，3000 s-1的单轴压缩条件下的应力-应变曲线，从而获得了环氧树脂在高应变率条件下包含应变率效应和温度效应等动态本构关系，结果表明环氧树脂具有应变率效应，且三种高应变率的应力-应变曲线发展趋势相同。最后将屈服应力与温度和应变速率之间的关系进行拟合以描述高应变率下环氧树脂屈服应力与温度的关系，基于此建立的考虑应变率和温度影响的本构模型能够很好地描述环氧树脂在高应变率下的应力-应变关系，研究结果可为环氧树脂本构模型研究提供参考。

关键词：环氧树脂 SHPB 冲击力学高应变率本构方程

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多向拉胀折纸超材料的力学行为研究

塑料科技 2024年

作者：邹凯赵昌方刘浩刘洋佐张克斌南京理工大学机械工程学院清华大学航天航空学院中北大学机电工程学院

力学折纸超材料以折纸思想为基础，通过设计巧妙的特征结构来实现表观材料的特殊力学行为。为进一步融合折纸超材料和拉胀超材料的性能优势，受折纸范式启发设计了一种多向的拉胀折纸超材料（AOMM）。基于静定结构承载变形机制，分析了... 详细信息

力学折纸超材料以折纸思想为基础，通过设计巧妙的特征结构来实现表观材料的特殊力学行为。为进一步融合折纸超材料和拉胀超材料的性能优势，受折纸范式启发设计了一种多向的拉胀折纸超材料（AOMM）。基于静定结构承载变形机制，分析了多向AOMM的负泊松比效应，建立了相对密度、折叠效率、弹性等效本构以及载荷平台的理论模型，并通过曲面响应揭示了几何参数对多向AOMM折叠载荷的影响规律。采用热塑性聚氨酯（TPU）基材3D打印了多向AOMM试件，并通过准静态压缩实验进行了变形、承载和吸能特性的分析。结果表明TPU AOMM具有一定的形状恢复能力、负泊松比效应和稳定的吸能平台，平台门槛应变和相对密度的理论值与实验结果吻合较好。相关研究结果可为拉胀折纸超材料的设计和应用提供参考。

关键词：折纸超材料拉胀超材料负泊松比等效力学热塑性聚氨酯

考虑低应变率起始非线性和高应变率冲击绝热的CFRP力-热耦合本构研究

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考虑低应变率起始非线性和高应变率冲击绝热的CFRP力-热耦合本构...

北京力学会第30届学术年会

作者：赵昌方清华大学航天航空学院工程力学系微纳米力学与多学科交叉创新研究中心教育部应用力学重点实验室

碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)在实际工程环境中面临着不同应变率的冲击,开发兼容低-高应变率本构模型有利于提高CFRP结构力学行为的预测效率。通过辨别应变率状态和修正刚度矩阵,本文报道了一种CFRP本构的建模方法。低应变率压缩状态... 详细信息

碳纤维增强聚合物复合材料(CFRP)在实际工程环境中面临着不同应变率的冲击,开发兼容低-高应变率本构模型有利于提高CFRP结构力学行为的预测效率。通过辨别应变率状态和修正刚度矩阵,本文报道了一种CFRP本构的建模方法。低应变率压缩状态下,引入起始非线性模量递增因子来描述材料缺陷导致的起始非线性效应;高应变率冲击状态下,基于参考状态的力学行为,引入应力和应变动态放大因子来描述高应变率效应。基于冲击绝热的瞬时温度及其对材料力学性能的影响,结合应变率效应和温度效应建立了力-热耦合本构模型,并开发了用户自定义材料子程序。结果表明,开发的子程序能预测不同应变率状态下CFRP的线弹性及非线性力学行为,相关研究工作为CFRP静动态压缩力学行为的数值预测提供了参考。

