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石墨烯气凝胶的压缩力学性能研究

兵工学报 2024年第7期45卷 2364-2373页

作者：曹路晴乔扬谢晶陈鹏万北京理工大学爆炸科学与技术重点实验室北京100081 爆炸防护与应急处置技术教育部工程研究中心北京100081

为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用,采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样,进行单轴面内压缩力学实验;结合3D数字图像相关技术和扫描电子显微镜,分析变形模式与破坏机理。研究结果表明:冷冻干燥法制备的... 详细信息

为探究石墨烯气凝胶在防护领域的潜在应用,采用冷冻干燥法并控制冷冻温度变量制备不同的石墨烯气凝胶试样,进行单轴面内压缩力学实验;结合3D数字图像相关技术和扫描电子显微镜,分析变形模式与破坏机理。研究结果表明:冷冻干燥法制备的石墨烯气凝胶试样具有3D多孔网络结构、低密度(98.5%)等特征,并具有受冷冻温度影响的特征微观结构;石墨烯气凝胶的压缩应力-应变曲线展现出多孔材料典型的三阶段特征,并且力学性能受冷冻温度的影响,-80℃所得石墨烯气凝胶的杨氏模量相较于-19℃提高160%,单位体积吸能提高67%;石墨烯气凝胶多次循环加载-卸载中随着内部致密区域的扩展,以塑性能为主的吸收总能趋于稳定不变,其状态变化可通过指数衰减模型描述;石墨烯气凝胶的横纵向片层不同的压缩变形形态发展为大规模的类弹簧型紧密折叠模式,使得石墨烯气凝胶表现出回弹性。所得研究成果为石墨烯气凝胶在防护领域的应用提供了理论与实践基础。

关键词：石墨烯气凝胶压缩力学性能冷冻干燥法吸能特性变形模式

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基于复虚场方法的PMMA黏弹性本构参数识别

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兵工学报 2024年

作者：王岗亭郭保桥栾可迪谷源森陈鹏万北京理工大学先进结构技术研究院北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室

为研究在材料参数反演领域的新方法，提出一种求解正交各向异性复合材料弹性常数的虚场方法。为奠定正交各向异性本构参数反演的基础，首先以各向同性材料PMMA为实验试样，基于薄板理论和光偏折法，通过对薄板试样进行振动加载试验，获... 详细信息

为研究在材料参数反演领域的新方法，提出一种求解正交各向异性复合材料弹性常数的虚场方法。为奠定正交各向异性本构参数反演的基础，首先以各向同性材料PMMA为实验试样，基于薄板理论和光偏折法，通过对薄板试样进行振动加载试验，获取试件表面的全场变形。基于C3连续性的Hermite有限单元对测得的变形场进行处理，得到薄板试样的离面位移场和曲率场。利用复虚场法计算材料的黏弹性常数，反演结果与三点弯曲实验测得的弹性参数和悬臂梁锤击实验测得的阻尼系数进行了对比。实验结果表明：弹性模量与阻尼系数的测量误差均在0.3%以内。验证了该方法在各向同性本构参数反演中的可行性，为后续在各向异性材料本构参数反演奠定了基础。

关键词：虚场方法光偏折法数字图像相关方法薄板振动黏弹性本构

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药型罩形状对活性聚能侵彻体成型的影响

北京理工大学学报 2024年第4期44卷 327-335页

作者：孙韬袁盈郑元枫余庆波陈鹏万王海福北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

结合理论与数值模拟,对3种不同形状药型罩活性聚能侵彻体的成型行为开展了研究.数值模拟结果表明,在聚能效应下,球缺罩和大锥角圆锥罩形成尾部带有碎片云的类杆状活性聚能侵彻体,而小锥角圆锥罩则形成活性射流.相比于活性射流,类杆状活... 详细信息

结合理论与数值模拟,对3种不同形状药型罩活性聚能侵彻体的成型行为开展了研究.数值模拟结果表明,在聚能效应下,球缺罩和大锥角圆锥罩形成尾部带有碎片云的类杆状活性聚能侵彻体,而小锥角圆锥罩则形成活性射流.相比于活性射流,类杆状活性聚能侵彻体速度较低,但凝聚性较好.进一步结合活性材料反应动力学方程,对活性聚能侵彻体成型激活反应行为进行分析.分析结果表明:活性射流激活区位于杵体外壁、射流头部和轴线附近;随炸高增加,激活区内活性材料反应不断加剧,特别是射流头部和轴线附近材料的反应,将导致活性射流膨胀发散,不利于侵彻;而类杆状活性聚能侵彻体激活区域主要集中在尾部碎片区和杆尾中心部位,化学反应对其影响相对较小.

