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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:数值模拟研究了不同胶胶接的HTS40/977-2碳纤维层合板单搭接胶接接头低速冲击性能.对HTS40/977-2层合板冲击过程进行仿真,与实验对比验证了HTS40/977-2层合板材料参数的有效性.采用基于Hashin准则的本构关系模拟层合板面内损伤,采用内聚力单元模拟层合板的层间分离和胶层的失效,分别建立了Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752三种不同胶胶接接头低速冲击有限元模型,研究了胶接接头在3 J和4 J能量冲击下的失效模式和能量吸收.在失效模式方面,发现Araldite AV138、Araldite 2015 和Sikaforce 7752三种胶接接头胶层的失效模式分别为胶层完全失效、胶层部分失效和胶层未失效,三种胶接接头都出现了不同程度的层合板层间损伤,并且层间损伤依次减小.在能量吸收方面,3J能量冲击下Araldite AV138、Araldite 2015和Sikaforce 7752吸收能量分别为2.73 J、2.06 J、1.67 J,4 J能量冲击下吸收能量分别为2.91 J、2.49 J、2.26 J.仿真结果表明,在低速冲击载荷下胶接接头的失效模式和能量吸收与胶的属性密切相关.胶的韧度越低,接头损伤越严重,能量吸收越多;胶的韧度越高,接头抵抗损伤的能力越强.研究可为复合材料胶接设计与分析提供参考.
[期刊论文] 胡廷勋 胡德安
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:考虑带预制孔容器内空气的影响,采用三维FEM-SPH自适应耦合算法程序对含预制孔容器在内爆载荷作用下的动态响应过程进行了模拟,与实验所得到的破坏特征参量吻合.同时也用LS-DYNA软件中ALE算法得到的计算结果与FEM-SPH自适应耦合算法得到的结果进行比较,进一步分析了FEM-SPH自适应耦合算法的有效性.FEM-SPH自适应耦合算法能够稳定再现内爆载荷作用下含预制孔容器的爆炸鼓包过程、预制孔毁伤破坏过程以及容器内空气运动过程,可以为容器内爆问题的数值模拟研究提供有效途径.
[期刊论文] 朱婷 胡德安 王毅刚
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CSTPCD 北大核心
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摘要:PMMA俗称有机玻璃,是一种用途十分广泛的工程材料,其裂纹动态扩展及止裂是工程应用研究的难点问题.以SHPB为动态加载装置,通过实验和仿真研究了含圆孔PMMA板的单边裂纹动态扩展问题,模拟结果与裂纹动态实验结果的对比验证了仿真模型的有效性.在此基础上,研究了PMMA板中的圆孔半径、预裂纹长度、止裂孔半径、止裂孔与裂纹尖端竖直位移等因素对裂纹扩展的影响.研究结果表明,圆孔半径和预裂纹长度对裂纹的起始扩展时间有明显影响,在裂纹尖端设置止裂孔可以有效地抑制裂纹的扩展,并且止裂孔半径、止裂孔与裂纹尖端竖直位移对止裂效果有显著影响.本文研究结果对PMMA材料工程应用有一定的参考价值.
[期刊论文] 安朴艳 庄晨 胡德安
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CSTPCD 北大核心
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摘要:针对颗粒物在通风管道内的沉积导致室内空气污染的问题,为了明确沉积颗粒的运动规律,采用湍流雷诺应力模型和拉格朗日l随机轨道模型,对竖直通风管道内粒径为5~200μm的颗粒运动和沉积特性进行了数值仿真,分析了风速、流动方向、重力和升力对颗粒沉积的影响.结果表明:对于粒径小于80μm的颗粒,风速越大沉积速度越小,流动方向、重力和升力对沉积影响极小;对于粒径大于80μm的颗粒,风速对沉积速度影响较小,向下流的沉积速度大于向上流的,重力使沉积速度减小,升力使沉积速度增加.研究结果为管道清洗、颗粒沉积控制及提高室内空气品质提供了理论依据和参考.
