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冲击作用下CFRP筋粘结式锚固系统力学性能的试验研究

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复合材料学报 2022年第11期39卷 5287-5299页

作者：方志奉礼鑫方亚威王志伟蒋正文湖南大学土木工程学院长沙410082 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082 中复碳芯电缆科技有限公司连云港222069

为明确纵向冲击作用下碳纤维增强树脂复合材料(Carbon fiber-reinforced polymer,CFRP)筋粘结式锚固系统的力学性能,以锚固长度(50 mm、100 mm、150 mm、200 mm)为参数,对8组共计24个采用超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)作为粘结介质的CFRP压纹筋及其粘结式锚具组装件进行了静力拉拔和纵向冲击试验。试验结果表明:较短锚固长度(50 mm、100 mm和150 mm)下,静力和冲击试件均发生CFRP筋拔出的滑移破坏,但静力作用下试件的滑移破坏由筋材表面肋的剪切破坏导致,而冲击作用下试件的滑移破坏是CFRP筋材整体滑出所致。当锚固长度提高至200 mm时,静力试件发生CFRP筋拉伸爆裂破坏,而冲击试件仍发生滑移破坏。随着锚固长度由50 mm提高至100 mm和150 mm,锚固系统的静态平均粘结强度分别提高27.1%和47.5%,动态平均粘结强度分别提高27.4%和37.8%;当锚固长度增大至200 mm时,试件的动态平均粘结强度较锚固长度为50 mm试件增大48.3%。相比于静力拉伸试件,冲击作用会显著降低锚固系统的粘结强度,在应变率为1.62~2.03 s^(-1)时,动态平均粘结强度较相应的静态强度降低约53%。此外,建立了冲击作用下CFRP筋粘结式锚具动态平均粘结强度及临界锚固长度的实用计算公式。

关键词：碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)筋超高性能混凝土(UHPC) 粘结式锚具冲击粘结强度

冲击波诱发含孔Mg-3Al-1Zn合金位错形核及演化行为研究

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力学学报 2022年第9期54卷 2460-2471页

作者：杨晓悦徐爽刘立胜武汉理工大学理学院工程结构与力学系武汉430070 武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室武汉430070 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室武汉430070

由于汽车和航空航天领域对轻量化材料的需求,镁及其合金因其具有低密度、高强度等一系列优点而拥有难以替代的地位.目前,Mg-3Al-1Zn合金是目前应用最广泛的一种商用镁合金,研究其在冲击载荷作用下的变形机理和冲击响应,对促进镁合金在... 详细信息

由于汽车和航空航天领域对轻量化材料的需求,镁及其合金因其具有低密度、高强度等一系列优点而拥有难以替代的地位.目前,Mg-3Al-1Zn合金是目前应用最广泛的一种商用镁合金,研究其在冲击载荷作用下的变形机理和冲击响应,对促进镁合金在汽车和航空航天领域的应用具有重要意义.本文针对[0001]和[1010]两种不同冲击晶向,采用分子动力学方法讨论了含有圆柱形孔洞的Mg-3Al-1Zn合金模型在冲击波作用下孔洞表面位错形核与演化的过程.研究表明,孔洞附近滑移系的激活强烈依赖于冲击晶向,当沿着[0001]晶向冲击时,基面位错在孔洞表面优先形核,随后沿着与之前21°的夹角方向滑移形成一个大角度晶界;对于[1010]晶向的冲击,孔洞附近的变形最初由柱面位错主导,随后大量的基面位错分布在孔洞周围.基于应力波理论进一步讨论了冲击波前沿导致的孔洞附近晶格转向行为,发现孔洞表面的反射等容波(SV)决定了孔洞表面位错的形核位置和滑移方向,而反射无旋波(P)决定了孔洞附近与坍缩有关的塑性变形行为.最后,结合孔洞周围应力场分布分析了两种冲击晶向下孔洞表面位错的分布规律.总的来说,本文的分子动力学模拟结果与基于应力波理论的分析、孔洞周围应力场的分析均吻合较好,获得了孔洞附近的位错形核及演化规律.

