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王延斌 (王延斌.)

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结构在冲击荷载作用下的塑性动力响应问题,在生产实践和国防工程中占有重要的地位,其重要性随着技术的发展而日益增长。例如爆炸成形、穿甲、侵彻等问题,一直受到国际科技界的重视。强度理论的应用是研究这类问题的关键点之一。但是以往的研究大多基于Tresca准则、Von.Mises准则和Mohr-Coulomb强度理论。前两者不能适用于岩土材料、陶瓷材料以及高强度合金等材料,因而文献中发表的有关文章在理论基础上不能成立,后者由于没有考虑中间主应力效应而与试验结果不符。20世纪后半叶国际上虽提出了众多的强度准则,但由于大多为非线性方程,在结构分析求解中十分困难,因而应用受到限制。统一强度理论又称双剪统一强度理论或俞茂宏统一强度理论,是1991年在西安交通大学提出的新的强度理论,它具有有统一的力学模型、统一的理论假设、统一的数学表达式而又能灵活适用于各类材料。因而在提出不久就得到了广泛地应用。本文基于统一强度理论对结构冲击问题进行了多方面的探讨和研究:一、基于双剪统一屈服准则和统一强度理论分析了简支圆板的静态塑性极限荷载,分析了强度参数b和材料拉压强度比α对圆板塑性极限荷载的影响。研究结果表明,已有的Tresca准则、Von.Mises准则、双剪应力准则的解答是文中解答的特例或逼近,而且本文还给出了一系列新的结果。从得出的解析解和图示表明,正确认识材料强度并合理运用屈服准则可以更好地发挥材料的潜能。二、运用统一强度理论研究了简支圆板在中等脉冲荷载作用下的动力响应问题,并根据静力和运动许可条件求解了动力塑性极限荷载以及在此作用下的圆板内力场和速度场。分析了强度参数b和材料拉压强度比α对圆板动力塑性极限荷载的影响。给出了一系列新的结果。研究结果表明,拉压比α和强度理论参数b对动力解的影响要大于对静力解的影响,所以,根据材料的不同,选择合适的强度理论,对于更好的发挥材料的强度潜力,减轻结构的重量具有重要的意义。三、考虑了岩土材料的软化和剪胀特性,利用空间轴对称问题的统一强度理论分析了柱形孔扩张问题,求出了岩土材料在柱形孔扩张时的应力场、应变场、位移场和最终扩张压力的统一解表达式。文中通过算例分析了岩土材料的软化和剪胀特性以及统一强度理论参数对应力场、位移场和扩张压力的影响。本文还给出了一系列新的结果,已有的关于该问题的Tresca解和Mohr-Coulomb解均为本文的一个特例。四、采用统一强度理论作为岩土材料的屈服准则,根据柱形空腔膨胀理论求得了岩土材料靶体在弹体垂直侵彻下的空腔膨胀压力和空腔膨胀速度的关系,给出了柱形空腔膨胀条件下卵形弹体侵彻靶体深度的理论计算公式,求出了弹体以400~1400m/s的速度撞击岩土材料靶体时的侵彻深度,通过和试验结果比较,表明本文模型具有一定的合理性。进一步研究还表明统一强度理论参数b、弹体质量和弹头形状对侵彻深度均有较大影响。 b=0时侵彻深度较大,b=1时侵深较小,弹体质量越大或弹头越尖,侵彻深度越大。五、在球形空腔膨胀理论的基础上,采用统一强度理论作为材料的破坏准则,并且考虑了材料在侵彻过程中的软化,对可压缩材料进行了弹性-塑性响应分析,研究了空腔膨胀压力和空腔膨胀速度的关系,并对混凝土材料进行了算例分析计算。研究结果表明,软化对侵彻深度有较大影响,考虑软化时的结果更接近于试验结果。六、将陶瓷靶体在高速冲击下的响应划分为空腔、破碎、径向裂纹、弹性和未扰动等五个响应区,针对破碎区的特点,提出了基于统一强度理论的统一压剪准则。利用静态空腔膨胀理论求出了空腔膨胀压力,即A-T模型(修正的流体动力学模型)中的靶体阻力Rt,求出了钨杆弹高速撞击陶瓷靶体时的侵彻深度,分析了强度参数b和压剪系数β对靶体阻力和侵彻深度的影响,并与试验结果及其他研究者的结果进行了比较。通过b、β值的变化,本文的成果可以适用于各种脆性材料的侵彻分析。

Keyword:

统一强度理论极限分析塑性动力响应柱形扩孔侵彻统一压剪模型

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  • [ 1 ] 西安交通大学航天航空学院

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Degree: 工学博士

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Year: 2004

Language: Chinese

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