[期刊论文] 胡德安 韩旭 万德涛
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EI CSTPCD 北大核心
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摘要:提出了一种光滑积分伪弱形式,将光滑积分拓展至被积函数非偏导项求解。结合光滑应变技术和伪弱形式,可实现有限元系统方程统一光滑积分求解,即对刚度矩阵和质量矩阵中的应变矩阵和形函数矩阵均可进行光滑积分处理,并转化为光滑子域的边界积分。光滑积分伪弱形式与光滑应变技术比较,增加了形函数矩阵不定积分处理过程,且没有降低有限元求解对形函数连续性的要求。不过,伪弱形式改变了单元积分的求解形式,连续质量矩阵求解也无需坐标映射和雅可比矩阵计算。以轴对称二维问题为研究对象,结果表明极度不规则三角形和四边形单元光滑积分伪弱形式在静态和动态有限元方程求解中也具有很好的精度。
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北大核心 CSTPCD CSCD EI CBST
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摘要:为了解决传统基于网格的数值方法在模拟线性聚能射流问题时因大变形而导致网格畸变使计算难以进行的问题,通过自编程实现的光滑粒子法(SPH)对不同药型罩线性聚能装药射流形成及其侵彻金属靶板的过程开展了数值模拟研究,所实现的算法可以为线性聚能射流数值模拟研究提供新途径。所开展的研究首先基于已有的线性聚能射流试验模型进行模拟分析,采用 SPH 方法有效实现了线性聚能射流的形成过程,数值模拟获得的射流头部速度与试验比对误差在10%以内。然后建立了装药质量、药型罩质量和装药横截面宽度相同的前提下不同药型罩线性聚能射流模型,数值模拟获得不同药型罩形成的射流特征以及侵彻金属靶板的开口宽度和侵彻深度随时间的变化规律。研究得到的不同药型罩线性聚能射流形成及后效侵彻规律可为线性聚能射流的设计提供参考。
[期刊论文] 张利轩 卿宏军 胡德安
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北大核心 CSTPCD CSCD
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摘要:裂纹位置和尺寸等是工程监测需掌握的非常重要的信息.光滑扩展有限元是近年来发展起来的一种模拟裂纹的有效方法,即使采用极度不规则单元仍可获得精确的模拟结果,无需单元“质量”要求.因此在单元自动划分方面具有突出的优势,这一特点也使得该方法适用于裂纹反求过程的实时调用和含裂纹仿真模型的网格自动划分.研究基于光滑扩展有限元的不确定反求方法,用于识别平面弹性板中直裂纹位置和尺寸参数,即采用光滑扩展有限元法进行拉伸工况的正问题分析,通过测量平板边缘的节点位移建立优化模型,调用遗传算法实现裂纹参数的反求.反求过程中将材料的弹性模量和Poisson(泊松)比作为区间不确定变量,采用一阶Taylor(泰勒)公式实现了平板裂纹参数的不确定性反求.
[期刊论文] 杨刚 郑建民 胡德安
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北大核心 CSTPCD CSCD EI CBST
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摘要:采用自编程实现的二维轴对称FE-SPH藕合算法对含铝炸药在混凝土介质中的爆炸响应过程进行模拟研究.含铝炸药的爆炸过程采用JWL方程结合Miller反应率方程来描述,同时采用粒子接触算法避免爆炸响应后转化的SPH粒子点间形成堆积及非物理穿透.对不同含铝量的高能炸药在不同埋深下爆炸响应过程进行模拟,通过对混凝土的毁伤及预设动能杆的运动分析,结果表明,所实现的FE-SPH耦合算法能够稳定再现含铝炸药爆炸对混凝土介质的破坏响应过程,并且响应的特征参量也与实验数据吻合.
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北大核心 CSTPCD CSCD EI CBST
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摘要:SPH方法在高速冲击模拟中具有优势并已得到广泛使用,但其相邻粒子搜索非常耗时,其实际应用受计算效率制约。为了提高计算效率,采用一种改进的 Point-In-Box(PIB)搜索法进行相邻粒子搜索。利用基于该相邻粒子搜索法的 SPH 方法,模拟了泰勒杆、平头弹撞击钢板等一系列高速冲击问题。计算结果表明:SPH 方法能有效地模拟冲击过程中的大变形、绝热剪切破坏等现象,模拟结果与实验结果符合良好;同时,与传统相邻粒子搜索法相比,应用改进的PIB 搜索法使 SPH 方法的计算效率得到明显提高。
[期刊论文] 胡德安 孙占华 朱婷
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北大核心 CSTPCD CSCD CA EI CBST
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摘要:鉴于有限元算法不能有效地模拟侵彻过程所产生的金属碎片,本文中基于三维自适应FE-SPH耦合算法的基本理论,自主开发了模拟多层间隔金属靶侵彻问题的三维FE-SPH耦合计算程序.该程序采用四面体单元对多层间隔金属靶侵彻模型进行初始离散,计算过程中,当四面体单元等效塑性应变超过某一设定值时,单元自动转化为SPH粒子,并引入有限单元-粒子接触算法和耦合算法,实现大变形和破碎区域采用SPH方法计算,克服有限元法单元畸变存在的问题.多层间隔靶侵彻算例分析表明,三维FE-SPH耦合计算程序采用等效塑性应变作为转化判据计算结果较稳定,并且能够有效地再现侵彻过程中所产生的碎片,能够模拟侵彻碎片对后层靶的毁伤效应.
