当期目录
PDF 
本文被引
在线阅读
2026, 46(8): 081001.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0301
摘要:
为准确描述核级不锈钢Z2CN18.10在动态载荷下的力学行为，通过电子万能试验机和传统Hopkinson拉杆系统开展了准静态与高应变率拉伸实验，获取了该材料在常温至400 ℃、应变率10−3~103 s−1范围内的应力-应变响应。针对传统Hopkinson杆无法实现大应变加载的局限，采用电磁驱动双向Hopkinson拉杆测量了Z2CN18.10不锈钢在不同应力三轴度下的失效应变。基于实验数据拟合了Johnson-Cook本构模型和失效准则参数，并通过空气炮高速冲击实验验证了模型的有效性。结果表明，数值仿真与实验关于破孔尺寸、峰值应变和支撑反力的差值分别为4.4%、7.5%和2.3%，吻合良好。建立的Z2CN18.10不锈钢可靠动态本构模型和失效准则可为核电站管道系统的抗冲击设计与安全评估提供了重要的方法与数据基础。
为准确描述核级不锈钢Z2CN18.10在动态载荷下的力学行为，通过电子万能试验机和传统Hopkinson拉杆系统开展了准静态与高应变率拉伸实验，获取了该材料在常温至400 ℃、应变率10−3~103 s−1范围内的应力-应变响应。针对传统Hopkinson杆无法实现大应变加载的局限，采用电磁驱动双向Hopkinson拉杆测量了Z2CN18.10不锈钢在不同应力三轴度下的失效应变。基于实验数据拟合了Johnson-Cook本构模型和失效准则参数，并通过空气炮高速冲击实验验证了模型的有效性。结果表明，数值仿真与实验关于破孔尺寸、峰值应变和支撑反力的差值分别为4.4%、7.5%和2.3%，吻合良好。建立的Z2CN18.10不锈钢可靠动态本构模型和失效准则可为核电站管道系统的抗冲击设计与安全评估提供了重要的方法与数据基础。
2026, 46(8): 081501.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0273
摘要:
钠离子电池因资源丰富和成本优势成为储能领域的重要发展方向，但其机械滥用下的安全性研究仍显不足。以18650商用钠离子电池为对象，采用试验与模拟相结合的方法，系统研究了其在径向挤压下的失效机理。同时，建立均质化有限元模型，模拟其动态冲击（1~35 m/s）行为，并引入应力波理论分析其失效机理。结果表明，在准静态挤压下电池峰值载荷点与失效点高度吻合。挤压速度提升使峰值载荷增加，失效位移增大，但对0%荷电状态（state of charge, SOC）电池的温升影响微弱。在动态冲击中，失效位移随冲击速度的提高而减小，且在20 m/s后急剧下降；裂纹位置表现出明显的速度依赖性，从低速（<15 m/s）时的中部，移至20 m/s时的底部，并在30 m/s以上时转移至冲击端，该行为主要由应力波的传播与反射叠加控制。可见，钠离子电池失效由结构失稳引发内短路导致，SOC主导低速挤压温升，而高速失效行为受应力波支配。所建模型可有效预测宏观力学响应，为电池安全设计提供重要依据。
钠离子电池因资源丰富和成本优势成为储能领域的重要发展方向，但其机械滥用下的安全性研究仍显不足。以18650商用钠离子电池为对象，采用试验与模拟相结合的方法，系统研究了其在径向挤压下的失效机理。同时，建立均质化有限元模型，模拟其动态冲击（1~35 m/s）行为，并引入应力波理论分析其失效机理。结果表明，在准静态挤压下电池峰值载荷点与失效点高度吻合。挤压速度提升使峰值载荷增加，失效位移增大，但对0%荷电状态（state of charge, SOC）电池的温升影响微弱。在动态冲击中，失效位移随冲击速度的提高而减小，且在20 m/s后急剧下降；裂纹位置表现出明显的速度依赖性，从低速（<15 m/s）时的中部，移至20 m/s时的底部，并在30 m/s以上时转移至冲击端，该行为主要由应力波的传播与反射叠加控制。可见，钠离子电池失效由结构失稳引发内短路导致，SOC主导低速挤压温升，而高速失效行为受应力波支配。所建模型可有效预测宏观力学响应，为电池安全设计提供重要依据。
