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爆炸冲击下悬挂系统性能验证及参数分析*

更新时间:2016-07-05

随着地雷或简易爆炸装置在各种非对称战争中的频繁使用,以及由此造成的人员伤亡逐年上升,地雷防护显得越来越重要。在爆炸冲击环境下,即使车体本身并未受到严重损坏,但爆炸产生的冲击波也会对车内乘员造成致命的伤害,比如撞伤头部、损伤脊柱、颈椎和胫骨等[1]

悬架是汽车车架与车桥之间一切传力、连接装置的总称[2],一般由弹性元件、导向机构以及减震器三部分组成,分别负责减振、缓冲以及受力传递作用[3]。在车辆遭受地雷爆炸所产生的爆炸冲击载荷时,轮下爆炸冲击的一种主要传递路线为:通过土壤传递到轮胎再通过悬挂传递到车身上来。悬挂系统中的减震器、弹性元件是很好的吸能装置[4],但是悬挂对于地雷爆炸冲击波的缓冲作用,从国内外公开出版的文献来看几乎没有人做过这方面的研究,因此利用有限元仿真技术分析地雷爆炸环境下悬挂系统的响应,对研究爆炸冲击波防护方面具有十分重要的作用。

1 爆炸冲击理论和算法

1.1 岩土介质中的爆炸波与爆炸效应

大量试验研究表明,岩土介质中炸药爆炸产生的球面冲击波在传播过程中也服从于爆炸相似律[5]。根据量纲分析可以得到离爆炸中心r处岩土中爆炸冲击波阵面最大压力Pm,比冲量i和冲击波作用时间τ的关系式为

手术过程:首先在手术区域局部皮下注射含有去甲肾上腺素的生理盐水约15 ml以减少局部出血,保持术中视野清晰。在挛缩带的远端股骨大粗隆外侧做一长约0.5 cm的切口。使用血管钳及关节镜钝头芯分离皮下脂肪,做出工作腔隙。在大粗隆后外侧做第二个入路,切口长约0.5 cm。置入刨刀,清理阻碍视野的脂肪组织,暴露挛缩带,用等离子刀将挛缩带彻底松解,挛缩带下面的肌肉不予以松解,边松解边让助手屈伸活动下肢,以确认挛缩带松解彻底。松解满意后,在远端切口处置入引流管接负压引流,缝合两个切口,无菌辅料包扎固定。如果双侧髋关节均有臀肌挛缩,再重新铺单消毒进行对侧髋关节臀肌挛缩带的松解。

(1)

(2)

(3)

式中:ω为装药质量;r为离爆炸中心的距离;kαβlab为TNT炸药的试验常数。

1.2 ALE算法

爆炸与冲击问题是一个多物质在高应变率、高温及高压条件下的强非线性的瞬态动力学问题[6]。目前,对于结构大变形问题常采用的有限元仿真分析算法Lagrange算法、Euler算法、ALE算法、SPH算法,等等[7]

根据Lagrange法和Euler法在处理不同问题时表现出不同的优缺点,因此,兼具Lagrange法和Euler法两者优点的任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法得以广泛应用[8]

ALE描述下的基本方程

质量守恒方程

本文以重庆市某滑坡作为典型堆积层滑坡,分析了该滑坡位移特征,基于数值模拟进行了滑坡位移预测并检验了其可靠性,主要获得了以下结论:

(4)

动量守恒方程

1284 Relationship of learning burnout and subjective well-being of military medical university students and the mediating role of psychological capital

(5)

能量守恒方程

(6)

式中:ρ为密度;fi为单位质量的体力;Qij为柯西张量;e为单位质量的内能;vi为空间某点的速度;qi为热通量。

2 驾驶室模块模态试验验证

根据图8和图9得出2、3、4片钢板弹簧时,假人小腿受力最大值分别为3.728 kN、3.528 kN、3.771 kN;车身底板(假人下方)加速度峰值分别为2.298×103 m/s2、2.041×103 m/s2、2.193×103 m/s2。分析原因为悬挂系统钢板弹簧片数发生变化,从而使得悬挂系统的整体刚度发生变化,导致悬挂系统的抗冲击能力发生改变。由图10和图11还可以看出当钢板片数为三片时缓冲能力最佳。