关键词：分子动力学合金冲击位错形核

落石连续冲击下废弃混凝土垫层宏细观缓冲机制研究

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岩土力学 2022年第10期43卷 2698-2706页

作者：苏宇宸王媛唐辉明仲恒李欣刘超福吕亚茹河海大学力学与材料学院江苏南京210098 河海大学水利水电学院江苏南京210098 中国地质大学(武汉)工程学院湖北武汉430074

棚洞等刚性防护结构中具有良好缓冲性能的垫层材料可以有效削减冲击荷载,提高结构抗冲击能力。为研究重复冲击下再生混凝土垫层宏观缓冲性能演化规律,开展了落锤冲击试验和离散元数值模拟研究。试验结果表明,相比于石英砂垫层,首次冲击... 详细信息

棚洞等刚性防护结构中具有良好缓冲性能的垫层材料可以有效削减冲击荷载,提高结构抗冲击能力。为研究重复冲击下再生混凝土垫层宏观缓冲性能演化规律,开展了落锤冲击试验和离散元数值模拟研究。试验结果表明,相比于石英砂垫层,首次冲击下采用再生混凝土骨料垫层防护的棚洞顶板中心处传递力减小了83%,且应力分布更加均匀。随着落锤重复冲击次数增加,再生混凝土骨料和石英砂垫层缓冲性能均存在劣化现象,第6次冲击时棚洞顶板中心传递力峰值分别为首次冲击的11.2倍和1.4倍。此外,数值模拟研究结果发现,当长条状颗粒数量占比由0%增大到100%时,颗粒旋转角度和平移距离分别减小了40%和20%,落锤冲击力峰值增加了37%。颗粒形状越不规则,颗粒间咬合程度越大,限制了颗粒旋转和平移,增大了滚石冲击力和挡墙传递荷载。该研究成果可为再生混凝土骨料作为新型绿色垫层提供理论依据和工程指导。

关键词：落石冲击重复缓冲性能颗粒形状

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水翼空化瞬态特征与空化冲击关系试验研究

船舶力学 2024年第3期28卷 392-399页

作者：曹彦涛彭晓星徐良浩郑恩慧中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

舰船在高航速运行工况下空化非定常演化过程产生的冲击,是空化激励产生异响甚至空蚀的根源。实际空化流动是包含多尺度流动结构的复杂过程,涉及空化的脱落、破碎、合并以及溃灭等多重影响因素,目前对于空化冲击形成机制的认识及判别尚... 详细信息

舰船在高航速运行工况下空化非定常演化过程产生的冲击,是空化激励产生异响甚至空蚀的根源。实际空化流动是包含多尺度流动结构的复杂过程,涉及空化的脱落、破碎、合并以及溃灭等多重影响因素,目前对于空化冲击形成机制的认识及判别尚不清晰,制约了空化冲击控制措施的发展。针对上述问题,本文以扭曲水翼为对象,首先采用水翼物面蓝油涂层方法确认空化冲击的主要区域,然后利用高速相机和水听器开展空化图像与脉动信号在时域上的同步测试,分析水翼片空化脱落形成云空化过程中物面空化冲击与空化瞬态结构特征之间的关系。结果表明,对于典型片空化形成云空化的过程,高频高幅值的空化冲击是由片空化脱落后形成的云空化结构局部整体溃灭回弹现象引起,且在瞬时产生强烈的压力脉动。这一认识为工程上对空化冲击的判别和控制提供了依据。

关键词：水翼空化冲击试验研究

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非淹没双空化射流流场及冲击特性数值模拟

振动与冲击 2023年第6期42卷 31-38页

作者：李登姚致远涂翊翔刘勇巫世晶王晓笋武汉大学水射流理论与新技术湖北省重点实验室武汉430072 武汉大学动力与机械学院武汉430072 河南理工大学安全工程与科学学院河南焦作454000