2026, 46(8): 082101.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0278
摘要:
考虑二次起爆药柱位于燃料空气炸药（fuel air explosive, FAE）抛散后形成的云团外围的情况，开展云团起爆裕度研究。设计了装药质量为12.5 kg的FAE样机，通过抛散试验确定了云团的最大半径。将1 kg级HMX基炸药作为二次起爆药柱，通过试验研究，基于高速和超压测试得到了药柱距云团边缘的距离和云团起爆状态的关系，并确定了距离阈值。以云团边缘超压峰值作为衡量起爆裕度的指标，通过经验公式和数值模拟研究了满足云团起爆条件的边缘超压峰值的阈值，并基于临界能量流判据对超压峰值进行了辅助验证。结果表明：将1 kg级HMX基炸药置于云团外围同样可以使云团产生爆轰现象，但距云团边缘的距离不应超过0.5 m；当二次起爆药柱能量足够使云团发生稳定爆轰时，二次起爆药柱的位置对爆轰超压的影响不大；为保证云团的起爆性能，二次起爆药柱产生的云团边缘超压峰值不应小于5 MPa。本文考虑了云团起爆的严苛条件，研究结果可为二次起爆药柱设计提供支撑。
考虑二次起爆药柱位于燃料空气炸药（fuel air explosive, FAE）抛散后形成的云团外围的情况，开展云团起爆裕度研究。设计了装药质量为12.5 kg的FAE样机，通过抛散试验确定了云团的最大半径。将1 kg级HMX基炸药作为二次起爆药柱，通过试验研究，基于高速和超压测试得到了药柱距云团边缘的距离和云团起爆状态的关系，并确定了距离阈值。以云团边缘超压峰值作为衡量起爆裕度的指标，通过经验公式和数值模拟研究了满足云团起爆条件的边缘超压峰值的阈值，并基于临界能量流判据对超压峰值进行了辅助验证。结果表明：将1 kg级HMX基炸药置于云团外围同样可以使云团产生爆轰现象，但距云团边缘的距离不应超过0.5 m；当二次起爆药柱能量足够使云团发生稳定爆轰时，二次起爆药柱的位置对爆轰超压的影响不大；为保证云团的起爆性能，二次起爆药柱产生的云团边缘超压峰值不应小于5 MPa。本文考虑了云团起爆的严苛条件，研究结果可为二次起爆药柱设计提供支撑。
2026, 46(8): 083101.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0305
摘要:
为评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）板在中远距离爆炸荷载下的抗爆性能，开展了系列场地爆炸试验，系统分析了不同比例爆距对试件破坏模式的影响，并通过四点弯曲试验探讨了爆后残余承载力变化规律。试验结果表明，UHPC板在中远距离爆炸下整体结构保持完整，呈现典型弯曲损伤模式，背爆面损伤集中于跨中区域。为深入揭示UHPC板的动力响应机理，建立了等效单自由度（equivalent single-degree-of-freedom, SDOF）理论分析模型，对不同比例爆距下靶板的跨中峰值挠度进行了预测。理论分析表明，SDOF方法在预测跨中峰值挠度方面的精度较高，但在损伤较轻时存在一定高估。为进一步研究UHPC板的破坏机理，采用连续面帽盖模型（continuous surface cap, CSC）对UHPC板的爆炸响应进行了有限元模拟。模拟结果与试验结果高度吻合，验证了有限元模型的准确性。考虑到材料力学性能的不确定性，引入高斯自相关空间随机场建立随机有限元模型，当自相关长度为10~20 mm时，预测的损伤特征与实际高度一致。本研究验证了UHPC在中远距离爆炸下的优异抗爆性能，证明了随机有限元模型的有效性，并揭示了材料变异性对UHPC结构抗爆性能评估的重要影响。