图 1 某装甲运输车 Fig. 1 An armored vehicle

2.1 仿真模型建立

将整车模型分成三个模块进行建模,分别为:驾驶室模块、防护组件与车架建模和成员约束系统模块。模型基本网格单元尺寸为10 mm;车身底板和防雷组件等零部件距离炸点较近,采用8 mm网格单元进行离散化;驾驶室顶部和逃生窗等距离地雷爆炸中心较远,采用网格单元尺寸为20 mm左右的网格单元进行离散化。各分模块建模完成后,将各分模块进行装配与连接整车实物图及有限元模型如图2所示。

图 2 装甲车有限元模型 Fig. 2 Finite element model of armored vehicle

钢板弹簧采用抽中面分段法来实现其变截面厚度。阻尼元件结构为双向作用筒式减震器,结构复杂,若采用实体建立模型会大大增加计算时间,因此使用LS-DYNA软件中特有的一维阻尼单元模拟。见图3。

谢谢您,苏律师。杨小水从座位上站起来,主动告别。早点宣判吧,反正早晚都是一个死。我早死几百道了,这几十年,都是多活的。

图 3 悬挂系统有限元模型 Fig. 3 Finite element model of suspension system

2.2 驾驶室模块模态试验验证

在分析减震器阻尼系数对底部防护的影响时,只改变阻尼器系数,其余数据均采用原车数值。原车阻尼系数为0.22,以该数据为中间值,取5组数据对该参数进行影响分析。取样范围为0.1~0.34,分别取阻尼系数为0.10、0.16、0.22、0.28、0.34,并进行仿真计算,得出假人小腿受力、驾驶室底板(假人下方)加速度变化如表5所示。由表可以看出阻尼系数在0.1~0.34范围内假人小腿受力呈波动状态,车身底板(假人下方)加速度峰值逐渐减小,但变化范围极小。这一参数对防地雷爆炸冲击作用基本无影响。

2.2.1 试验方法及结果

模态试验采用力锤敲击的方法如图4所示,通过对驾驶室白车身总成在自由状态下敲击点和测量点之间传递函数的测量,采用PolyLSCF算法对驾驶室白车身总成的自由模态参数进行识别和处理,参考国家标准GBT 11349.3—2006,对驾驶室白车身总成的振动特性进行评价。

图 4 驾驶室白车身总成模态试验现场图 Fig. 4 The diagram of the cab cab body assembly

2.2.2 仿真及结果对比分析

(2)悬挂系统去除,直接将车桥与驾驶室防雷板刚柔耦合。

分析对比结果可知,试验结果与仿真结果误差范围最大为2.35%,从而验证了有限元模型建立的准确性。

1 白车身试验模态与仿真模态对比

Table 1 Comparison of test model and simulation model

阶次试验结果/Hz仿真结果/Hz相对误差/%124.96925.240.27231.43630.491.71342.98944.072.35449.53849.410.28567.13867.250.01674.72875.631.16784.20383.960.36896.45897.370.87

3 悬挂系统抗冲击能力的验证与参数分析

3.1 悬挂系统抗冲击能力验证

参考北约相关防护评价标准[9],在进行整车爆炸冲击仿真时,设置炸药当量为6 kg,炸药位于对左侧轮下,且浅埋地下100 mm。空气、炸药和土壤材料参数如表2、表3和表4所示[10]

炸药材料采用*MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN 高速燃烧材料模型和*EOS_JWL 状态方程来综合描述压力、体积和内能之间的关系如式(7)

《脊柱截骨矫形学》现已由广东科技出版社出版发行,由田慧中、马原、解京明三位教授主编,特别是田慧中教授从事骨科脊柱外科68年,他在1961年首先开展了强直性脊柱炎脊柱后凸截骨矫形术,创用了田氏脊柱骨刀。在脊柱截骨术治疗脊柱畸形方面,开创了我国脊柱截骨术矫正脊柱畸形的先河。从1961年开始至2018年《脊柱截骨矫形学》的出版,专攻脊柱截骨矫形术这个项目57年,田慧中教授把脊柱截骨术治疗脊柱畸形的手术方法和手术工具,逐步传播开来,在中国和日本举办了许多次学习班和研讨会,并培养出一大批脊柱截骨矫形术的人才。