[期刊论文] 胡德安
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CBST
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摘要:采用LS-DYNA软件中的拉格朗日有限元方法,对不同头部形状子弹侵彻钢板问题进行了三维数值模拟研究,并与实验结果进行比较分析,结果表明:平头、圆头、尖头子弹侵彻剩余速度计算结果与实验结果吻合较好,相对误差都在10%以内,从而验证了数值分析模型的有效性。在此基础上分别计算了入射速度为400m/s、500m/s、600m/s和倾角分别为50°、55°、60°、65°、70°、75°状态下的平头、圆头、尖头子弹侵彻圆形钢板模型,得出了不同头部形状跳弹规律、跳弹临界角范围、侵彻过程所消耗的动能,为子弹头部形状设计提供了参考。
[专利] 发明专利 CN201710506219.2
湖南大学 2017-11-10
摘要:本发明涉及一种可穿戴式外骨骼支架系统,技术方案是:支架系统包括支架系统、驱动系统、浮力系统和呼吸系统,所述支架系统是一种框架结构,框架由铝合金一体成型或通过铝板搭接再焊接的方式制成。支架系统可制成背心结构,方便使用者穿戴;所述驱动系统包括支撑架与环形夹持装置,二者均附在支架上;所述浮力系统在支架系统的基础上,充分利用框架空间,填充浮力材料;所述呼吸系统包括安放氧气瓶的环形夹持装置。本发明目的在于开发出一种能辅助人体在水下活动的外骨骼,使得人体在水下活动时,游动速度更快且省力。
摘要:为提高光滑粒子(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)法模拟轴对称固体冲击的计算效率,将三维模型简化到二维轴对称平面上;为避免在构造轴对称SPH法过程中对光滑函数进行环向积分,在传统SPH法的基础上通过直接离散的方式,利用导数关系式与SPH法的近似特性,构造在轴对称柱坐标系下具有对称形式的粒子近似方程组.以泰勒杆冲击为例,将该方法的计算结果与实验以及商业软件得到的结果进行对比分析,验证所构造的轴对称SPH法的可靠性和正确性.
[专利] 发明专利 CN201710302877.X
湖南大学 2017-07-11
摘要:本发明涉及一套集协同变形夹具为一体的防弹装甲板装置,该装置包括装甲板1、协同变形夹具2、铆钉3和螺栓4;装甲板1为双层陶瓷层并以复合材料作为背板的装甲板,包括第一层圆柱形陶瓷拼接层5,第二层正方形陶瓷拼接层6,复合材料背板为超高分子量聚乙烯层合板7,各层之间用胶粘剂胶结,装甲板1和协同变形夹具2的四边通过铆钉铆接在一起,当装甲板受到子弹射击时,具有弱化凹槽的协同变形夹具2能够随背板一起变形。本发明不仅使得双层陶瓷面板都没有防弹的薄弱区,协同变形夹具能够提高背板的支撑能力,陶瓷复合装甲板的整体防弹性能能够得到明显的提高,同时此种装甲板也方便安装和更换。
[专利] 发明专利 CN201610954852.3
湖南大学 2017-04-05
摘要:本发明公布了一种兼顾高速摄影仪触发功能的激光测速装置,包括测速通道、激光发射器、激光接收器、电源、示波器、高速摄影仪和电脑。所述测速通道固定在弹丸发射装置的出口处,激光发射器和激光接收器对称的固定在测速通道上,激光接受器的测速信号输出端接入示波器的输入端,示波器的信号输出端接入高速摄影仪,高速摄影仪通过接收示波器发出的信号来触发,能实现高速摄影仪的自动触发,可以通过读取示波器上的波形来计算弹丸的速度。可实现弹丸侵彻靶板的摄影观察和测速功能,并且准确性高,可重复利用。
[期刊论文] 肖毅华 胡德安 韩旭 杨刚
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北大核心 CSTPCD CSCD CA EI CBST
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摘要:为了准确、高效地模拟高速冲击问题,提出了一种自适应轴对称有限元(FEM)-光滑粒子流体动力学(SPH)耦合算法.该算法在初始时刻全部采用FEM计算,在动态变形过程中自动将畸变单元转化为粒子,采用SPH计算.该算法采用一种新的耦合算法实现单元与粒子间的高精度耦合,并应用最小内角转化准则和单元分组转化方式实现单元向粒子的自动转化.计算了几个典型的高速冲击问题:首先,通过计算应力波传播测试了新的单元-粒子耦合算法的精度;然后,通过计算泰勒杆问题验证了自适应耦合算法及相应程序的正确性;最后,计算了弹体侵彻铝板和混凝土板.结果表明:自适应耦合算法计算精度好且效率高,适合模拟高速冲击问题.
