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考虑晶体取向的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金动态力学性能研究

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 2-26页

作者：陈嘉琳李述涛陈叶青军事科学院国防工程研究院北京100036

鉴于高熵合金材料(high-entropy alloy,HEA)在高应变率动态响应下呈现不同的破坏模式及力学性能,其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释,需从微观角度研究其动态响应过程中的原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制,为优化HEA... 详细信息

鉴于高熵合金材料(high-entropy alloy,HEA)在高应变率动态响应下呈现不同的破坏模式及力学性能,其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释,需从微观角度研究其动态响应过程中的原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制,为优化HEA防护材料的加工工艺、制备方法等提供参考。利用分子动力学模拟的方法,设计了[100]、[110]和[111]等3种取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金在不同应变率下的压缩、拉伸及冲击试验,分析了动态响应过程中原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制。压缩试验中:[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[111]的次之,[100]的最低;[100]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金主要的变形机制为孪晶变形,[110]的为滑移变形,[111]的为位错变形。拉伸试验中:[111]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高,[100]的次之,[110]的最低;[100]取向结构Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金拉伸过程中孪晶结构较多,[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金产生较规则的密排六方结构滑移面,[111]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金不会产生任何滑移面。随着应变率的升高,3种取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金压缩和拉伸屈服强度均大幅度提高,对应伸长量增大。较低应变率(1×109 s^(−1))下的塑性变形机制主要为滑移变形,但滑移系较少;中应变率(1×10^(10)s^(−1))下的塑性变形机制是以滑移为主的变形机制,但滑移系较多;高应变率(1×10^(11)s^(−1))下的塑性变形机制是由原子排列无序化的非晶原子诱导的变形。[110]取向结构的Al_(0.3)CoCrFeNi高熵合金的抗冲击性能最好,与其具有最高的屈服强度,并且在屈服结束阶段也能保持最高的应力有关。

关键词：晶体取向高熵合金变形机制微观演变分子动力学

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配筋对超高性能混凝土抗爆性能的影响

工程力学 2023年第S01期40卷 98-107页

作者：陈龙明李述涛陈叶青朱擎军事科学院国防工程研究院北京100036

爆炸荷载作用下,超高性能混凝土(UHPC)防护结构的内部配筋形式对抗爆性能具有显著影响。该文利用数值方法研究不同配筋形式对超高性能钢筋混凝土抗爆性能的影响。使用试验结果验证数值建模方法和材料参数的可靠性,建立32个不同钢筋直径... 详细信息

爆炸荷载作用下,超高性能混凝土(UHPC)防护结构的内部配筋形式对抗爆性能具有显著影响。该文利用数值方法研究不同配筋形式对超高性能钢筋混凝土抗爆性能的影响。使用试验结果验证数值建模方法和材料参数的可靠性,建立32个不同钢筋直径和间距的炸药-空气-UHPC-钢筋数值模型,通过分析结构的局部破坏和背爆面位移,给出近爆作用下不同配筋形式的超高性能钢筋混凝土结构抗爆特性。研究表明:不同配筋率下,钢筋-UHPC结构的动态损伤规律具有相似性;配筋率相同时,钢筋直径是影响结构抗爆性能的主要因素。局部加载时,采用细钢筋的UHPC结构抗爆性能优于粗钢筋,其中均匀布筋效果最优。而整体加载时,不同配筋方式的UHPC结构损伤差异较小。

关键词：超高性能混凝土爆炸钢筋直径钢筋间距配筋率

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基于体积填充法的弹体侵爆一体毁伤效应研究

振动与冲击 2023年第12期42卷 194-204页

作者：李述涛魏万里陈叶青陈龙明军事科学院国防工程研究院北京100036

弹体侵爆一体试验很难区分侵彻和爆炸两种荷载的毁伤权重,目前亦未有较成熟的方法模拟弹体侵彻动爆一体的全过程。针对此问题提出一种基于体积填充法的弹体侵爆一体数值模拟方法,在背景网格中通过体积填充生成炸药材料,同时赋予其与弹... 详细信息

弹体侵爆一体试验很难区分侵彻和爆炸两种荷载的毁伤权重,目前亦未有较成熟的方法模拟弹体侵彻动爆一体的全过程。针对此问题提出一种基于体积填充法的弹体侵爆一体数值模拟方法,在背景网格中通过体积填充生成炸药材料,同时赋予其与弹壳相同的初始速度,设置流固耦合算法约束弹壳与炸药协同变形和运动,同步侵彻目标介质后静态或动态起爆炸药。利用经验公式对惰性弹侵彻过程进行了模型验证,完成了侵彻静爆一体和侵彻动爆一体全过程数值模拟,给出混凝土介质内部压力场、表面成坑和成坑深度的变化规律,量化分析了侵爆一体过程中侵彻和爆炸两种荷载的毁伤权重。结果表明:当侵彻静爆一体时,目标介质内未消散的侵彻波场会与爆炸冲击波场叠加,其压力峰值较侵彻后装药静爆的单一爆炸波场有所提高,但不明显;当侵彻动爆一体时,炸药的动爆效应使得介质内爆炸冲击波场呈现出不规则的球形分布,速度方向峰值压力提高20%以上,在固定着靶速度的情况下,起爆时间越晚,表面成坑越小,成坑深度越大;在固定起爆深度的情况下,着靶速度越大,表面成坑越小,成坑深度越大。