P网体现了群体协作的产出指标,如节点数体现了方案数量,节点得分(点权)体现了方案质量等。文献研究表明,D网的节点度分布类型、中心性、集聚系数等网络结构指标对设计师群体的“智力”和工作效率都有影响。二部网络模型是对群体协作机制较全面的表述,涵盖了设计师群体行为和产出指标等多类数据。

(7)

式中:P为压力;V为相对体积;E为初始内能;ABR1R2ω为常数。具体参数设置见表2和表3。

2 TNT的材料参数

Table 2 Material parameters of TNT

密度ρ/(g·cm-3)爆速D/(m·s-1)爆压PCJ/MPa爆热Vq/(J·g-1)1.606730210004520.0

3 TNT炸药的JWL方程参数

Table 3 Parameters of JWL equation of TNT explosive

A/MPaB/MPaR1R2ωE/MPa37100033304.150.950.307230

土壤模型采*MAT_SOIL_AND_FOAM_FAILURE本构模型,具体材料参数见表4。

4 土壤材料参数

Table 4 Soil material parameters

ROGBULKA0A1A2PC1.86.385E-40.33.4E-137.033E-70.3-6.9E-8

由于轮下爆炸时网格变形较大,容易导致网格畸变或负体积,所以在有限元建模的过程中对网格尺寸大小和网格域的大小做出适当的调整。空气网格模型为长×宽×高为4.0 m×2.4 m×1.7 m的立方体,能够容纳整个驾驶室底部左侧和右侧局部,上端包裹到防雷板上方。单元尺寸为长宽高约40 mm的六面体实体单元。土壤网格模型为长×宽×高为4.0 m×2.4 m×0.4 m的立方体,网格尺寸与空气单元相同。整车爆炸有限元模型如图5所示。

图 5 整车爆炸有限元模型 Fig. 5 Finite element model of vehicle explosion

依据上述理论,进行两次爆炸仿真来分析悬挂系统的抗地雷爆炸冲击能力,分为以下两种情况分别进行仿真分析:

(1)原有整车模型,含有悬挂系统。

根据建立的驾驶室白车身总成模块有限元模型,将有限元模型导入NASTRAN仿真软件进行模态仿真分析。将仿真计算模态结果与试验模态结果进行对比,其结果如表1所示。

仿真计算取假人小腿胫骨受力、车身底板(假人下方)加速度进行对比分析,对比结果如图6、图7所示。

图 6 假人小腿胫骨受力对比 Fig. 6 Dummy leg tibial stress contrast

图6为驾驶室假人小腿受力对比图,去除悬挂系统后的模型,驾驶室假人小腿受力由3528 N增加到5548 N,增加了57.3%,并且超过了AEP55规定的底部爆炸情况下假人小腿胫骨的耐受度为5400 N。图7为车身底板(假人下方)加速度对比图,可以看出无悬挂系统时,车身底板(假人下方)加速度从2040 m/s2增大到3143 m/s2,增加54.0%。数据表明悬挂系统能有有效提升整车抗爆炸冲击的能力。

图 7 车身底板加速度对比 Fig. 7 Comparison of acceleration of car body floor

3.2 悬挂系统参数分析

本节将探讨悬挂系统参数对车辆底部防护性能的影响,主要从悬挂系统刚度和阻尼器阻尼系数两个参数进行分析。

3.2.1 钢板弹簧刚度对底部防护的影响

依据车身空间布局及整车安全的要求,初步取板簧数量为研究对象,其他数值均采用原车模型数值。分别取2、3、4片钢板弹簧进行仿真计算,本次仿真主要目的是分析悬挂系统整体刚度对抗地雷爆炸冲击的影响。分析得出不同板簧片数时假人小腿受力曲线和驾驶室车身底板(假人下方)加速度如图8、图9所示。

图 8 假人小腿受力 Fig. 8 Dummy leg force

图 9 驾驶室车身底板加速度 Fig. 9 Cab floor acceleration

该装甲运输车为某公司的中、重型高机动性战术车辆,使用非承载式车身布局,驾驶室与车架及防护组件分离,通过悬置结构实现连接,从而更好地减少爆炸冲击的作用力传递到驾驶室。见图1。