为评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）板在中远距离爆炸荷载下的抗爆性能，开展了系列场地爆炸试验，系统分析了不同比例爆距对试件破坏模式的影响，并通过四点弯曲试验探讨了爆后残余承载力变化规律。试验结果表明，UHPC板在中远距离爆炸下整体结构保持完整，呈现典型弯曲损伤模式，背爆面损伤集中于跨中区域。为深入揭示UHPC板的动力响应机理，建立了等效单自由度（equivalent single-degree-of-freedom, SDOF）理论分析模型，对不同比例爆距下靶板的跨中峰值挠度进行了预测。理论分析表明，SDOF方法在预测跨中峰值挠度方面的精度较高，但在损伤较轻时存在一定高估。为进一步研究UHPC板的破坏机理，采用连续面帽盖模型（continuous surface cap, CSC）对UHPC板的爆炸响应进行了有限元模拟。模拟结果与试验结果高度吻合，验证了有限元模型的准确性。考虑到材料力学性能的不确定性，引入高斯自相关空间随机场建立随机有限元模型，当自相关长度为10~20 mm时，预测的损伤特征与实际高度一致。本研究验证了UHPC在中远距离爆炸下的优异抗爆性能，证明了随机有限元模型的有效性，并揭示了材料变异性对UHPC结构抗爆性能评估的重要影响。
2026, 46(8): 083102.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0280
摘要:
岩石材料被广泛应用于防护工程和各种隧道等民用工程结构中，研究其动态力学性能具有重要意义。以山东济南某石矿的红砂岩为研究对象，利用三轴试验机和分离式霍普金森杆装置分别开展不同围压下和不同应变率下红砂岩的力学特性研究，并基于动静态力学试验对红砂岩的Holmquist-Johnson-Cook （HJC）本构模型参数进行确定。采用已经确定的红砂岩HJC本构模型参数，建立大口径分离式霍普金森压杆动态压缩试验的有限元模型对参数进行验证。结果表明：在围压环境下，红砂岩内部裂纹的扩展方向和程度受到限制，使得裂纹难以快速贯通，从而峰值应力随着静水压力和的增大而增大；在不同气压的加载下，红砂岩存在明显率效应现象，动态抗压和劈拉强度与平均应变率呈现正相关，通过抗压强度因子和抗拉强度因子的研究发现，动态拉伸峰值应力的率效应现象更为明显；确定的HJC本构模型参数在LS-DYAN中可以较好地模拟红砂岩在动态冲击的损伤失效过程，在未达到最大峰值应力时，数值模拟结果与试验结果的应力-应变曲线基本一致。确定的致密、高强度红砂岩参数可为红砂岩的动态力学性能研究和工程应用提供参考。
岩石材料被广泛应用于防护工程和各种隧道等民用工程结构中，研究其动态力学性能具有重要意义。以山东济南某石矿的红砂岩为研究对象，利用三轴试验机和分离式霍普金森杆装置分别开展不同围压下和不同应变率下红砂岩的力学特性研究，并基于动静态力学试验对红砂岩的Holmquist-Johnson-Cook （HJC）本构模型参数进行确定。采用已经确定的红砂岩HJC本构模型参数，建立大口径分离式霍普金森压杆动态压缩试验的有限元模型对参数进行验证。结果表明：在围压环境下，红砂岩内部裂纹的扩展方向和程度受到限制，使得裂纹难以快速贯通，从而峰值应力随着静水压力和的增大而增大；在不同气压的加载下，红砂岩存在明显率效应现象，动态抗压和劈拉强度与平均应变率呈现正相关，通过抗压强度因子和抗拉强度因子的研究发现，动态拉伸峰值应力的率效应现象更为明显；确定的HJC本构模型参数在LS-DYAN中可以较好地模拟红砂岩在动态冲击的损伤失效过程，在未达到最大峰值应力时，数值模拟结果与试验结果的应力-应变曲线基本一致。确定的致密、高强度红砂岩参数可为红砂岩的动态力学性能研究和工程应用提供参考。
2026, 46(8): 083301.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0081
摘要:
在现代反恐作战中经常面对快速突入室内的行动任务，破门弹能够有效毁伤门锁或锁链，确保任务的顺利进行。采用传统的霰弹枪破门弹破门时，钢珠及其产生的碎片可能对周围人员带来附带伤害，为此提出了一种采用内肋增强的多孔薄壁非金属圆筒结构为支撑载体、填充高密度金属粉末的新型低附带毁伤破门弹。具有内支撑结构的薄壁圆筒可使弹药在发射过程中保持结构稳定性，提升破门弹的侵彻性能，在击穿门锁后金属粉末的动能快速衰减，降低附带毁伤。通过弹道试验和数值仿真研究了新型破门弹侵彻等效钢靶的作用过程和附带毁伤，获得了粉末材料、初始动能和内肋结构对毁伤效果的影响，分析了多孔薄壁圆筒结构填充金属粉末结构破门弹的侵彻吸能机理，结果表明，二阶内肋结构的破门弹所需初始动能较小，且附带毁伤不足以对周围人员造成致命伤害。