关键词：活性材料聚能装药射流药型罩成型行为

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子弹撞击下CL-20基PBX装药响应研究

南京理工大学学报 2024年第2期48卷 127-133页

作者：焦纲领陈鹏万刘睿王志浩张雪丽北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 海军研究院北京100072

为了提高战斗部安全性,指导CL-20基PBX炸药在战斗部装药中的应用和设计,开展了基于子弹撞击试验的典型战斗部撞击响应特性研究。进行了子弹撞击试验,通过分析战斗部响应后的超压数据、验证板穿孔、试验影像和试验样品回收等,评估了子弹... 详细信息

为了提高战斗部安全性,指导CL-20基PBX炸药在战斗部装药中的应用和设计,开展了基于子弹撞击试验的典型战斗部撞击响应特性研究。进行了子弹撞击试验,通过分析战斗部响应后的超压数据、验证板穿孔、试验影像和试验样品回收等,评估了子弹撞击战斗部的反应等级。结果表明,子弹撞击试验中,子弹速度为836 m/s,战斗部在子弹撞击下发生了爆轰等级的反应。此外,开展了不同撞击条件下战斗部安全性数值模拟,研究了不同撞击速度下战斗部的反应过程。结果表明,子弹以850 m/s和750 m/s撞击时,战斗部分别发生爆轰和燃烧等级的反应。该研究为典型战斗部的撞击响应预测及反应等级评价提供了数据支撑。

关键词：战斗部子弹撞击试验评估数值模拟反应等级 CL-20基PBX装药点火增长模型冲击波超压

HfZrTiTaAl系高熵合金动态变形、损伤及破坏行为

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兵工学报 2024年

作者：高茂国刘睿郭岩松耿恒恒陈鹏万北京理工大学长三角研究院(嘉兴) 南京理工大学机械工程学院北京理工大学机电学院

高熵合金因其优异的综合力学性能被应用于高速碰撞和爆炸冲击等极端环境。为研究高熵合金在动态加载下变形、损伤及破坏行为，设计并制备了HfZrTiTaAl系难熔高熵合金，开展了准静态压缩实验和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验，结合数值模... 详细信息

高熵合金因其优异的综合力学性能被应用于高速碰撞和爆炸冲击等极端环境。为研究高熵合金在动态加载下变形、损伤及破坏行为，设计并制备了HfZrTiTaAl系难熔高熵合金，开展了准静态压缩实验和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验，结合数值模拟，得到了含损伤的Johnson-Cook本构模型参数，模拟了材料在动态加载下损伤演化过程及破坏。实验结果表明：该难熔高熵合金在准静态压缩条件下具有良好的塑性，在0.001～3500s-1应变率范围内，HfZrTiTaAl系高熵合金具有应变率效应，屈服强度从1140MPa增加到1568MPa。数值模拟表明了在高应变率加载下试样的损伤主要集中在与加载方向呈45°的断面上，且在试样中间的单元损伤程度大于试样两侧单元的损伤程度。随着加载应变率的增大，损伤度大于0.8的单元占试样总单元的百分比也逐渐增大。

关键词：高熵合金动态力学性能 Johnson-Cook本构模型损伤演化有限元模拟

水介质中丝阵脉冲放电冲击相变铯铅溴钙钛矿研究

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兵工学报 2024年

作者：张雪迎高鑫肖泽琦刘开源岳丽丹秦智奇陈鹏万北京理工大学机电学院北京理工大学唐山研究院北京理工大学材料学院北京理工大学郑州研究院

利用水介质中柱面铜丝阵脉冲放电，产生柱面汇聚冲击波，开展冲击相变铯铅溴钙钛矿(CsPbBr3)研究。通过调节充电电压，实现冲击压力的调控，对CsPbBr3粉体进行不同压力的冲击处理，并回收样品。对回收样品进行的多种分析表征结果表明：... 详细信息

利用水介质中柱面铜丝阵脉冲放电，产生柱面汇聚冲击波，开展冲击相变铯铅溴钙钛矿(CsPbBr3)研究。通过调节充电电压，实现冲击压力的调控，对CsPbBr3粉体进行不同压力的冲击处理，并回收样品。对回收样品进行的多种分析表征结果表明：在适当的冲击压力下（高于2 GPa），脉冲放电冲击波能引起CsPbBr3粉体的相变，并实现回收。另外，亦可在回收样品中发现，晶粒细化、晶格畸变、纳米缺陷等冲击波处理后的典型现象。表明水介质中柱面丝阵脉冲放电技术是一种可控的汇聚冲击波加载技术，提供了一种冲击相变加载的新方法。

关键词：钙钛矿脉冲放电冲击波汇聚增压冲击相变

装甲车辆多模态交互和环境负荷对乘员任务绩效的影响

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兵工学报 2024年

作者：栾可迪郭保桥魏中亮谷源森王岗亭邓丽莎陈鹏万北京理工大学爆炸科学与安全防护全国重点实验室北京理工大学先进结构技术研究院中国北方车辆研究所

随着信息技术的进步，装甲车辆的人机交互方式不断更新，为探究新型多模态交互下乘员的任务绩效，指导未来装甲车辆多模态操作、告警方式的设计，建立一套可集成多模态交互、可调节环境负荷大小的新型人机交互实验系统。基于该系统，招... 详细信息