关键词：碳纤维复合材料应变率效应起始非线性冲击绝热力-热耦合本构模型

来源： cnki会议评论

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导流槽构型对火箭起飞时流场和声场的影响

航空动力学报 2020年第3期35卷 589-596页

作者：邢成龙乐贵高沈林赵昌方南京理工大学机械工程学院南京210094 上海宇航系统工程研究所上海201109

为了研究四喷管运载火箭起飞时火箭周围噪声环境问题,建立燃气/空气双组分的可压缩流动模型,采用2阶Roe格式、SAS(scale-adaptive simulation)湍流模型和声学类比积分法Ffowcs-Williams Hawkings(FW-H)求解三维Navier-Stokes方程。以单... 详细信息

为了研究四喷管运载火箭起飞时火箭周围噪声环境问题,建立燃气/空气双组分的可压缩流动模型,采用2阶Roe格式、SAS(scale-adaptive simulation)湍流模型和声学类比积分法Ffowcs-Williams Hawkings(FW-H)求解三维Navier-Stokes方程。以单机火箭的噪声问题为对象开展数值模拟,并将噪声数值计算结果与试验数据对比,误差在3 dB以内(相对误差小于1.6%),验证预测噪声方法的有效性,进而研究四喷管运载火箭起飞阶段采用不同导流槽构型对箭体舱段区域噪声环境的影响,结果表明:在相同噪声接收点处,单侧导流槽对应的总声压级比双侧导流槽大,两者的总声压级(OASPL)之差最大为10.7 dB。另外,当采用单侧导流槽时,沿周向接收点的噪声总声压相对单侧导流槽中心截面呈对称分布,而且沿导流出口方向逐渐增大。所建立的噪声数值方法为大推力捆绑运载火箭舱段的噪声环境预测及其控制提供一定参考。

关键词：四喷管运载火箭 SAS(scade-adaptive simulation)湍流模型声学类比积分法FW-H(Ffowcs-Williams Hawkings) 噪声环境单/双侧导流槽

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双箭头负泊松比结构抗侵彻性能

国防科技大学学报 2023年第2期45卷 197-207页

作者：刘洋佐马大为任杰仲健林赵昌方南京理工大学机械工程学院江苏南京210094

采用数值模拟方法研究了双箭头负泊松比多胞结构抗子弹侵彻性能,对比分析了顶边撞击、铰点撞击、侧边撞击三种弹靶作用条件下子弹的侵彻行为与双箭头负泊松比结构的破坏形式。研究结果表明:当子弹以较高速度撞击双箭头负泊松比结构时,... 详细信息

采用数值模拟方法研究了双箭头负泊松比多胞结构抗子弹侵彻性能,对比分析了顶边撞击、铰点撞击、侧边撞击三种弹靶作用条件下子弹的侵彻行为与双箭头负泊松比结构的破坏形式。研究结果表明:当子弹以较高速度撞击双箭头负泊松比结构时,该结构的负泊松比效应不显著;顶边撞击与铰点撞击时,子弹直接贯穿结构,胞元破坏较小,此时双箭头负泊松比多胞结构抗侵彻性能较差;侧边撞击时,子弹未贯穿多胞结构,胞元破坏较大,双箭头负泊松比结构依靠其双三角结构使子弹发生偏转,显著增大了其侵彻阻力。分析了顶边撞击时子弹的入射角度变化对于双箭头负泊松比结构抗侵彻性能的影响,发现存在30°入射角和60°入射角。当子弹处于这两种入射角附近时,双箭头负泊松比多胞结构具有一定的抗侵彻能力。

关键词：多胞材料负泊松比结构响应局部侵彻

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动力黏度对液态复合胞抗射流侵彻影响研究

兵器材料科学与工程 2018年第6期41卷 88-91页

作者：赵昌方刘长瑞南京理工大学机械工程学院江苏南京210094 鲁东大学化学与材料科学学院山东烟台264025

采用理论分析和数值仿真的手段,研究液体动力黏度对液态复合胞抗射流侵彻性能的影响。理论分析结果表明,影响液体当前动力黏度的因素有当前的瞬时压强、温度以及液体初始动力黏度,温度和瞬时压强对动力黏度的影响是间断不连续的,液体初... 详细信息

