• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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2014年  34卷  第2期

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论文
8km/s激光驱动飞片发射技术实验研究
牛锦超, 龚自正, 曹燕, 代福, 杨继运, 李宇
2014, 34(2): 129-136. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0129-08
摘要:
实验研究了激光驱动飞片技术中激光能量剖面和飞片靶金属膜层的力学特性对飞片的速度和完 整性的影响,认为激光能量剖面整体呈平顶型的光束是发射高质量飞片的基础,同时飞片靶的膜基附着力、 金属膜层的强度和韧性三者之间应保持良好的匹配才能得到完整的飞片。制备了基底/Cr/Al复合结构飞片 靶,利用波长1064nm、脉宽15ns的激光,将直径1mm、厚度3m 的铝飞片稳定驱动至8km/s。
钢质圆柱壳在侧向爆炸荷载下的动力响应
纪冲, 徐全军, 万文乾, 高福银, 宋克健
2014, 34(2): 137-144. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0137-08
摘要:
将壁厚为2.75mm、外径为100mm 的钢质圆柱壳置于75g裸装圆柱形压装TNT药柱产生的爆 炸场中进行冲击实验,获得了不同装药条件下圆柱壳的变形破坏特征。实验表明:非接触爆炸条件下,壳壁迎 爆面局部破坏呈现碟型凹陷,同时沿壳体轴线方向产生了整体屈曲变形,且装药距离较大或药柱轴线与壳体 轴线垂直放置情况下对壳体损伤程度较大;而接触爆炸时,壳壁发生破裂形成破口及破片。利用动力有限元 程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法对圆柱壳的非线性动态响应过程进行数值模拟,分析了 壳壁的屈曲变形过程及迎爆曲面中心点速度、位移时程曲线,计算结果与实验吻合较好。并基于数值计算确 定了壳壁发生破裂的临界装药距离。
深孔爆破技术在高地应力低透气性高瓦斯煤层 增透防突中的适用性
赵宝友, 王海东
2014, 34(2): 145-152. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0145-08
摘要:
同时考虑爆炸波、爆生气体、煤层原始瓦斯压力和煤层地应力的作用,对不同地应力条件下的高瓦 斯低透气性煤层深孔爆破进行了有限差分动力数值模拟,并与室内相似模型实验和相关现场实践进行了对 比。结果表明:地应力对煤层深孔爆破效果的影响显著,尤其对于高地应力煤层,地应力严重抑制着煤层爆生 裂隙的扩展,煤层爆生裂隙半径随地应力的增大而近线性地减小,但深孔爆破技术对于高应力低透气性煤层 仍可取得良好的增透效果;煤层地应力的主应力方向在一定程度上影响着爆生裂隙的扩展方向,实际工程需 结合煤层地应力状况来布置爆破孔的空间位置。
地应力影响下隧洞边墙的爆破振动安全
朱俊, 杨建华, 卢文波, 陈明, 严鹏
2014, 34(2): 153-160. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0153-08
摘要:
针对地应力条件下的溪洛渡水电站右岸大跨度导流洞的开挖,依托现场的爆破实验参数,结合 LS-DYNA软件,进行了隧洞岩体爆破开挖过程围岩的动态响应计算。分别采用峰值质点振动速度和最大拉 应力安全判据确定围岩的爆破损伤范围。计算结果表明,隧洞爆破开挖时,最大峰值质点振速和最大拉应力 均出现在洞室边墙中部,因此,爆破损伤在洞室边墙部位最严重。通过对洞室边墙中部的峰值振速和最大拉 应力的数值拟合,得到了峰值质点振速和最大拉应力的统计关系,并进行了相关性检验,而且根据所得统计关 系,结合实际工程围岩动态抗拉强度准则,提出了控制隧洞围岩爆破损伤的临界峰值质点振动速度。
采用Logistic统计法分析片状铝粉的最小点火能
李磊, 刘庆明, 高克平
2014, 34(2): 161-166. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0161-06