空化射流具有比同等条件下普通水射流更强的冲击力,被广泛应用于各种领域。为进一步提高空化射流的工作效率,提出了新型的非淹没双空化射流。基于多相流Mixture模型和RNG k-ε输运方程,研究了双空化喷嘴中内外喷嘴径向间距D 0与出口轴... 详细信息

空化射流具有比同等条件下普通水射流更强的冲击力,被广泛应用于各种领域。为进一步提高空化射流的工作效率,提出了新型的非淹没双空化射流。基于多相流Mixture模型和RNG k-ε输运方程,研究了双空化喷嘴中内外喷嘴径向间距D 0与出口轴向间距L,以及外喷嘴来流压力P 1对射流轴线速度、压力、含气率与比能的影响,并分析了最优D 0,L,P 1组合下射流冲击平板的壁面压力分布特征。研究结果表明,当D 0=1.5 mm,且L=2 mm时射流的流场特性最优,在此结构下的最优靶距为20~25 mm。对该非淹没双空化射流冲击特性分析发现,相比于传统中心体空化喷嘴,其可产生体积更大的空化云和更好的冲击效果。研究结果可为空化射流的高效应用提供理论基础。

关键词：水射流非淹没双空化冲击流场

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火星进入舱配平翼机构展开冲击动力学分析

北京航空航天大学学报 2023年第2期49卷 422-429页

作者：杨智杰王刚赵瑞杰王春洁赵军鹏北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京100191 北京空间飞行器总体设计部北京100094 北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室北京100191

在着陆巡视器进入火星大气的过程中,配平翼机构会根据指令由收拢状态展开,并在到达指定位置后锁定,进而将进入舱配平攻角降至合理范围内,因此,其展开动力学性能对后续任务的成败至关重要。以配平翼机构功能的顺利实现为背景,研究复合材... 详细信息

在着陆巡视器进入火星大气的过程中,配平翼机构会根据指令由收拢状态展开,并在到达指定位置后锁定,进而将进入舱配平攻角降至合理范围内,因此,其展开动力学性能对后续任务的成败至关重要。以配平翼机构功能的顺利实现为背景,研究复合材料构件的冲击动力学分析方法,建立了其有限元分析模型并基于隐式动力学算法对其展开过程进行了仿真。通过与地面试验结果对比,验证了展开动力学分析模型的正确性。在此基础上,对配平翼机构进入火星大气过程中的2种气动载荷工况下的展开过程进行了分析;基于Hashin理论对碳纤维蒙皮翼板的强度进行了校核,在2种气动载荷工况下各铺层的纤维拉伸、纤维压缩、基体拉伸及基体压缩4种失效模式所对应的失效因子均处于安全范围。可对类似机构的展开冲击问题研究提供参考。

关键词：配平翼机构有限元分析展开锁定冲击 Hashin理论

痕量稀土对Super304不锈钢冲击性能的影响

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中国稀土学报 2023年第5期41卷 966-974,I0004页

作者：胡洪澳杨吉春富晓阳内蒙古科技大学材料与冶金学院内蒙古自治区高等学校冶金工程重点实验室内蒙古包头014010

为研究痕量稀土对不锈钢冲击性能的影响,对含0.00028%Ce的Super304钢进行热力学计算判断稀土夹杂物形成类别,并分别进行固溶态、固溶时效态的室温、-20℃及-40℃冲击功及显微硬度测试,采用场发射扫描电镜及能谱对钢中稀土夹杂物的影响... 详细信息