摘要:基于人体CT图像,建立了股骨和颅骨的三维模型。采用无单元伽辽金法分析了人体股骨和颅骨生物力学冲击问题。在给定工况下,得到了股骨的应力峰值,考察了峰值出现的位置,讨论了颅骨在不同冲击速度作用下的响应。无单元伽辽金法与有限元法计算结果在峰值大小及其随速度变化趋势上均吻合较好。计算结果表明:无单元伽辽金法处理骨骼等复杂的生物力学模型简洁方便,计算结果稳定。
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北大核心 CSTPCD CSCD
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摘要:研究汽车装用空气弹簧刚度优化问题,活塞形状对膜式空气弹簧刚度特性的影响较大.为了提高整车的平顺性能,建立空气弹簧简化模型,得到圆台和倒圆台活塞形状下空气弹簧的有效承载半径影响因素.利用ABAQUS软件建立安装圆柱、圆台和倒圆台活塞的空气弹簧有限元模型进行,研究了不同圆台角下圆台活塞空气弹簧的刚度特性.仿真结果表明,在一定范围内,圆台角度越大,空气弹簧刚度也越大,证明与理论分析吻合,并对空气弹簧的设计和匹配具有一定的指导意义.
[期刊论文] 杨刚 胡德安 韩旭
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CBST
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摘要:应用AUTODYN商业软件对装药在混凝土靶介质中的爆炸过程进行数值模拟,对比了混凝土中爆炸模拟的不同方法。将各数值方法模拟得到的混凝土毁伤特征尺寸与相关实验数据进行比较,研究了各数值方法的准确性及描述混凝土毁伤特征的可靠性参数。结果发现:Euler算法计算的压力最大,SPH和Lagrange耦合算法计算的压力最小;Euler算法和SPH算法计算的压力衰减过程会发生比较显著的扰动。以不同的平均网格尺寸对数值模拟结果的影响分析了各种数值方法的稳定性。比较靶体上同一测点的压力时间历程表明网格变化对测点处压力影响不大。通过应用各种数值方法模拟再现混凝土中的爆炸过程,揭示了各种方法的优缺点,明确了现有商业软件模拟混凝土中爆炸的适用性。
[期刊论文] 张伟 胡德安 韩旭 谭柱华
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北大核心 CSTPCD CSCD CA EI CBST
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摘要:采用自编三维SPH程序对弹体侵彻陶瓷/金属复合装甲问题进行了数值模拟.为了描述金属和陶瓷材料非线性变形及损伤特性,在程序中嵌入Johnson-Cook和Johnson-Holmquist Ⅱ本构模型及Mie-Gruneisen状态方程.SPH计算得到的典型位移随时间变化曲线与实验结果吻合较好.通过数值模拟合理再现了弹体侵蚀、陶瓷锥形成、飞溅和背板隆起撕裂等物理过程.研究了倾角对复合装甲抗侵彻性能的影响,结果表明,存在一个最优的靶板倾角,使得陶瓷/金属复合装甲的抗侵彻性能最佳.
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