摘要:
在1.28LMIKE3管内对不同浓度的片状铝粉-空气混合物进行最小点火能测试;基于统计分析的 Logistic回归模型,采用用以概率表示粉尘云最小点火能的计算方法,借助SPSS统计分析软件计算得到各浓 度下片状铝粉点火概率随能量的分布曲线。研究结果表明:片状铝粉的最小点火能随浓度的增大先迅速减小 后保持在一定的能量范围内,其爆炸敏感度比普通球状铝粉更高;与采用其他方法的计算结果相比,以概率表 示特定物质的最小点火能更符合实际情况。
多组分PBX 炸药细观结构冲击点火数值模拟
王晨, 陈朗, 刘群, 皮铮迪, 胡晓棉
2014, 34(2): 167-173. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0167-07
摘要:
建立了炸药颗粒自由堆积三维计算模型,考虑了炸药颗粒尺寸和位置的随机分布、粘结剂对炸药 颗粒的包覆和不同组分炸药颗粒间的级配;采用非线性有限元方法,对炸药颗粒由自由堆积到密实装药的压 药过程进行模拟,构建了PBX炸药细观结构模型;对多元PBX 炸药(HMX+TATB+Estane)细观结构冲击 点火过程进行了计算,考虑冲击作用下炸药内部热力耦合作用和自热反应,计算不同组分比例混合炸药的冲 击点火性能,分析了炸药组分对冲击点火的影响。研究表明TATB含量增加,混合炸药冲击感度降低。
球体垂直入水空泡实验研究
马庆鹏, 何春涛, 王聪, 魏英杰, 路中磊, 孙健
2014, 34(2): 174-180. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0174-07
摘要:
针对球体垂直入水问题开展了实验研究,分析了入水空泡的形成、发展、闭合及溃灭过程。通过开 展不同初始入水速度及表面沾湿状态的实验研究,得到了入水速度及表面沾湿状态对球体入水空泡流场的 影响,同时分析了球体在垂直入水过程中的位移、速度、加速度以及阻力因数。结果表明,球体在水下的运动 参数具有较强的非线性特性,速度较高、入水空泡深闭合的条件下,球体的运动参数及阻力因数曲线具有明显 的波动。
四边手性蜂窝动态压溃行为的数值模拟
卢子兴, 李康
2014, 34(2): 181-187. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0181-07
摘要:
建立了四边手性蜂窝的有限元模型,采用数值模拟方法研究了四边手性蜂窝在不同冲击速度下的 变形模式和能量吸收等动力学响应特性,并同普通六边形蜂窝的冲击行为进行了对比。计算得到了这2种蜂 窝的变形模式图、动力响应曲线和能量吸收曲线。模拟结果表明:低速冲击下,四边形手性蜂窝的变形模式为 Z字形;高速冲击下,四边手性蜂窝的变形模式与普通蜂窝的I字形模式类似;在适中速度的冲击下,四边 手性蜂窝表现出兼具高速冲击和低速冲击特征的一种过渡态变形模式;随着冲击速度的提高,局部变形带由 固定端向冲击端移动,并且能量吸收能力也随之提高;在中、低速度的冲击下,能够观察到拉胀材料压缩时特 有的缩颈现象。
不同晶型CL-20热分解反应机理计算分析
张力, 陈朗, 王晨, 伍俊英
2014, 34(2): 188-195. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0188-07
摘要:
基于反应力场,采用NPT、NVT系综和Berendsen方法,对-、-和-CL-20超晶胞在不同温度下 的热分解反应过程进行分子动力学计算。结果表明:3种晶型CL-20的初始分解路径均是五元环和六元环中 的N-NO2键断裂生成NO2 自由基,生成的主产物包括N2、H2O、CO、CO2、NO2、NO3、HNO2、HNO3、 N2O5、N2O2和NO 等。相同晶型的CL-20发生热分解生成的主产物的反应速率常数随温度的升高而增大。
经历不同高温后砂岩的动态力学特性实验研究
陈腾飞, 许金余, 刘石, 王鹏, 方新宇
2014, 34(2): 195-201. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0195-07
摘要:
运用RX3-20-12型箱式电阻炉将砂岩试样分别加热至100、200、400、600、800和1000 ℃,然后自 然冷却至常温,制成经历不同温度的砂岩试件。运用直径为100mm 的分离式Hopkinson压杆装置,用薄圆 形紫铜片作为波形整形器,以不同弹速轴向冲击砂岩试样,测试经历不同温度后砂岩试样在不同冲击荷载下 的动态力学性能,得出了砂岩的应力-应变曲线及各自的破坏形态。结果表明:常温下砂岩的动态压缩破坏的 应力-应变曲线具有明显的4阶段特征,但经历100~400℃作用的砂岩应力-应变曲线的平台段消失,温度继 续升高时平台段又重新出现;砂岩的峰值应变随温度升高而升高,动态压缩强度也随温度升高而升高,但在 800℃以后陡然下降;砂岩的动态压缩破坏形态受温度和冲击荷载的共同影响,冲击荷载越大破碎程度越大, 而且破坏过程总是由外层向内芯发展。
含能破片引爆带壳炸药过程的数值模拟
李旭锋, 李向东, 顾文彬, 李裕春, 秦入平
2014, 34(2): 202-208. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0202-07
摘要:
将引爆模拟战斗部等效为带铝壳炸药,设计了一种新型含能破片作为毁伤元,利用非线性有限元 LS-DYNA软件对该含能破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟。用升降法得到了该含能 破片对不同盖板厚度带壳炸药的引爆速度,同时与普通破片引爆同规格带壳炸药进行了对比,并进行了实验 验证。结果表明,通过控制含能破片的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间,可有效引爆盖板厚度为8~ 16mm的带铝壳炸药。
无限弹性土体中洞室在反平面冲击荷载作用下的瞬态响应
翟朝娇, 夏唐代, 陈炜昀, 杜国庆
2014, 34(2): 209-215. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0209-07
摘要:
为了探讨无限弹性土体内圆柱形洞室在突加反平面冲击荷载作用下的瞬态响应,利用Laplace变 换及围道积分逆变换,得到土体位移和应力的一般解析表达式,并给出了数值解。在时域内分析了无限弹性 土体内圆柱形孔洞在轴向荷载作用下的动力响应,并将计算结果与采用拉普拉斯数值反变换得到的结果以 及静力情况下的结果作了比较。研究结果显示:波到达后,该点土体的应力和位移均瞬间增大,随后慢慢减 小,并逐渐趋于静力值;波向外发散传播,并沿半径方向衰减,衰减速度比静力情况的应力衰减慢。
高流态地质聚合物混凝土的高应变率动态压缩变形特性
罗鑫, 许金余, 苏灏扬, 李为民, 白二雷
2014, 34(2): 216-222. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0216-07
摘要:
以矿渣、粉煤灰为原材料,以NaOH、Na2CO3为碱激发剂,制备了强度等级为C30的高流态地质聚 合物混凝土(highly-fluidizedgeopolymerconcrete,HFGC),运用波形整形技术改进了?100mmSHPB实验 装置,通过参数控制保证应力均匀和恒应变率加载,对HFGC开展了动态压缩实验,分析了HFGC在冲击压 缩荷载下的变形特性。HFGC属于应变率敏感材料和脆性材料,高应变率作用下,HFGC的典型应力应变曲 线包括压实挤密阶段、弹性阶段和软化、屈服阶段。在10~100s-1的应变率范围内,HFGC的峰值应变 c 随 应变率的变化表现出明显的冲击韧化效应, c 随应变率的升高先增大后减小,满足二次函数关系 c = -1.2 10-62+1.610-4 +0.0017,变形特性变化的临界应变率为66.7s-1。HFGC的动态弹性模量均低于其 在准静态下的弹性模量。
反向起爆模型下的冲击波加载
张柱, 晋艳娟
2014, 34(2): 223-228. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0223-06
摘要:
为了实现对大尺寸材料试件的动态加载,得到与轻气炮加载应力波相同的爆炸加载冲击波,基于 叠加原理,提出了利用炸药反向起爆模型完成对可压缩固体材料的冲击波加载。通过联立爆炸产物和可压缩 流体的速度-压力曲线以及综合考虑炸药和材料试件各自由边所受稀疏波干扰的情况,从理论上给出了冲击 波压力和冲击波加载平台宽度的计算方法。并结合数值模拟,对理论分析结果进行了验证,两者基本一致。
