• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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2009年  29卷  第4期

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论文
强动载荷下结构的柔性防护和刚性防护
王礼立, 杨黎明, 周风华
2009, 29(4): 337-344. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0337-08
摘要:
通过研究柔性防护和刚性防护方面的实例,结合作者的研究结果,对应力波效应和材料动态特性效应如何影响强动载荷下的结构安全防护进行了分析和讨论。研究表明,在研究强动载荷下的结构安全防护时,不论结构承受的是爆炸冲击波还是弹体的直接撞击,都应该考虑结构与周围介质中的波传播效应与材料的应变率效应,以及这两者之间的互相联系和互相耦合。
圆柱薄壳的动相变屈曲行为
李丹, 唐志平, 张会杰
2009, 29(4): 345-350. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0345-06
摘要:
利用MTS809材料试验机对TiNi圆柱薄壳进行了轴向动渐进相变屈曲实验,对轴向冲击下处于伪弹性状态的TiNi合金柱壳的动相变屈曲行为进行了数值模拟研究。结果表明,不同的加载强度将会激发出柱壳不同的动屈曲响应模态。当冲击速度较高时,柱壳两端首先形成轴对称环形相变屈曲波纹,并产生应力平台;随着马氏体含量不断增加,环形相变屈曲波纹逐渐贯穿整个壳体,名义应力缓慢抬升;当名义应变超过一定阈值时,对称环形屈曲模态突变为非轴对称块状屈曲模态,名义应力大幅下降。撞击速度为40 m/s的算例(含10%随机缺陷)与S.Nemat-Nasser等的实验结果很好吻合,说明本文中计算模型、方法和结果的有效性经过了实验的考核。结果还表明,相变耗能是TiNi柱壳吸收冲击能量的主要机制,适合制作可重复使用的高效吸能元件,并给出了相应的理想厚径比。
钨纤维复合材料穿甲弹芯侵彻时的自锐现象
荣光, 黄德武
2009, 29(4): 351-355. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0351-05
摘要:
对钨合金穿甲弹和钨纤维/Zr合金金属玻璃基复合材料穿甲弹进行了靶场对比侵彻实验。穿甲弹侵彻过程中,钨合金弹芯头部形成蘑菇头、头部晶粒被径向压扁;钨纤维复合材料弹芯头部在侵彻过程中,发生了绝热剪切破坏,具有自锐行为,且在弹芯头部形成很薄的边缘层,仅在这层中金属玻璃基体破碎,钨纤维断裂,温度升高,质量消蚀。钨纤维复合材料穿甲弹的侵彻能力明显高于钨合金穿甲弹。
爆炸载荷作用下铝蜂窝夹芯板的动力响应
张旭红, 王志华, 赵隆茂
2009, 29(4): 356-360. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0356-05
摘要:
为了考察铝蜂窝夹芯板在爆炸载荷下的动态响应,采用自行设计的冲击摆系统,用激光位移传感器测定了爆炸载荷作用在铝蜂窝夹芯板上的冲量,对夹芯板的变形和失效模式进行了归类和分析,并就芯层的几何尺寸、炸药当量及板厚对其响应的影响进行了系统研究。给出的理论分析结果与实验结果吻合较好。
粗集料对超高性能水泥基材料动态力学性能的影响
戎志丹, 孙伟
2009, 29(4): 361-366. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0361-06
摘要:
采用大掺量超细工业废渣取代水泥、最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600 m的磨细石英砂,并掺加了最大粒径为10 mm的高弹高强粗集料,制备出抗压强度达200 MPa的超高性能水泥基复合材料。并采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的钢纤维增强超高性能水泥基复合材料(ultra-high performance steel fiber reinforced cementitious composites, UHPSFRCC)试件进行了高速冲击压缩实验,研究了应变率和纤维掺量对该材料抗冲击性能的影响规律及粗集料发挥的作用。结果表明,UHPSFRCC的抗冲击能力随纤维掺量的增加而增强;动态强度随应变率的提高相应地增大;动态性能因掺入用作粗集料的玄武岩碎石而得到了相应的改善。还分析了超高性能水泥基复合材料具有高动态性能的机理。
船体与设备一体化抗冲击分析
姚熊亮, 戴绍仕, 周其新, 张阿漫, 闻雪友
2009, 29(4): 367-374. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0367-08
摘要:
从主从系统耦合振动理论出发,基于数值实验手段,分别以船用增压锅炉、齿轮箱为研究对象,设计多种冲击输入对非一体化与一体化抗冲击分析例证进行数值计算,并将计算结果进行对比。研究结果表明,非一体化抗冲击分析方法割裂了设备与船体结构之间的耦合效应,不能精确再现船用设备实船冲击环境,中远场水下爆炸时非一体化抗冲击分析得到的设备响应结果偏大,中近场时结果偏小。建议中近场水下爆炸时肋位跨度较大的船用大型设备抗冲击性能分析采用船体与设备一体化抗冲击分析方法,若条件所限尚无法进行一体化分析,则应对非一体化抗冲击分析结果进行修正。
基于船体与设备一体化的设备抗冲击阈值
张阿漫, 周其新, 姚熊亮, 郭百森, 闻雪友
2009, 29(4): 375-379. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0375-05
摘要:
为了确定设备抗冲击阈值,基于主从系统耦合振动理论,以船用增压锅炉、齿轮箱为研究对象,将船体与设备的一体化抗冲击数值实验的数值统计特征进行分析。通过大量算例结果分析,提出将冲击作用下设备应力响应标准差作为设备失效判据,并给出了设备冲击作用下应力响应标准差最大值计算经验公式。
框-筒结构建筑物的折叠爆破拆除
杨国梁, 杨军, 姜琳琳
2009, 29(4): 380-384. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0380-05
摘要:
采用共节点分离式钢筋混凝土模型,对框-筒结构折叠倒塌进行了三维数值模拟,包括底部起爆和顶部起爆2种方式,并且在底部起爆方式中,采用了不同切口高度和延迟时间。对结构的倒塌过程、支撑立柱的破坏过程进行了比较分析。结果表明:采用底部起爆时,结构下部压碎程度较采用顶部起爆严重;同为底部起爆,延迟时间0.25 s的结构破碎比0.5 s严重;底层立柱采用不同的切口高度和延迟时间,结构的倒塌方向发生了改变,结构略向南倾倒;支撑柱的破坏过程不同,对结构的后坐距离产生影响,采用底部起爆时,结构的后坐距离小于顶部起爆。通过对混凝土和钢筋单元受力过程进行的分析,共节点分离式模型能够反映钢筋和混凝土2种材料的力学性能差异。
钢纤维钢筋混凝土板爆炸局部破坏效应
李晓军, 郑全平, 杨益
2009, 29(4): 385-389. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0385-05
摘要:
在前人的实验基础上,针对中高强钢纤维钢筋混凝土板接触爆炸破坏效应进行了94炮野外化爆实验,详细介绍了实验参数设计,系统分析了不同装药量及结构参数条件下钢纤维钢筋混凝土板接触爆炸破坏特征,即爆炸成坑、临界震塌、爆炸震塌、临界贯穿和爆炸贯穿。得出了钢纤维钢筋混凝土板接触爆炸5种典型破坏形态及其相应的破坏参数指标值,对爆炸成坑和结构震塌的主要影响因素得出了初步结论,为爆炸局部破坏分级及结构抗局部破坏设计提供了实验依据。
球形容器内气体的泄爆过程
师喜林, 王志荣, 蒋军成
2009, 29(4): 390-394. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0390-05