随着信息技术的进步，装甲车辆的人机交互方式不断更新，为探究新型多模态交互下乘员的任务绩效，指导未来装甲车辆多模态操作、告警方式的设计，建立一套可集成多模态交互、可调节环境负荷大小的新型人机交互实验系统。基于该系统，招募20名成年男性开展了操作（输入）方式、告警（输出）方式和环境负荷水平的三因素工效学实验。在虚拟实验平台中完成不同实验条件下的模拟击打目标的实验，分析被试的任务绩效。实验结果表明：相对于在触屏输入或语音输入下，机械输入下乘员的反应时间最短，但乘员操作错误率最高；机械输入和触屏输入下乘员的任务完成时间远优于语音输入；相对于单模态视觉（V）告警，叠加了触觉（T）告警的V+T双模态告警会显著缩短乘员反应时间，而叠加了听觉（A）告警的V+A告警会则无明显差异；V+T或V+A双模态告警可以显著缩短乘员任务完成时间；对于环境负荷的影响，低环境负荷下乘员任务绩效明显高于高环境负荷；随着环境负荷的增加，V+T 告警中叠加A告警会造成告警冗余。该研究可为装甲车辆舱室多模态人机交互设计提供实践依据。

关键词：装甲车辆乘员多模态交互环境负荷任务绩效

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SLM钛合金蜂窝结构的面内压缩力学行为

兵工学报 2023年第3期44卷 629-637页

作者：乔扬赵至诚谢晶陈鹏万北京理工大学爆炸科学与技术重点实验室北京100081 爆炸防护与应急处置技术教育部工程研究中心北京100081 北京理工大学前沿技术研究院山东济南250307

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微... 详细信息

为探究增材制造金属蜂窝结构在防护领域的潜在应用,采用激光选区融化(SLM)技术制备钛合金蜂窝试样,进行单轴面内压缩力学实验,在平台段出现了周期压溃卸载现象,这不同于传统的塑性/脆性材料蜂窝平台段特征;结合数字摄像机和扫描电子显微镜,分析结构变形模式与断口破坏机理;基于参数化有限元数值分析,研究壁厚对蜂窝结构压溃卸载的影响规律。研究结果表明:SLM技术制备的钛合金蜂窝试样打印精度高,力学性能差异小;钛合金蜂窝结构面内受压时,结构剪切带区域蜂窝边连接处断裂造成结构应力-应变曲线周期性压溃卸载;破坏处断口可观察到明显的韧窝,呈现明显的塑性破坏形貌;壁厚减薄可以有效增大破坏时蜂窝短边的旋转角度,降低最小弯曲半径,从而显著改善压溃卸载现象,提升结构承载稳定性。

关键词：蜂窝钛合金激光选区融化面内压缩有限元模拟

含缺陷分布的β-HMX单晶动态拉伸变形及破坏机理

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兵工学报 2023年第12期44卷 3872-3883页

作者：黄龙杰刘睿高飞艳陈鹏万北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081 中国电子科技集团公司第三十三研究所中国-白俄罗斯电磁环境效应"一带一路"联合实验室山西太原030032

为研究β-HMX炸药晶体内部缺陷对其力学行为的影响,采用分子动力学方法,基于Smith力场模拟含不同缺陷特征(孔隙率、孔洞数量和孔洞分布形态)的β-HMX单晶在动态拉伸下的变形、损伤及破坏过程。研究结果表明:孔隙率由1%增大至2%,β-HMX... 详细信息

为研究β-HMX炸药晶体内部缺陷对其力学行为的影响,采用分子动力学方法,基于Smith力场模拟含不同缺陷特征(孔隙率、孔洞数量和孔洞分布形态)的β-HMX单晶在动态拉伸下的变形、损伤及破坏过程。研究结果表明:孔隙率由1%增大至2%,β-HMX单晶的抗拉强度与完美单晶相比下降5.3%~11.2%,杨氏模量降低3.6%~13.4%;孔隙率不变的条件下,材料的抗拉强度会随着孔洞数量的增多而下降;当孔洞间距较小时,在拉伸过程中孔洞之间发生相互作用,导致材料的抗拉强度降低;孔洞的分布形态对β-HMX炸药单晶抗拉强度影响较为明显,不同应变率下β-HMX单晶的破坏机理具有明显差异,在5×10~9 s^(-1)拉伸应变率下孔洞周围先形成细小裂纹,裂纹逐渐扩展导致β-HMX单晶发生断裂,材料具有明显断口,在1×10^(11) s^(-1)拉伸应变率下,β-HMX单晶内部形成多条裂纹,导致材料破坏失效;获得了含缺陷分布的β-HMX单晶动态拉伸变形及破坏机理,为优化β-HMX及其混合炸药的制备工艺和提高其力学性能提供了理论依据。

关键词： β-HMX单晶 Smith力场动态拉伸缺陷特征孔洞演化破坏机制