在现代反恐作战中经常面对快速突入室内的行动任务，破门弹能够有效毁伤门锁或锁链，确保任务的顺利进行。采用传统的霰弹枪破门弹破门时，钢珠及其产生的碎片可能对周围人员带来附带伤害，为此提出了一种采用内肋增强的多孔薄壁非金属圆筒结构为支撑载体、填充高密度金属粉末的新型低附带毁伤破门弹。具有内支撑结构的薄壁圆筒可使弹药在发射过程中保持结构稳定性，提升破门弹的侵彻性能，在击穿门锁后金属粉末的动能快速衰减，降低附带毁伤。通过弹道试验和数值仿真研究了新型破门弹侵彻等效钢靶的作用过程和附带毁伤，获得了粉末材料、初始动能和内肋结构对毁伤效果的影响，分析了多孔薄壁圆筒结构填充金属粉末结构破门弹的侵彻吸能机理，结果表明，二阶内肋结构的破门弹所需初始动能较小，且附带毁伤不足以对周围人员造成致命伤害。
2026, 46(8): 083401.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0287
摘要:
水下爆炸冲击波荷载具有显著的变异性和不确定性，为克服经典确定性经验模型忽略这种不确定性而导致预测偏差的问题，通过收集682组水下爆炸试验数据，对压力峰值pm、时间常数θ、冲量I及冲击波比能密度es关键荷载模型进行模型参数和模型误差的不确定性分析，并在Cole经验模型框架下构建水下爆炸冲击波荷载的Bayesian概率模型，采用Bayesian推断方法对模型参数进行更新和校准，实现爆炸冲击波荷载的概率化表征。结果表明：Cole模型计算参数的变异系数介于0.03~0.48之间，模型误差的变异系数介于0.19~0.38之间，其中仅压力峰值模型误差近似服从Normal分布，时间常数、冲量及冲击波比能密度模型误差呈明显偏态分布，且模型误差随比例爆距的增大逐渐趋于稳定；在有限试验样本条件下，Bayesian概率模型能够显著提升参数估计精度，有效降低模型不确定性，实现模型精度与试验成本之间的合理平衡。研究表明，所建水下爆炸冲击波荷载Bayesian概率模型能够合理描述荷载的不确定性特征，为水下结构抗爆可靠性设计提供考虑荷载变异性的随机输入，并为工程风险评估与概率分析提供更全面的依据。
水下爆炸冲击波荷载具有显著的变异性和不确定性，为克服经典确定性经验模型忽略这种不确定性而导致预测偏差的问题，通过收集682组水下爆炸试验数据，对压力峰值pm、时间常数θ、冲量I及冲击波比能密度es关键荷载模型进行模型参数和模型误差的不确定性分析，并在Cole经验模型框架下构建水下爆炸冲击波荷载的Bayesian概率模型，采用Bayesian推断方法对模型参数进行更新和校准，实现爆炸冲击波荷载的概率化表征。结果表明：Cole模型计算参数的变异系数介于0.03~0.48之间，模型误差的变异系数介于0.19~0.38之间，其中仅压力峰值模型误差近似服从Normal分布，时间常数、冲量及冲击波比能密度模型误差呈明显偏态分布，且模型误差随比例爆距的增大逐渐趋于稳定；在有限试验样本条件下，Bayesian概率模型能够显著提升参数估计精度，有效降低模型不确定性，实现模型精度与试验成本之间的合理平衡。研究表明，所建水下爆炸冲击波荷载Bayesian概率模型能够合理描述荷载的不确定性特征，为水下结构抗爆可靠性设计提供考虑荷载变异性的随机输入，并为工程风险评估与概率分析提供更全面的依据。
2026, 46(8): 084201.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0102
摘要:
Mie-Grüneisen多介质混合模型可以很方便地应用于Mie-Grüneisen状态方程下的多介质问题。在Mie-Grüneisen状态方程中，等熵曲线与Hugoniot绝热曲线是两种典型的参考状态曲线。然而，这两类曲线存在奇点，利用体积分数进行界面处理时会造成困难，其中的难点在于体积分数模型会因界面的扩散形态而产生零碎的流体体积。这些零碎的体积使得部分等熵曲线中出现声速在界面附近不合理的偏高，并在收敛性条件下需要耗费更多的时间步来计算。另一方面，奇点会使得Hugoniot参考状态曲线下声速出现负值，阻断计算的进行。为了避免产生零碎的体积，这里将质量分数代替体积分数，并将流场中占一定比例的介质密度的倒数定义为比容。重定义后的比容，可以使得相对体积不小于流场整体的相对体积。这样，声速在界面附近形成一个低谷形状并避免出现峰值。另外，Mie-Grüneisen混合模型中部分方程含有参考状态参数的导数项，这些导数项在界面附近被定义成加权平均，但如果用质量分数直接做加权平均容易出现负值。为了保证界面附近不出现负值，对界面处的参考状态进行了优化。数值算例显示，质量分数虽然对计算结果的影响十分微弱，但是可以在等熵状态曲线下保证声速稳定，从而使用比体积分数更少的时间步。同时，质量分数还能在Hugoniot曲线下很好地处理声速的负值。这样可以保证计算既平稳又准确。