摘要:
为了得到球形容器内可燃气体的泄爆强度产生机理以及燃烧火焰与压力传播的基本规律,从流体力学和化学反应动力学守恒出发,采用-湍流模型和EBU-Arrhenius燃烧模型,利用SIMPLE算法对带泄爆导管的球形容器二维空间内甲烷-空气预混气体的泄爆过程内外场进行了数值计算,获得了气体燃烧过程中火焰和压力传播特性以及气体流动特性,能够比较清晰地反映泄爆的整个过程。研究表明,燃烧火焰在泄爆过程中发生湍流,传播得到了极大的加速,泄爆导管对于容器内的高压气体泄放有很大的约束作用。
超弹性夹芯覆盖层的水下爆炸防护性能
谌勇, 华宏星, 汪玉, 勾厚渝
2009, 29(4): 395-400. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0395-06
摘要:
对橡胶夹芯覆盖层在船模受水下爆炸时的防护作用进行了实验研究。以钢制加筋方盒模型为实验对象,针对有、无覆盖层2种情况开展了一系列5 kg当量的水下爆炸对比实验。对加速度、应变及壁压等物理量进行了分析对比。结果表明,超弹性覆盖层能有效降低结构受冲击波时的响应峰值。而壁压对比揭示了由于流固耦合,作用在结构上的总入射冲量大幅度降低。频域分析表明,覆盖层的作用可以用一个低通滤波器进行类比,对于50 Hz以上的高频信号衰减明显,但对于低于50 Hz的低频信号影响不大。
基于粗糙集模糊神经网络的爆破振动危害预测
史秀志, 林大能, 陈寿如
2009, 29(4): 401-407. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0401-07
摘要:
为了探索一种能克服单因素预测的局限性、提高爆破振动危害预测精度的方法,基于粗糙集模糊神经网络理论,建立了综合考虑爆破振动幅值、主频率、主频率持续时间及结构动力特性等10个因素的民房破坏程度预测模型;用铜绿山矿爆破振动和民房破坏情况观测数据,对该模型进行了训练和测试,测试结果与现场观测结果具有良好的一致性。研究表明:粗糙集理论可将现场数据进行属性约简,简化输入变量,缩小神经网络的搜索空间,改善爆破振动的预测性能;基于粗糙集模糊神经网络理论的爆破振动危害预测模型,能更好地考虑各种因素对危害程度的综合影响,避免了单因素预测的局限性。
不同当量强爆炸早期火球现象的数值模拟
田宙, 乔登江, 郭永辉
2009, 29(4): 408-412. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0408-05
摘要:
采用一维球对称辐射流体力学方程组,研究了不同当量强爆炸早期火球阵面、冲击波的形成发展过程,对计算结果进行了相似律分析。结果表明,随爆炸当量增加,火球阵面、冲击波扩张速度加快,火球扩张过渡阶段开始结束位置及持续范围增加,火球中心温度下降变慢;在火球阵面以冲击波扩张传播以后,火球阵面参量满足立方根相似律。
切槽孔爆破动态力学特征的动焦散线实验
李清, 王平虎, 杨仁树, 田晓冰, 韩伟光, 张二蒙
2009, 29(4): 413-418. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0413-06
摘要:
应用爆炸加载的透射式动焦散线测试系统,分析了有机玻璃切槽孔爆破模型的裂纹动态特征变化规律。比较了不同切槽角度、切槽深度的定向断裂裂纹尖端的扩展长度、扩展速度和动态应力强度因子。初步探讨了切槽爆破的动态效应,研究表明切槽孔爆破早期裂纹破坏模式为爆炸拉应力波作用下的I型快速扩展裂纹,裂纹尖端拉应力集中积聚的较大应变能维持了爆炸裂纹进一步扩展,裂纹尖端扩展后期表现为P波、S波共同作用下的复合型扩展特征。切槽角为60时获得的定向断裂效果最好,合理切槽深度为炮孔半径的1/4~1/2。
受三维静载压缩岩石对冲击能的吸收效应
叶洲元, 李夕兵, 万国香, 周子龙, 尹土兵, 洪亮
2009, 29(4): 419-424. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0419-06