图 10 不同板簧片数假人小腿受力 Fig. 10 Different number of dummy leg plate spring force

图 11 不同板簧片数底板加速度对比 Fig. 11 Plate spring number plate acceleration contrast

3.2.2 减震器阻尼系数对底部防护的影响

对整车驾驶室白车身模块进行模态仿真与试验对比分析研究,从而对后续整车抗爆炸冲击防护的研究与优化验证了模型建立的准确性。

3.2 BI在高龄ACS患者中的应用情况 BI是目前信度、效度较佳且应用最广的个人日常生活能力评估量表。其由10个项目组成,总分为100分,分数越低,表示依赖性越强。BI目前一般用于脑血管意外以及老年人失能状态的评价。我国人口老龄化趋势明显,其中相当比例的老人日常生活能力受限。2010年的统计资料[13]表明,我国失能老年人口占老年人口的2.95%,达522万。

5 阻尼系数对假人小腿受力及地板加速度的影响

Table 5 Influence of damping force and floor acceleration on the dummy leg

阻尼系数假人小腿受力/N车身底板加速度/(m·s-2)0.10353721220.16354021020.22352820410.28354220990.3435502093

4 结论

根据以上对悬挂系统抗地雷爆炸冲击性能的研究,可以得出以下结论:

(1)无悬挂系统和有悬挂系统相对比,假人小腿受力增加了57.3%,身底板(假人下方)加速度54.0%。验证了悬挂系统具有抗地雷爆炸冲击的能力。

(2)通过2、3、4片钢板弹簧爆炸冲击计算,得出假人小腿在4片钢板时达到最大值,比三片时增加了6.9%;车身底板(假人下方)加速度峰值在2片刚板弹簧时最大,比三片时增加了12.6%。表明钢板弹簧悬架的刚度对整车抗爆炸冲击能力有重要影响。

DPN的临床诊治近年来少有突破,因此,其发病机制一直是国内外研究的热点。对DPN患者大脑局部神经元活动的研究,有利于进一步探索特定脑区在DPN发病机制中的作用,为DPN的治疗提供新机遇。本研究运用rs-fMRI技术及ReHo算法发现DPN患者存在多个脑区神经元活动局部一致性(ReHo)的异常,证实DPN存在确切的脑功能活动改变。DPN患者存在默认网络区域神经元活动的改变,左侧颞下回可能是其功能代偿脑区。右侧中央后回神经元活动异常与Painful DPN患者的疼痛症状存在关联。

(3)通过阻尼器阻尼系数这一参数分析的计算结果可以看出阻尼系数对整车防爆炸冲击作用极小。

以上分析结果为后续的基于底部防护的悬挂系统的优化设计提供了参数依据。

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近日,据媒体报道,华润置地首席执行官吴向东确认加入华夏幸福。12月4日下午6点,华夏幸福发布公告称,决定聘任俞建为公司联席总裁,分管财务及融资等业务。吴向东曾经的搭档——华润置地前CFO俞建已先吴向东一步就任。

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为培养学生的自主学习能力,学生在选择自己的作品的时候,可以注明选择本作品的原因,以及对完成该作品过程中学生本身参与情况和完成情况,对本次完成情况进行评价以及总结所取得的经验和下次努力的方向。学生的自我反思能培养学生英语学习策略,提高他们的自我学习管理策略。

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2010年,沈阳大学社区学院成立,学院主要面向沈阳市社区工作者开展专业培训,并积极进行社区工作的研究和咨询工作。2012年,沈阳大学女子学院成立,挂靠在继续教育学院,开展丰富多样的女性特色教育。

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①H2O2将粗磷酸中的有机碳氧化为CO2脱除,同时自身也会发生分解。相同投料比、相同反应时间、不同温度下的有机碳脱除率如图1所示。80℃后脱除率变化的原因:___。

(2)细菌性感染型疾病。在使用退热药进行治疗的基础上,防疫人员应同时选择细菌敏感的抗生素避免感染范围进一步扩大。用药过程中同样要避免抗生素过度使用的情况,若病情难以控制,则可以考虑通过适量激素类药物提升治疗效果。

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王景景,李大禹,鲁超,周云波,李昊
《爆破》 2018年第1期
《爆破》2018年第1期文献

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