• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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2012年  32卷  第6期

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论文
冲击作用下夹层充液薄壁半球壳组合结构的动力响应
路国运, 秦斌, 张国权, 韩志军, 雷建平
2012, 32(6): 561-567. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0561-07
摘要:
采用DHR9401作为加载工具对充液夹层构形的薄壁半球壳组合结构受质量块冲击的动力响应进 行了实验研究。给出了冲击力和内压力时程曲线,结合实验变形过程的观察可以看出,冲击引起半球壳的动 力响应可分为4个阶段:冲击点处的扁平化;壳面凹陷形成塑性铰并向外扩张;冲头对塑性棱区的压平以及弹 性恢复。实验结果表明,双层充液球壳在受到载荷冲击时,由于液体作用使外壳受到的局部冲击转化成面载 荷均匀加载在内壳上,使之具有更大的承载能力。采用夹层充液组合构形的半球壳组合结构的耐撞性有了很 大的提高,在一定的冲击能量下,内部的球壳变形量很小,可以提供有效的安全防护空间。
深部地下工程岩爆预测的筛选蚁群聚类算法
高玮, 张飞君
2012, 32(6): 568-572. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0568-05
摘要:
为了提高仿生聚类算法的计算效率,对传统的蚁群聚类算法进行改进,采用数据合并机制提出了 一种筛选蚁群聚类算法。采用筛选蚁群聚类算法,在岩爆工程实例资料分析的基础上,基于工程类比的思想 判断岩爆的发生状态,提出了一种深部地下工程岩爆预测的新方法。通过多个煤矿深部地下工程岩爆实例的 应用研究证明,和传统的蚁群聚类算法相比,在不显著增加计算难度和复杂度的情况下,新算法对工程实例的 判断准确率更高,其准确率达92%,计算效果更好;而且,计算速度有较大幅度的提高,其计算时间缩短近 40%,说明新算法的计算效率更高。因此,筛选蚁群聚类算法是一种比较实用的岩爆预测新方法,值得在深部 地下工程岩爆研究领域推广应用。
考虑刚性弹弹头形状的混凝土(岩石)靶体侵彻深度半理论分析
吴昊, 方秦, 龚自明
2012, 32(6): 573-580. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0573-08
摘要:
基于动力球型空腔膨胀理论和冲击成坑+钻孔区两阶段侵彻模型,以截卵形弹头弹体为例,运 用曲面积分,引入表征弹头形状和弹靶摩擦效应的量纲一系数、质量比和冲击因子,提出了综合考虑弹头形状 变化、成坑区深度、弹靶摩擦阻力的混凝土和岩石靶体的刚性弹垂直侵彻深度的计算公式。该公式在相关参 数取特殊值时,可退化为经典的侵彻深度计算公式。通过与8组不同弹头形状弹体冲击混凝土和岩石靶体的 侵彻实验数据、已有10个(半)经验公式计算结果对比,验证了本文公式的适用性。并结合实验和参数影响分 析,给出了混凝土和岩石靶体的弹靶摩擦系数和与冲击因子相关的不同弹头形状弹体成坑系数的建议值。
前驱体相对物质的量的变化对氢氧气相爆燃制备纳米SiO2 颗粒的影响
闫鸿浩, 吴林松, 李晓杰, 王小红, 王胜杰
2012, 32(6): 581-584. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0581-04
摘要:
以SiCl4为前驱体,以H2 和O2 的混合气体为爆源,通过改变前驱体的相对物质的量,考察前驱体 的相对物质的量对产物的影响。并通过XRF、TEM 和XRD等测量手段对纳米SiO2粉体进行测试分析:通过 XRF对产物进行成分分析,测得所得产物主要由SiO2组成,且纯度达到99.9%以上;由XRD结果得出,生成 的SiO2产物属于典型的不定形结构;由TEM 图片可以得出,生成的产物粒径大小大部分在50~100nm 之 间,且呈圆球状。随着前驱体相对物质的量的增加,所得到的产物粒子逐渐出现粘结,分散性下降,前驱体相 对物质的量应该控制在1.25以内。
水下爆炸载荷作用下环肋加筋圆柱壳结构 的弹塑性动力屈曲
袁建红, 朱锡, 张振华
2012, 32(6): 585-591. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0585-07