摘要:
为了研究深部地下资源开发过程中矿岩破裂的能耗效应,通过利用自行研制的岩石动静组合加载试验机,对细砂岩进行了2个系列的三维动静组合加载试验,即固定围压改变轴向静压和固定轴向静压改变围压的冲击试验。试验结果表明:在固定围压条件下,随着轴向静压增加,砂岩试件破坏所消耗的动载荷能量密度逐渐降低;当轴向静压在对应的常规三轴抗压强度的70%以上,消耗的动载荷能量密度变为负值(岩石试件释放能量);轴向静压再进一步加大,负值逐渐接近0,但始终在0以下。在轴向静压不变且较小的条件下,随着围压增大,岩石试件破坏所消耗的动载荷能量密度值一直在增大;但当轴向静压较大且在对应的常规三轴抗压强度的70%以上时,岩石试件在受到动力扰动后失去原平衡,能够自行破坏,并释放多余的能量。
修正的Friedlander方程指数衰减因子
程祥, 杨明, 郭亚丽, 韩焱
2009, 29(4): 425-428. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0425-04
摘要:
发现修正的Friedlander方程中指数衰减因子的对数的对数是时间的线性函数,运用该规律得出了一个能够精确描述冲击波超压随时间传播规律的数学模型。与实测信号比较表明,该模型能够精确地表达冲击波随时间传播规律,具有一定的通用性和预测性。
镁粉尘云最低着火温度的实验测试
钟英鹏, 徐冬, 李刚, 苑春苗, 陈宝智
2009, 29(4): 429-433. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0429-05
摘要:
采用标准装置Godbert-Greenwald恒温炉测试了不同条件下镁粉尘云最低着火温度。实验测试结果显示:D50为6、47、104、173 m时镁粉尘云最低着火温度分别为480、520、620、700 ℃;选取D50为6 m的镁粉,在分散压力恒定为0.1 MPa时,镁粉浓度由424 g/m3变化到5 085 g/m3,粉尘云最低着火温度由600 ℃降低到480 ℃;而粉尘质量恒定为0.3 g时,分散压力从0.1 MPa增加到0.2 MPa,粉尘云最低着火温度由540 ℃升高到580 ℃。还分析了镁粉粒径、浓度及分散压力对粉尘云最低着火温度的影响。
碎片云的毁伤潜力
崔伟峰, 曾新吾
2009, 29(4): 434-438. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0434-05
摘要:
提出了超高速碰撞研究的工程算法模型,并采用该模型来模拟弹丸超高速撞击薄板形成的碎片云对后靶的破坏毁伤情况,与超高速碰撞实验相比较,数值模拟结果与实验结果较为一致。采用的工程算法模型很好地描述了超高速碰撞现象,定性地给出了碎片云的毁伤潜力。
动能火箭弹定深技术
杨东来, 张有龙, 李昊
2009, 29(4): 439-443. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0439-05
摘要:
根据某火箭破障弹的性能特点,设计了动能侵彻战斗部和机械定深发火机构,使其可根据目标的强度和厚度控制战斗部在最佳深度处爆炸,以发挥战斗部的爆破威力。理论和试验证明所设计的动能火箭弹结构合理可行。
冲击载荷对火炮复进机性能的影响
王成, 张培林, 傅建平
2009, 29(4): 444-448. doi: 10.11883/1001-1455(2009)04-0444-05
摘要:
为了研究火炮后坐冲击载荷对复进机性能的影响作用,采用分段处理多变指数方法,将复进机整个瞬变工作过程分为2个压缩子过程和2个膨胀子过程,分析了每个子过程中气体的实际特性。理论分析与实验结果均表明,冲击载荷作用下,火炮复进机内密闭高压气体在瞬变工作过程中的热力学特性不同于普通气动装置,其气体多变指数取值并非始终局限于等温过程与绝热过程之间,而这会对复进机性能产生明显影响。与以往处理方法相比,综合考虑了内摩擦与传热作用,使结果更加接近实际。