北理工陳小偉教授課題組在國際知名期刊發(fā)表系列文章
發(fā)布日期：2018-02-28 供稿：前沿交叉科學(xué)研究院
編輯：李卡 審核：王博 閱讀次數(shù)：北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院的陳小偉教授課題組長期從事復(fù)雜結(jié)構(gòu)力學(xué)、結(jié)構(gòu)沖擊動(dòng)力學(xué)、穿甲動(dòng)力學(xué)和常規(guī)武器戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)的研究工作。自2017年1月入校以來，先后在International Journal of Impact Engineering、Construction and Building Materials、Acta Mechanica Sinica等國際知名期刊發(fā)表系列研究成果。
素/鋼筋混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為研究
通過試驗(yàn)分析和細(xì)觀模擬系統(tǒng)開展了素/鋼筋混凝土的動(dòng)態(tài)力學(xué)行為研究。進(jìn)行了混凝土試件的大尺寸（ ? 120mm×100mm）SHPB實(shí)驗(yàn)，揭示并解釋了混凝土類脆性材料反射波“雙峰”現(xiàn)象和反射波尾出現(xiàn)“壓縮波段”的現(xiàn)象，觀察到不同應(yīng)變率下混凝土試件的四種典型的破壞形態(tài)，“輕微龜裂”、“破裂”、“破碎”和“粉碎”。同時(shí)分析了混凝土試件的塑性承載能力，給出了關(guān)于混凝類脆性材料SHPB實(shí)驗(yàn)不同應(yīng)變率下波形特征與試件最終破壞狀態(tài)對(duì)應(yīng)關(guān)系的相關(guān)認(rèn)識(shí)。
考慮骨料、砂漿及二者之間的ITZ創(chuàng)建了混凝土的三維三相細(xì)觀隨機(jī)骨料模型。詳細(xì)介紹了隨機(jī)多面體骨料的生成和投放方法、ITZ的生成方法以及如何通過網(wǎng)格投影法生成混凝土細(xì)觀有限元模型的過程。在實(shí)驗(yàn)和反復(fù)數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，確定了適當(dāng)?shù)幕炷羶?nèi)各成分的HJC材料模型參數(shù)。
在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了不同應(yīng)變率下Ф120×100mm混凝土試件SHPB原型實(shí)驗(yàn)數(shù)值模擬，重現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)中混凝土試件的四種典型的破壞形態(tài)的形成過程，觀察到實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的反射波“壓縮波”現(xiàn)象和“雙峰”現(xiàn)象，并預(yù)測了更高應(yīng)變率下混凝土試件的破壞形態(tài)、波形特征和應(yīng)力平衡失效。引入損傷失效體積的概念，分析了混凝土試件SHPB實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)力平衡失效與波形特征之間的關(guān)系以及應(yīng)力平衡失效后的材料行為，探討了骨料和砂漿之間的粘結(jié)層（ITZ）對(duì)波形特征的影響以及波形特征如何表征混凝土材料性能。
相關(guān)論文：
Lv TH, Chen XW*, Chen G. Analysis on the waveform features of the split Hopkinson pressure bar tests of plain concrete specimen. Int J Impact Engng, 2017;103:107-123.
Lv TH, Chen XW*, Chen G. The 3D meso-scale model and numerical tests of SHPB of concrete specimen. Construction and Building Materials, 2018;160:744-764.