为研究痕量稀土对不锈钢冲击性能的影响,对含0.00028%Ce的Super304钢进行热力学计算判断稀土夹杂物形成类别,并分别进行固溶态、固溶时效态的室温、-20℃及-40℃冲击功及显微硬度测试,采用场发射扫描电镜及能谱对钢中稀土夹杂物的影响进行分析。热力学计算结果表明痕量稀土在实验钢中优先形成稀土硫氧化物和稀土氧化物,不形成稀土硫化物;生成稀土夹杂物的尺寸及形貌是影响冲击性能的主要因素;固溶态稀土实验钢的室温冲击功比不加稀土实验钢的平均值提高约9.9%,钢中生成圆滑细小的稀土硫氧化物是其室温冲击功提高的主要原因,加入钢中的痕量稀土有深脱氧的作用;固溶时效态两种实验钢的室温及低温冲击功数值呈现散点分布,冲击功数值没有显著差别,固溶时效态析出大尺寸的不规则稀土夹杂物对冲击性能没有明显改善。

关键词：痕量稀土不锈钢冲击夹杂

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ACP100S浮动核电站碰撞冲击响应研究

核动力工程 2023年第5期44卷 95-103页

作者：王东辉李庆张晏铭曾庆娜董磊磊中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213 国家能源海洋核动力平台技术研发(实验)中心成都610213 大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024

船舶撞击是浮动核电站核动力装置设计中的重要外部事件,对其安全性存在重大影响。本文基于核动力商船的碰撞设计研究历史,建立了适用于船舶碰撞分析的数值模拟方法并与已有试验结果进行了对比验证,利用本方法对不同场景下补给船撞击ACP1... 详细信息

船舶撞击是浮动核电站核动力装置设计中的重要外部事件,对其安全性存在重大影响。本文基于核动力商船的碰撞设计研究历史,建立了适用于船舶碰撞分析的数值模拟方法并与已有试验结果进行了对比验证,利用本方法对不同场景下补给船撞击ACP100S浮动核电站进行了仿真模拟,得到了船首撞击和舷侧撞击过程中浮动核电站关键设备处的冲击响应。计算分析结果表明,舷侧撞击过程关键设备的加速度响应大于核动力商船的设计基准载荷1g。本文研究对浮动核电站船体以及反应堆关键设备的抗冲击设计具有一定的指导意义。

关键词： ACP100S 浮动核电站碰撞冲击

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刚性弹体冲击金属网网孔的试验和数值分析

振动与冲击 2023年第23期42卷 55-64页

作者：汪敏黄祺临周帅崔廉明陆军勤务学院军事设施系重庆401311 军事地下建筑工程军队重点实验室重庆401311

根据金属网与近程武器(火箭弹、迫击炮弹)相互作用的特点,在实弹拦截试验的基础上,设计并开展了刚性弹体低速冲击金属网网孔的试验。试验表明:金属网网孔在刚性弹体冲击下横向两侧钢丝交叉节点位置存在明显接触滑移,且在冲击过程中此交... 详细信息

根据金属网与近程武器(火箭弹、迫击炮弹)相互作用的特点,在实弹拦截试验的基础上,设计并开展了刚性弹体低速冲击金属网网孔的试验。试验表明:金属网网孔在刚性弹体冲击下横向两侧钢丝交叉节点位置存在明显接触滑移,且在冲击过程中此交叉节点位置钢丝首先发生了断裂破坏,冲击后除与弹体接触部位网孔发生变形和破坏外,其余部位金属网网孔基本能恢复初始状态。结合实弹和刚性弹体低速试验现象、高强钢丝材料静动态性能试验数据等,采用LS-DYNA软件建立了精细化的金属网数值模型,开展了刚性弹体冲击金属网网孔的数值分析,数值方法可以较好的预测金属网网孔与刚性弹体间的相互作用以及金属网网孔钢丝断裂破坏现象。最后,利用数值方法对影响金属网与弹体间相互作用的因素进行了研究,结果表明:刚性弹体在冲击金属网网孔过程中受到的峰值过载力、能量损失与弹体口径和冲击速度有关,与弹体的质量关联性不大;随着弹体口径的增大,弹体受到的峰值过载力和能量损失逐渐增大;随着冲击速度的增大,弹体受到的峰值过载力逐渐增大,而弹体的能量损失逐渐减小。

关键词：刚性弹体冲击金属网网孔峰值过载力拦截