摘要:
为研究水下爆炸载荷作用下潜艇结构的动力屈曲现象,以潜艇耐压结构的简化模型环肋加筋圆 柱壳结构为研究对象,建立流固耦合有限元分析模型,应用瞬态有限元分析程序MSC.Dytran对该结构在水 下爆炸冲击载荷作用下的弹塑性动力屈曲行为进行研究,基于Budiansky-Roth准则和Southwell方法确定环 肋加筋圆柱壳结构的临界屈曲载荷,讨论结构动力屈曲的影响因素如载荷强度、网格密度、径厚比、长径比、加 筋截面间距、加筋尺寸等对环肋加筋圆柱壳结构动屈曲模态和临界屈曲载荷的影响。结果表明:采用建立的 流固耦合有限元分析模型,应用动力瞬态有限元软件MSC.Dytran可以对加筋圆柱壳结构的动力屈曲行为进 行模拟,模型网格尺寸大小、结构几何参数对结构的动力屈曲临界载荷都有一定的影响,其中加筋圆柱壳结构 的径厚比对结构的动力屈曲临界载荷影响最为显著。
C2H2-O2-Ar和C2H2-N2O-Ar直接起爆形成爆轰的临界能量
张博, 白春华
2012, 32(6): 592-598. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0592-07
摘要:
采用高压电点火进行直接起爆形成爆轰,起爆能量通过放电过程中电流的输出信号确定。首先通 过实验测定并对比C2H2-O2-Ar和C2H2-N2O-Ar等2种混合物在各种初始状态下直接起爆形成爆轰的临界 起爆能量。实验结果表明,在相同状态下C2H2-N2O-Ar混合物的临界起爆能量显著高于C2H2-O2-Ar混合 物的。进一步基于各物质爆炸特征长度和爆轰临界管径的参量关系对临界起爆能量差异性进行分析,得到了 C2H2-N2O-Ar混合气体的爆轰临界管径预测曲线,并在此基础上得出C2H2-N2O-Ar混合物爆炸特征长度 与临界管径的关系为r0=2.5dc,而C2H2-O2-Ar两者关系为r0=2dc。结果清晰地表明,使用N2O 作为氧化 剂,爆炸特征长度与爆轰临界管径之间的比例因数增大,表明该物质直接起爆形成爆轰所需的起爆源单位能 量增大,因而直接形成爆轰的临界能量相应提高。
不同加筋结构在水中接触爆炸下的破损规律
赖鸣, 冯顺山, 黄广炎, 边江楠
2012, 32(6): 599-604. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0599-05
摘要:
采用LS-DYNA对不同加筋强度和不同加筋位置的筋板结构的水中接触爆炸进行了数值模拟,定 义描述不同加筋强度、位置的强度因子和距离因子,建立不同强度因子的6种加筋模型和不同距离因子的3 种加筋模型。通过对水中接触爆炸下典型加筋结构破损过程分析和不同模型纵、横破口长度和破口面积的对 比,得到了加筋板在水中接触爆炸下强度因子、距离因子对破口形状和大小的影响规律。结果表明:增大纵横 方向强度因子能有效抑制破口面积,增大横向强度因子对破口无明显影响;药量一定情况下,距离因子与破口 面积成正比,破口形状与距离、强度因子相关。
水下爆炸近场非均熵流的特征线差分解法
李晓杰, 张程娇, 闫鸿浩, 王小红, 王宇新
2012, 32(6): 604-608. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0604-05
摘要:
提出了一种改进的特征线差分方法,根据力学基本方程推导出2族带有熵变修正项的特征线方 程,并将质点迹线方程补充为第3族特征线方程,利用这3个特征线方程可以对水下爆炸冲击波及波后的非 均熵流场进行求解。由于特征线差分法无需引入人工粘性项处理冲击波间断问题,所以减少了人为干预的影 响因素。最后,应用这种改进的特征线法对质量分数比w(TNT)∶w(RDX)=40∶60的TNT/RDX炸药球 的水下爆炸问题进行了数值模拟。在比例距离1R/R04的近场范围内,计算得到的冲击波峰值压力与文 献实验数据的最大相对误差在13.1%以内,进一步证明了这种改进的特征线差分方法的正确性。
水下爆炸冲击作用下重力坝的损伤发展及破坏模式
张启灵, 李端有, 李波
2012, 32(6): 609-615. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0609-07
摘要:
基于有限元程序ABAQUS/Explicit,采用声学介质描述流体,考虑坝体-水流固耦合作用和混凝土 的受拉、受压损伤,对某典型的重力坝坝段结构进行损伤塑性时程分析。结果表明,大坝存在3种潜在破坏模 式,除近爆炸点区域破坏外,坝底损伤区过大可能引起坝体向下游滑动甚至倾倒,坝头局部破坏或断裂而倒向 下游可能造成大坝挡水高度不足,出现漫顶。对于坝体与坝基连接部位以及坝头部分,可以考虑局部增加配 筋(插筋),防止灾难性后果的出现。大坝高度方向中部应该成为安防重点,控制爆源距离是有效的手段。
弹头侵彻明胶的运动模型
刘坤, 吴志林, 徐万和, 莫根林
2012, 32(6): 616-622. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0616-07
摘要:
为探讨弹头在肌肉组织中的运动规律,以明胶作为组织模拟物,结合明胶力学性质,在区别攻角和 偏角的情况下,建立同时考虑水平和垂直方向弹头侵彻明胶的二维运动模型。以7.62mm 普通弹和5.8mm 普通弹为杀伤元,根据龙格-库塔法原理对运动模型进行数值计算。同时,对2种弹丸侵彻明胶实验数据进行 了对比分析。分析结果表明,该二维运动模型能够准确合理的描述2种弹丸侵彻明胶的运动过程,具有一定 通用性,可为弹药设计和战伤救治提供理论参考。
封装材料对压阻式加速度传感器性能的影响
李平, 高世桥, 金磊, 石云波
2012, 32(6): 623-628. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0623-06
摘要:
通过实验测试的方法研究分析封装材料对压阻式高量程加速度传感器性能的影响。对使用陶瓷 材料和不锈钢材料封装的加速度传感器,利用拉曼光谱仪测试研究封装前后传感器结构中残余应力和压敏 电阻阻值的变化,采用落锤、Hopkinson杆测试分析传感器的灵敏度、高过载能力,并在实弹环境中测试不同 封装传感器的测试精度的差别。实验结果显示,与陶瓷材料封装的压阻式加速度传感器相比,不锈钢材料封 装的压阻式加速度传感器在封装后结构的残余应力和压敏电阻阻值的变化更大,但不锈钢封装传感器的灵 敏度更大、高过载能力更强,同时实弹环境中可靠性和测试精度更高。
多孔隙流固耦合砂岩的冲击损伤效应
高全臣, 陆华, 王东, 何广骥
2012, 32(6): 629-634. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0629-06
摘要:
采用分离式霍普金森压杆冲击实验系统,对流固耦合的多孔隙红砂岩试样进行了不同冲击速率下 的损伤效应对比实验,得到反复冲击作用下多孔隙砂岩试件的损伤演化本构关系曲线。通过检测不同冲击速 率作用前后流固耦合砂岩试样的声波速度变化和冲击损伤破坏结果,探讨多孔隙流固耦合砂岩的冲击损伤 演化的主要影响因素,得出冲击损伤强度随声波速度和孔隙率的变化曲线;提出不同耦合介质和孔隙率对多 孔隙砂岩冲击损伤效应的影响关系。
金属约束下定常非理想爆轰的理论研究
于明, 孙宇涛, 张文宏
2012, 32(6): 635-640. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0635-06
摘要:
为了对金属约束条件下的定常非理想爆轰进行理论研究,对未反应炸药和爆轰产物采用JWL形 式状态方程,对金属采用p(,T)形式状态方程。采用过爆轰前导冲击波的流线偏转角在影响域内沿高度线 性变化的假设,并且由未反应炸药和金属的冲击波极曲线的交点确定爆轰冲击边缘角,则可从未反应炸药斜 冲击波极曲线关系式求出爆轰前导冲击波阵面的形状。采用爆轰前导冲击波阵面之后的流线是直线的假设, 则爆轰流动控制方程由偏微分方程变为沿流线的常微分方程,沿着所有流线求解便给出爆轰化学反应区内 声速线与化学反应结束线的位置。理论分析同时给出约束金属折射冲击波后面的流体的流动状态。理论结 果给出的爆轰化学反应区结构特征和约束金属内的流动状态特征与高精度数值模拟的结果符合良好,说明 本文中给出的理论方法具有良好的合理性和适用性。
大画幅等待式转镜分幅相机研制及应用
李剑, 汪伟, 肖正飞, 尚长水, 畅里华, 刘宁文
2012, 32(6): 641-646. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0641-06
摘要:
采用共轴设计理论和控制离焦相结合的方法,研制了大画幅等待式转镜分幅相机,画幅尺寸达到 了30mm18mm,动态目视分辨率35mm-1,总画幅数80,摄影频率1104~5105s-1。高速转镜部件采 用光纤传感器系统实现转速信号的产生和传输,避免了高速直流电机对转速信号的干扰,确保了测速准确度。 研制的相机在爆轰物理和冲击波物理实验研究中,得到了满意的结果。