超高速侵徹中彈靶材料可壓縮性的影響研究
為了系統(tǒng)研究可壓縮性在超高速長桿流體侵徹的各種彈靶組合中的作用，我們計(jì)算了強(qiáng)可壓縮彈侵徹弱可壓縮靶、彈與靶可壓縮性相當(dāng)和弱可壓縮彈侵徹強(qiáng)可壓縮靶三種工況，分析了體積應(yīng)變、內(nèi)能和強(qiáng)度對(duì)侵徹效率的影響。發(fā)現(xiàn)可壓縮性會(huì)增大彈/靶界面處的壓力；可壓縮性強(qiáng)的彈/靶材料，其體積應(yīng)變更大，且強(qiáng)度也會(huì)增大，將分別增強(qiáng)其侵徹或抗侵徹能力；而另一方面可壓縮性強(qiáng)的彈/靶材料內(nèi)能更大，會(huì)減弱其侵徹或抗侵徹能力；但體積應(yīng)變的影響最重要，最終侵徹效率往體積應(yīng)變決定的方向發(fā)展。當(dāng)彈靶材料的可壓縮性相當(dāng)時(shí)，可壓縮性對(duì)侵徹效率影響很小。
針對(duì)超高速侵徹問題提出考慮可壓縮性的簡化理論模型。通過理論分析，表明在近似模型中可忽略沖擊波的影響。采用Murnaghan狀態(tài)方程近似模擬材料在侵徹過程中的變形。最終近似模型得到一個(gè)僅關(guān)于侵徹速度的方程，可利用Newton迭代法得到其數(shù)值解，并根據(jù)一階Taylor展開得到近似解，可以將簡單的Taylor解應(yīng)用于工程問題中。進(jìn)一步闡明了沖擊波在超高速侵徹問題中的影響是：減弱材料的可壓縮性，降低材料的駐點(diǎn)壓力，減弱材料侵徹(或抗侵徹 )能力。
進(jìn)一步利用近似可壓縮侵徹模型研究可壓縮性和強(qiáng)度對(duì)鎢合金長桿彈和銅射流侵徹半無限靶的影響。揭示了可壓縮性通過提高彈和靶駐點(diǎn)壓力來影響侵徹效率的機(jī)理。一般而言，在撞擊速度較低時(shí)，強(qiáng)度效應(yīng)對(duì)侵徹深度影響較大，而可壓縮性影響可忽略；在撞擊速度較高時(shí)，強(qiáng)度效應(yīng)影響很小，而可壓縮性有一定影響。進(jìn)一步借助虛擬原點(diǎn)方法，通過侵徹速度和撞擊速度的線性關(guān)系引入可壓縮性和強(qiáng)度，研究強(qiáng)度和可壓縮性對(duì)射流侵徹的影響，結(jié)果表明靶的強(qiáng)度效應(yīng)對(duì)侵徹深度影響嚴(yán)重。
相關(guān)論文：
Song WJ, Chen XW*, Chen P. Effect of compressibility of the rod and target on the hypervelocity penetration. Acta Mechanica Sinica, https://doi.org/10.1007/s10409-017 -0688-1.
Song WJ, Chen XW*, Chen P. The effects of compressibility and strength on penetration of long rod and jet. Defence Technology, https://doi.org/10.1016/j.dt.2017.11.010.
長桿侵徹與界面擊潰研究
相關(guān)論文：
Jiao WJ, Chen XW*. Approximate solutions of the Alekseevskii-Tate model of long-rod penetration. Acta Mechanica Sinica, 2017.03, https://doi.org/10.1007/s10409-017-0672-9.
Li JC*, Chen XW. Theoretical analysis of projectile-target interface defeat and transition to penetration by long rods due to oblique impacts of ceramic targets. Int J Impact Engng, 2017;106:53-63.
金屬玻璃復(fù)合材料研究
相關(guān)論文：
Chen G, Hao YF*, Chen XW, Hao H. Compressive behaviours of tungsten fibre reinforced Zr-based metallic glass at different strain rates and temperatures. Int J Impact Engng, 2017;106:110–119
Li JC, Chen XW*, Huang FL*. FEM analysis on the deformation and failure of particle reinforced metallic glass matrix composite. Journal of Alloys and Compounds, 2018；737:271-294.
鋼筋混凝土靶體侵徹破壞響應(yīng)及其原位測試技術(shù)研究
相關(guān)論文：
Xu WF, Chen XW*, He LL, Zhang R, Li HM, Huang HY. The in-situ measurement of the penetration responses in steel reinforced concrete target by grid measurement method. Int J Protective Structures, 2017;8(2): 287–303.
分享到：