冲击动力学高被引论文推荐

 

动能撞击器是行星防御最成熟的技术之一，美国国家航空航天局的双小行星重定向测试（DART）任务首次测试了这项技术。小行星的材料和物理特性对于理解动能撞击器的功效非常重要。为了限制撞击器的局部地形如何改变对动力学撞击器超高速撞击的响应，我们使用自适应平滑粒子流体动力学代码Sphere++将板撞击成碎石堆小行星。通过改变撞击位置以及形成小行星的巨石和风化层之间的强度，我们发现碎石堆的变化对风化层主导的撞击中产生的动量增强有大约10%的不确定性。我们进一步证明，撞击碎石堆产生的弹坑是宽的、浅的，并且由于撞击现场附近表面存在巨石而显示出偏离对称性的现象。这些模拟有助于我们限制在行星防御场景中超高速动力学撞击可能产生的潜在结果。

 

 

 

本文提出了一种新的实验装置来研究3D打印技术制造的金属环的动态破碎。该环插入一个延性薄壁管上，该薄壁管受到单级轻气 枪发射的锥鼻圆柱形弹丸的轴向冲击。射弹的直径大于薄壁管的内径，薄壁管随着射弹的推进而膨胀，径向向外推动金属环，最终断裂成多个碎片。本次实验活动中考虑的撞击速度范围为197米/秒至385米/秒。AlSi10Mg环形试样采用选择性激光熔化技术印刷，内径为14mm，方形截面为2×2平方毫米。为了获得关于碎片力学、裂缝数量和碎片大小的时间分辨信息，用两台高速摄像机记录了测试。在试样周围放置由聚合物泡沫制成的隧道形软套管，以轻柔地回收喷出的碎片，这些碎片已被称重和定尺寸，以确定碎片尺寸分布的统计数据。此外，Kipp和Grady（1985）的碎片理论对碎片数量随冲击速度演变的预测与实验证据进行了比较，并在所研究的整个加载速率范围内发现了极好的定量一致性。与其他可用的环动态破碎技术（其中试样的膨胀由电磁或爆炸载荷驱动）相比，该实验装置以其简单、快速操作、快速组装和测试不同工程材料的灵活性而脱颖而出，这有助于进行广泛的实验活动（在本研究中已经进行了34次成功的测试）。据作者所知，本文提供了迄今为止关于动态膨胀印刷环碎片化的最全面的数据集，包括第一次高分辨率视频记录了样品周围多个裂纹的形成，以及显示裂纹表面多孔微观结构的裂纹扫描电子显微镜图像。

 

 

 

 

由于增材制造（AM）允许创建复杂的结构，这些结构可以根据机械和材料规范进行定制或优化，因此它越来越多地用于各种应用。除其他外，它还提供了新设计的轻型防护罩，这些防护罩具有良好的吸收动态载荷和动能的能力。在本工作中，评估了通过熔融沉积建模（FDM）工艺制造的三维聚合物晶格结构的准静态和动态压缩行为。考虑了两种不同的材料：ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯）和坚韧PLA（聚乳酸）。首先，对前驱体细丝和3D打印狗骨标本的拉伸准静态力学性能进行了评估。通过这些测试，观察到印刷工艺和取向对AM生产的样品的力学行为有显著影响。然后，使用两种不同的印刷拓扑结构对AM生产的圆柱形试样进行了准静态和动态压缩试验。动态试验采用分离式霍普金森压杆（SHPB）装置进行。结果表明，压缩强度随加载速率的增加而增加，表明所研究材料具有应变率敏感性。最后，对三种不同的三维晶格结构在两种不同变形率下的抗压性能进行了实验评估。有人指出，这些结构的几何设计和相对密度对其能量吸收能力有重大影响。然而，在准静态和动态载荷条件下，能量吸收能力之间似乎不存在明确的相关性。

 

 

 

 

 

在汽车工业中，数值模拟正成为碰撞部件开发中越来越重要的工具。通过对变形和断裂的精确数值预测，开发人员可能能够优化并充分利用材料的能量吸收能力。本研究旨在预测Qvale等人先前实验中此类部件的碰撞行为。（2021）使用固体单元精细离散化的显式有限元模拟和Gurson–Tvergaard–Needleman多孔塑性模型。通过与整个剖面的计算机断层扫描（CT）扫描进行比较，评估了模拟对实验行为的预测效果。尽管采用了实用的方法，仅将本构模型的一些参数校准为单轴拉伸试验，并从文献中获得其余参数，但重要特征，如折叠模式的局部细节和断裂起始位置，都得到了很好的表现，而动力学模拟仍有改进的空间，因为从准静态到动态轴向破碎的变化被稍微低估了。

 

 

 

纳米颗粒增强复合材料由于其增强的性能和广泛的潜在用途而引起人们的关注。然而，当采用宏观均匀方法使用确定性数值方法对纳米颗粒的力学行为进行建模时，制造过程中纳米颗粒分布的不确定性带来了一些挑战。在这项工作中，提出了一种基于有限元建模的随机数值方法来模拟复合材料中纳米颗粒的不均匀分布，重点是低速冲击。有限元模型中的每个元素都被视为具有恒定重量分数的纳米颗粒的晶胞，而纳米颗粒的随机分布由遵循高斯分布的元素之间的可变重量分数来描述。这种分布与模型内晶胞的机械行为有关，并且是基于不同纳米颗粒重量分数的材料表征测试来定义的。为了验证所提出的模型，在不同能量水平下，对用纳米颗粒（0.5wt.%）增强的复合材料进行了实验低速冲击试验。通过比较力学响应和损伤的实验结果，对数值方法进行了评估。目前的数值方法被发现有助于基于混合实验数值分析的不确定性研究。