隔振沟对爆炸塔周边地表振动的影响
胡八一, 陈石勇, 谷岩, 刘宇, 刘仓理
2012, 32(6): 647-652. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0647-06
摘要:
对内径2m、壁厚0.4m 的椭球封头爆炸塔进行有、无隔振沟条件下的对比爆炸实验,并监测塔体 周边6个测点的地表竖向及水平方向的振动速度。研究结果表明:地表质点的振动持续时间小于0.2s,竖向 振动频谱在20~500Hz范围内,水平方向振动频谱则在200~800Hz范围内;隔振沟使水平方向振动幅度衰 减至原来的1/10,对竖向振动幅度衰减至原来的1/4~1/3,对地表振动频率无明显影响;爆炸塔隔振沟的深 度为1m 时,对爆炸地震波无任何衰减作用,仅当深度达到1.5~2.0倍瑞利波波长时(5.6~7.5m)才会产 生明显的隔振效果。
轴向间隔装药爆破沿炮孔的压力分布
杨国梁, 杨仁树, 姜琳
2012, 32(6): 653-657. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0653-05
摘要:
模拟了三种不同装药结构分别采用正向、反向和两端起爆时的应力波传播、叠加过程。增大炮孔 顶部装药量,采用正向和两端起爆均可以显著提高炮孔中部压力。三种模型反向起爆时,炮孔堵塞段的压力 均高于另两种起爆方式。将反向起爆下各模型沿炮孔的压力曲线进行比较,发现增大顶部药量后,压力分布 更为均匀,且平均压力最大。将模拟结果应用到现场实验,基本消除了大块矸石,提高了岩石充填的效率。
爆炸荷载作用下配筋砌体结构的动力响应
田玉滨, 李朝, 张春巍
2012, 32(6): 658-662. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0658-05
摘要:
基于大型非线性动力有限元软件LS-DYNA,通过改变墙体的约束情况、砌体材料的强度等级、纵 向配筋率、高宽比、荷载峰值、墙体距爆心点距离、墙体开洞以及粘贴玻璃纤维复合材料等,得到配筋砌体墙在 爆炸荷载作用下的变形规律、破坏情况以及结构墙体中砌体材料、钢筋的应力和位移随时间的变化规律。同 时对各种不同工况下配筋砌体墙的防爆性能进行比较,找出了影响结构响应最为重要的因素,给配筋砌体墙 防爆设计提供参考。
炸药性质对岩石粒子运动影响的数值模拟
覃剑锋, 焦清介, 聂建新
2012, 32(6): 663-668. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0663-06
摘要:
为研究炸药性质对粒子运动的影响,利用AUTODYN 有限元软件模拟球形装药在蓝田花岗岩中 的爆炸过程,获取介质中不同位置处的粒子速度和位移曲线,定性分析了炸药特性对岩石粒子运动的影响。 数值模拟结果显示,粒子的速度和位移变化趋势与实验结果基本一致,虽然粒子速度峰值与实验值相差很大, 而由速度曲线积分所得的粒子位移受到速度峰值、上升时间、脉冲持续时间以及速度衰减过程的影响,粒子位 移峰值的偏差在20%以内。在爆炸能量相等的条件下,不同种类的理想炸药爆炸引起的岩石粒子速度峰值 大小关系为ur(HMX)ur(PETN)ur(TNT),粒子位移峰值的大小关系为D(TNT)D(HMX)D(PETN)。非理想炸药的反 应速率对粒子速度和位移峰值影响明显,反应速率越快,速度和位移峰值越大。
采用泄爆管的粉尘爆炸在泄放过程中的压力特性
喻健良, 闫兴清, 李迪
2012, 32(6): 669-672. doi: 10.11883/1001-1455(2012)06-0669-04
摘要:
以2m 铝粉为介质,在内径68mm、高305mm 的钢制圆柱容器顶端连接内径25mm、不同长度 的钢制泄爆管,开展了粉尘爆炸泄放实验。通过分别改变泄爆管长度及粉尘的质量浓度,研究粉尘爆炸泄放 过程中容器及泄爆管内的压力特性,重点在探索泄放过程中二次爆炸发生的条件。结果表明,在本实验条件 下,当泄爆管长度LT1500mm,粉尘质量浓度500g/m3 时,泄爆管内发生二次爆炸的几率很高。二次 爆炸产生的压力波分别向爆炸容器及泄爆管末端2个方向传播。向爆炸容器传播的压力波阻碍并扰乱泄放 过程,导致容器内残余未燃粉尘反应,使容器内压力出现二次峰值。