关键词：体积填充法侵彻静爆一体侵彻动爆一体动爆效应数值模拟

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战斗部动态爆炸破片威力场综述

兵工学报 2023年第S01期44卷 1-8页

作者：姜金佐徐翔云任王军于潇么梅利军事科学院国防工程研究院北京100036

长期以来,战斗部动态爆炸破片威力场得到了研究学者们的关注,动爆作用下破片的速度、质量和密度等参数得到了重点研究,尤其战斗部静爆、动爆之间的关联性、差异性问题研究是热点之一。为深入探讨杀爆战斗部动爆破片威力场研究进展,通过... 详细信息

长期以来,战斗部动态爆炸破片威力场得到了研究学者们的关注,动爆作用下破片的速度、质量和密度等参数得到了重点研究,尤其战斗部静爆、动爆之间的关联性、差异性问题研究是热点之一。为深入探讨杀爆战斗部动爆破片威力场研究进展,通过总结现有相关文献研究焦点,阐述了影响破片速度场、破片质量分布场、破片飞散方向及破片飞散密度的主要因素,并指出了现有文献在分析相关因素时存在的问题、难点及下一步发展方向;其中重点分析了战斗部自身运动条件对破片威力场分布的影响,并对当前该领域研究中面临的困难进行了探讨,进而提出了下一步研究工作的建议:发展完善动爆试验测试技术、完善战斗部动爆破片威力场理论模型以及优化战斗部动爆作用过程数值模拟技术。

关键词：战斗部动态爆炸破片

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配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响

工程力学 2023年第S01期40卷 62-73,91页

作者：朱擎李述涛陈叶青军事科学院国防工程研究院北京100036

根据钻地武器侵彻有配筋超高性能混凝土(UHPC)的实际背景,该文通过数值模拟方法研究了配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响。通过弹体侵彻素UHPC靶标的试验数据验证了数值模型和材料参数的可靠性,通过量纲分析确定了钢筋直径d、钢筋... 详细信息

根据钻地武器侵彻有配筋超高性能混凝土(UHPC)的实际背景,该文通过数值模拟方法研究了配筋对超高性能混凝土抗侵彻性能的影响。通过弹体侵彻素UHPC靶标的试验数据验证了数值模型和材料参数的可靠性,通过量纲分析确定了钢筋直径d、钢筋平面间距sh和层间距sv是影响配筋的主要因素,对300 m/s和600 m/s弹体侵彻不同钢筋间距和直径的UHPC靶标工况进行了计算分析,研究了相同配筋率情况下不同配筋形式对侵彻深度的影响。结果表明:钢筋能够有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能,侵彻深度和表面成坑直径与钢筋间距正相关,与钢筋直径负相关;在相同的配筋率下,采用小间距、小直径的配筋方式比大间距、大直径的配筋方式更能有效提升超高性能混凝土的抗侵彻性能。

关键词：超高性能混凝土侵彻钢筋直径钢筋间距配筋率

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弹体侵彻超高性能混凝土反弹效应理论初探

爆炸与冲击 2023年第9期43卷 89-103页

作者：朱擎李述涛陈叶青马上军事科学院国防工程研究院北京100036

为了探究弹体在侵彻超高性能混凝土过程中弹体出现的反弹现象,基于空腔膨胀理论,分析了弹体从侵彻到反弹全过程的受力情况;分别以一维弹性杆弹性势能模型和一维应力波模型为理论基础,推导得到两种反弹速度的解析解,分析了影响反弹速度... 详细信息

为了探究弹体在侵彻超高性能混凝土过程中弹体出现的反弹现象,基于空腔膨胀理论,分析了弹体从侵彻到反弹全过程的受力情况;分别以一维弹性杆弹性势能模型和一维应力波模型为理论基础,推导得到两种反弹速度的解析解,分析了影响反弹速度的物理量;通过数值模拟复现了弹体反弹现象,验证了理论模型的合理性,数值计算结果和两种解析解吻合良好。研究表明:侵彻阻力使弹体积累变形势能,侵彻结束后变形势能释放造成弹体反弹;反弹初速与着靶速度无关,与靶体材料的屈服强度和弹头形状系数等成正比,与弹体弹性模量和密度成反比。