爆炸冲击波对3种建筑玻璃的作用过程
江祺, 刘彤, 王汝恒, 潘婷
2014, 34(2): 229-234. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0229-06
摘要:
借助ANSYS/LS-DYNA程序,采用ALE方法描述炸药和空气场,采用Lagrange方法描述玻璃, 玻璃除考虑拉应力失效外,还增加了切应变失效判据,并给出了针对不同玻璃的建模方法和计算参数。利用 建立的模型对爆炸冲击波对钢化夹胶玻璃、普通夹胶玻璃和浮法玻璃3种常用建筑玻璃的作用过程进行了数 值模拟。计算结果可较好地反映实验中玻璃出现的冲切破坏现象,发生破坏时的冲击波超压也与实验结果吻 合。研究表明,钢化玻璃比普通玻璃具有更强的抗爆性能,夹层玻璃中的PVB能有效地阻止玻璃的飞溅。
含能材料药型罩的爆炸成型及毁伤作用
万文乾, 余道强, 彭飞, 王维明, 阳天海
2014, 34(2): 235-240. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0235-06
摘要:
为了研究由含能材料制备的药型罩爆炸成型过程及其对目标靶的终点效应,设计了球缺形药型罩 的装药结构,放置与药型罩曲率相同的缓冲垫在药型罩和主装药之间,运用高速摄影系统拍摄含能材料药型 罩的成型过程。实验结果表明,含能材料药型罩在爆炸作用下能够形成弹丸,弹丸速度2km/s左右。含能弹 丸穿透20mm 厚的装甲钢靶后反应加剧,形成大量的气体。侵彻过程含动能和化学反应的综合作用,穿孔有 明显的烧蚀现象,穿孔口径0.5D,最大穿深1.4D。利用含能材料制备成药型罩可以实现炸药的直接驱动,这 可为含能材料战斗部的工程应用提供参考。
M1近似应用于强爆炸火球辐射输运数值模拟
闫凯, 田宙, 郭永辉, 董楠
2014, 34(2): 241-246. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0241-06
摘要:
推导了P1近似、Minerbo近似和M1近似模型中Eddington因子和辐射输运方程的最大特征值随 各向异性因子的变化关系。采用M1近似模型对1ktTNT当量的强爆炸火球的辐射输运过程进行了数值模 拟,给出了火球阵面和冲击波阵面走时,并与已有计算结果进行了比较。结果表明:辐射扩张阶段M1近似下 得到的辐射波波速快于P1近似下的计算结果,落后于Minerbo近似下的计算结果,而在冲击波扩张阶段三 者计算结果又趋于一致。
散体系统冲击破碎的动力学分析
姜世平, 于海龙, 芮筱亭, 洪俊, 黎超
2014, 34(2): 247-251. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0247-05
摘要:
针对球形粒子组成的散体系统,基于离散单元法,将球形粒子离散成弹簧-球单元系统,给出了离 散单元的运动方程,建立了离散单元之间的弹性力和接触力的计算模型,并用Mohr-Coulomb型破坏准则判 断粒子的破碎。运用上述方法,对圆筒内由脆性材料组成的散体系统在冲击载荷下的挤压破碎过程进行了数 值模拟;计算过程中,跟踪散体系统中每个粒子在不同时刻的破碎情况;分析了散体系统冲击破碎过程数值模 拟结果的主要影响因素。结果显示:数值模拟过程中需综合考虑计算精度和计算时间之间的平衡;相同的计 算条件下,颗粒的初始堆积方式不同,计算得到的散体系统的破碎程度不同。
铜丝电爆炸的光谱分析
金涌, 栗保明
2014, 34(2): 252-256. doi: 10.11883/1001-1455(2014)02-0252-05
摘要:
通过搭建脉冲成形网络放电模块和光谱测试系统,利用AndorSR750光谱仪测量了铜丝电爆炸等 离子体在400~500nm 范围内的发射光谱。根据热力学平衡理论,采用双谱线相对强度法计算了等离子体 的激发温度,并研究了激发温度随时间变化的特性。研究结果表明,铜丝电爆炸产生的稳态等离子体的激发 温度约为5400K。在脉冲放电前期,激发温度变化较大;在放电后期,激发温度较稳定;整个脉冲时间内激发 温度差约达800K。