采用理论分析和数值仿真的手段,研究液体动力黏度对液态复合胞抗射流侵彻性能的影响。理论分析结果表明,影响液体当前动力黏度的因素有当前的瞬时压强、温度以及液体初始动力黏度,温度和瞬时压强对动力黏度的影响是间断不连续的,液体初始动力黏度是当前动力黏度的放大因子。数值仿真结果表明:随着液体初始动力黏度的增大,液体受到的等效应力增大;液态复合胞吸收的能量增大,表现为液体内能增大、胞的内能增大;扩孔形状严重变化,射流头部变钝变粗;射流头部速度降低,直到不能继续侵彻。数值仿真体现的干扰规律与理论分析结果一致,充分证明液体动力黏度对液态复合胞抗射流侵彻性能的影响。

关键词：流体力学动力黏度液态复合胞射流侵彻压强温度

八轴连通式油气悬架车辆行驶性能和通过性能研究

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振动与冲击 2021年第4期40卷 188-194页

作者：赵昌方孙船斌乐贵高马大为任杰仲健林南京理工大学机械工程学院南京210094 安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243032

行驶性能和通过性能是评估车辆越野性能的基本指标。为得到八轴连通式油气悬架车辆的越野性能,分别对行驶性能和通过性能开展了研究。简化了整车的物理模型,根据拉格朗日方程推导了车辆的振动方程,建立了白噪声路面输入方程;通过仿真结... 详细信息

行驶性能和通过性能是评估车辆越野性能的基本指标。为得到八轴连通式油气悬架车辆的越野性能,分别对行驶性能和通过性能开展了研究。简化了整车的物理模型,根据拉格朗日方程推导了车辆的振动方程,建立了白噪声路面输入方程;通过仿真结果与实验结果的对比,验证了柔性模型的合理性。基于柔性模型,以路面不平度系数为输入变量,得到了车辆在较好路面、一般路面、较差路面、恶劣路面的行驶性能;通过建立脉冲冲击、台阶冲击、震荡冲击的数学模型,得到了车辆的通过性能。结果表明:随着路面等级变差,八轴车辆的极限车速下降,B级路面极限速度为144 km/h,C级路面极限速度为64.8 km/h,D级路面极限速度为32.4 km/h,E级路面极限速度为7.2 km/h;路面冲击类型主要影响车头的加速度和车轮相对动载的极值,脉冲冲击时车轮发生腾空,且车头垂向加速度超过2.5倍重力加速度,而台阶冲击和震荡冲击均未出现轮胎腾空和车头2.5倍重力加速度的过载。

关键词：八轴连通式油气悬架车辆行驶性能通过性能越野性能振动响应

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液体声速对单胞结构抗射流侵彻性能影响研究

中国科技论文 2017年第22期12卷 2565-2568页

作者：赵昌方祖旭东南京理工大学机械工程学院南京210094

为研究液体声速对液态复合装甲防护性能的影响规律,采用理论分析和数值仿真的方法进行了分析。通过虚拟原点理论、射流侵彻入液体后受冲击波影响下的头部速度,推出了射流在径向的扩孔方程和冲击波经密闭容器壁面反射后引起的径向汇聚压... 详细信息

为研究液体声速对液态复合装甲防护性能的影响规律,采用理论分析和数值仿真的方法进行了分析。通过虚拟原点理论、射流侵彻入液体后受冲击波影响下的头部速度,推出了射流在径向的扩孔方程和冲击波经密闭容器壁面反射后引起的径向汇聚压强,并对方程进行计算,得出理论曲线关系;通过LS-DYNA有限元软件对7组不同声速的液体进行了数值模拟,得出了射流穿透密闭容器后66μs时的头部速度、90μs时受干扰的断裂情况以及对后效靶的剩余穿深。结果表明:液体声速为1 375m/s时干扰射流效果最好,表现为剩余穿深最小、干扰的速度区间最大;高声速液体出现了射流头部区域先于射流颈部区域受到干扰断裂的现象,且受干扰速度区间变小,区间上、下限值增大。本文所做的研究对液态复合装甲设计提供了科学依据,进一步推进了液态复合装甲的发展。

关键词：流体力学液体声速数值仿真密闭结构径向汇聚抗射流侵彻