关键词：弹体侵彻超高性能混凝土反弹效应理论模型

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流体弹塑性理论模型的历史意义和发展前景

力学学报 2022年第8期54卷 2075-2084页

作者：邓国强杨秀敏军事科学院国防工程研究院北京100850

郑哲敏与合作者一起创建的流体弹塑性理论,是研究强作用下物质力学行为特征的一门基础工程科学.该理论从创建至今近60年,经历了模型化、软件化、工程化等发展阶段,日臻成熟,从中研发出的系列工程化模型,对解决强爆炸效应等科学计算难题... 详细信息

郑哲敏与合作者一起创建的流体弹塑性理论,是研究强作用下物质力学行为特征的一门基础工程科学.该理论从创建至今近60年,经历了模型化、软件化、工程化等发展阶段,日臻成熟,从中研发出的系列工程化模型,对解决强爆炸效应等科学计算难题,起到了核心支撑作用.具体工程应用中,尚须进一步发展,需要做到:完善的理论能真实反映岩石力学多变行为、成熟的模型能全面描述强作用下岩石破坏过程、新型计算框架能满足基础理论普适性要求、多种材料试验能提供仿真全方位数据需求、破坏分区能精细刻画常规侵彻爆炸破坏特征.做到上述内容,需继续完善该理论模型,建立起国家层面的工程化构架和标准,并研发可外挂到数值仿真软件系统的流体弹塑性模型软件包和相应数据库.

关键词：历史意义发展前景流体弹塑性理论模型工程化强作用

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一种双面感压式光纤土压力传感器

兵工学报 2023年第S01期44卷 132-137页

作者：周会娟余尚江陈晋央陈显孟晓洁军事科学院国防工程研究院河南洛阳471023

针对现有的光纤光栅式土压力传感器易因光栅受力不均匀而导致光栅反射谱展宽甚至出现啁啾而降低测量精度等问题,基于菱形金属框架结构和金属化光纤光栅设计制作了一种双面感压式土压力传感器,将光纤光栅直接焊接固定在菱形金属结构对角... 详细信息

针对现有的光纤光栅式土压力传感器易因光栅受力不均匀而导致光栅反射谱展宽甚至出现啁啾而降低测量精度等问题,基于菱形金属框架结构和金属化光纤光栅设计制作了一种双面感压式土压力传感器,将光纤光栅直接焊接固定在菱形金属结构对角线的两端,通过菱形金属结构将外界压力放大后作用于光栅两端,使得光栅栅区始终处于悬空且均匀受力状态,避免了光栅受力不均匀导致的光谱展宽及啁啾现象,采用焊接工艺避免了胶粘带来的蠕变、老化、失效等问题,保证了传感器较高的测量精度和较好的长期稳定性。理论分析和实验结果表明,研制的光纤式土压力传感器波长-压力灵敏度系数约为624 pm/MPa,量程为3.5 MPa。

关键词：土压力传感器光纤光栅菱形金属结构双面感压

考虑晶体取向的AlCoCrFeNi高熵合金动态力学性能研究

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爆炸与冲击 2023年

作者：陈嘉琳李述涛陈叶青军事科学院国防工程研究院

鉴于高熵合金材料(high-entropy alloy， HEA)在高应变率动态响应下呈现不同的破坏模式及力学性能，其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释，需从微观角度研究其动态响应过程中的原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制，为优... 详细信息

鉴于高熵合金材料(high-entropy alloy， HEA)在高应变率动态响应下呈现不同的破坏模式及力学性能，其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释，需从微观角度研究其动态响应过程中的原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制，为优化HEA防护材料的加工工艺、制备方法等提供参考，利用分子动力学模拟的方法，设计了[100]、[110]和[111]等3种取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金在不同应变率下的压缩、拉伸及冲击试验，分析了动态响应过程中原子结构变化、位错分布变化、演变机理及变形机制。压缩试验中：[110]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高，[111]的次之，[100]的最低；[100]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金主要的变形机制为孪晶变形，[110]的为滑移变形，[111]的为位错变形。拉伸试验中：[111]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金的屈服强度最高，[100]的次之，[110]的最低；[100]取向结构Al0.3CoCrFeNi高熵合金拉伸过程中孪晶结构较多，[110]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金产生较规则的密排六方结构滑移面，[111]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金不会产生任何滑移面。随着应变率的升高，3种取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金压缩和拉伸屈服强度均大幅度提高，对应伸长量增大。较低应变率(1×109s-1)下的塑性变形机制主要为滑移变形，但滑移系较少；中应变率(1×1010s-1)下的塑性变形机制是以滑移为主的变形机制，但滑移系较多；高应变率(1×1011s-1)下的塑性变形机制是由原子排列无序化的非晶原子诱导的变形。[110]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金的抗冲击性能最好，与其具有最高的屈服强度，并且在屈服结束阶段，也能保持最高的应力有关。

关键词：晶体取向高熵合金变形机制微观演变分子动力学