Mie-Grüneisen多介质混合模型可以很方便地应用于Mie-Grüneisen状态方程下的多介质问题。在Mie-Grüneisen状态方程中，等熵曲线与Hugoniot绝热曲线是两种典型的参考状态曲线。然而，这两类曲线存在奇点，利用体积分数进行界面处理时会造成困难，其中的难点在于体积分数模型会因界面的扩散形态而产生零碎的流体体积。这些零碎的体积使得部分等熵曲线中出现声速在界面附近不合理的偏高，并在收敛性条件下需要耗费更多的时间步来计算。另一方面，奇点会使得Hugoniot参考状态曲线下声速出现负值，阻断计算的进行。为了避免产生零碎的体积，这里将质量分数代替体积分数，并将流场中占一定比例的介质密度的倒数定义为比容。重定义后的比容，可以使得相对体积不小于流场整体的相对体积。这样，声速在界面附近形成一个低谷形状并避免出现峰值。另外，Mie-Grüneisen混合模型中部分方程含有参考状态参数的导数项，这些导数项在界面附近被定义成加权平均，但如果用质量分数直接做加权平均容易出现负值。为了保证界面附近不出现负值，对界面处的参考状态进行了优化。数值算例显示，质量分数虽然对计算结果的影响十分微弱，但是可以在等熵状态曲线下保证声速稳定，从而使用比体积分数更少的时间步。同时，质量分数还能在Hugoniot曲线下很好地处理声速的负值。这样可以保证计算既平稳又准确。
2026, 46(8): 085101.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0170
摘要:
为探究远距离爆炸荷载作用下城市连续梁桥的动力响应和破坏机理，采用LS-DYNA实现了远距离爆炸荷载的高效加载和爆炸流固耦合数值计算。基于典型连续梁桥结构，建立了精细化数值计算模型，分析了不同爆炸场景下桥梁的响应过程和典型破坏模式，并进一步研究了爆炸距离、爆炸当量、冲击角度对结构响应和破坏的影响。结果表明：远距离爆炸荷载下连续梁桥呈现整体性的响应，上部结构抬升和桥墩倾斜是响应过程中的典型特征，上部结构抬升受爆炸荷载及桥梁空间几何特性影响，而桥墩倾斜则与冲击波直接作用和上部结构移位相关；正冲击下，连续梁桥发生湿接头破坏、箱梁弯曲变形、墩顶和墩底压溃以及盖梁弯曲开裂等典型破坏模式，并且斜冲击下，下部结构还发生墩柱扭转现象；冲击角度和比例距离的减小都会加剧桥梁结构的整体损伤。根据提出的加权损伤因子评价可知，相比于冲击角度的变化，连续梁桥的整体损伤对比例距离的变化更敏感。
为探究远距离爆炸荷载作用下城市连续梁桥的动力响应和破坏机理，采用LS-DYNA实现了远距离爆炸荷载的高效加载和爆炸流固耦合数值计算。基于典型连续梁桥结构，建立了精细化数值计算模型，分析了不同爆炸场景下桥梁的响应过程和典型破坏模式，并进一步研究了爆炸距离、爆炸当量、冲击角度对结构响应和破坏的影响。结果表明：远距离爆炸荷载下连续梁桥呈现整体性的响应，上部结构抬升和桥墩倾斜是响应过程中的典型特征，上部结构抬升受爆炸荷载及桥梁空间几何特性影响，而桥墩倾斜则与冲击波直接作用和上部结构移位相关；正冲击下，连续梁桥发生湿接头破坏、箱梁弯曲变形、墩顶和墩底压溃以及盖梁弯曲开裂等典型破坏模式，并且斜冲击下，下部结构还发生墩柱扭转现象；冲击角度和比例距离的减小都会加剧桥梁结构的整体损伤。根据提出的加权损伤因子评价可知，相比于冲击角度的变化，连续梁桥的整体损伤对比例距离的变化更敏感。
2026, 46(8): 085201.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0219
摘要:
深部煤岩爆破风险高、水力压裂受限，亟需可控破岩技术。高能产气剂作为一种先进高能气体压裂技术，以其卓越性能在破岩领域展现出显著优势，为煤炭高效安全开采提供了有力的技术支撑。试验以高能产气剂外壳材料为突破口，研究不同外壳材料对煤岩破岩孔壁压力的影响，构建了全过程压力监测系统，选用PVC（polyvinyl chloride）透明、PVC白色和牛皮纸管3种外壳材料，进行孔壁压力试验，以衰减指数和可信度为评价指标，对比得到材料物理性质对孔壁压力的影响。结果表明，启动剂点火后产生应力波和少量气体，应力波到达第1个峰值后，气体扩散致压力下降，应力波反射与气体膨胀波叠加形成第2个峰值，气体膨胀变化形成第3个峰值。由于无主药剂，启动剂组压力峰值最小，升压时间最短，加载率最低，能量释放少，传递效率低。含主药剂的3组试验在距离高能产气剂 10 cm处达到压力峰值，约为200 MPa，升压时间控制在 20 ms附近。3组不同外壳材料的压力峰值衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、PVC白色外壳材料、牛皮纸管。升压时间衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、牛皮纸管、PVC白色外壳材料。加载率衰减系数从大到小依次为：PVC白色外壳材料、PVC透明外壳材料、牛皮纸管。PVC白色外壳材料因高弹性模量和低泊松比，在靠近高能产气剂位置的压力峰值、升压时间和加载率方面表现最佳，能量传递效率最高。PVC透明外壳材料在靠近高能产气剂位置的压力峰值和加载率高于纸管，但在远距离处低于纸管，表现出较强的方向性和集中性。纸管外壳材料能量分布均匀，但整体能量集中能力弱，升压时间和加载率均最低。研究结果可为优化高能产气剂设计、提高破岩效果提供理论依据。
深部煤岩爆破风险高、水力压裂受限，亟需可控破岩技术。高能产气剂作为一种先进高能气体压裂技术，以其卓越性能在破岩领域展现出显著优势，为煤炭高效安全开采提供了有力的技术支撑。试验以高能产气剂外壳材料为突破口，研究不同外壳材料对煤岩破岩孔壁压力的影响，构建了全过程压力监测系统，选用PVC（polyvinyl chloride）透明、PVC白色和牛皮纸管3种外壳材料，进行孔壁压力试验，以衰减指数和可信度为评价指标，对比得到材料物理性质对孔壁压力的影响。结果表明，启动剂点火后产生应力波和少量气体，应力波到达第1个峰值后，气体扩散致压力下降，应力波反射与气体膨胀波叠加形成第2个峰值，气体膨胀变化形成第3个峰值。由于无主药剂，启动剂组压力峰值最小，升压时间最短，加载率最低，能量释放少，传递效率低。含主药剂的3组试验在距离高能产气剂 10 cm处达到压力峰值，约为200 MPa，升压时间控制在 20 ms附近。3组不同外壳材料的压力峰值衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、PVC白色外壳材料、牛皮纸管。升压时间衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、牛皮纸管、PVC白色外壳材料。加载率衰减系数从大到小依次为：PVC白色外壳材料、PVC透明外壳材料、牛皮纸管。PVC白色外壳材料因高弹性模量和低泊松比，在靠近高能产气剂位置的压力峰值、升压时间和加载率方面表现最佳，能量传递效率最高。PVC透明外壳材料在靠近高能产气剂位置的压力峰值和加载率高于纸管，但在远距离处低于纸管，表现出较强的方向性和集中性。纸管外壳材料能量分布均匀，但整体能量集中能力弱，升压时间和加载率均最低。研究结果可为优化高能产气剂设计、提高破岩效果提供理论依据。
2026, 46(8): 085202.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0297
摘要:
为探究槽腔深度对掘进断面后续破岩特性的影响，将具有不同深度槽腔的掘进断面简化为含不同深度空腔的砂岩试件，采用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验系统进行动态压缩实验，分析试件动态力学性能、能量耗散特征及破碎形态的变化规律，进而优化现场掏槽参数。结果显示：对于空腔直径为10和20 mm的砂岩试件，随着空腔深度的增大，动态峰值应力分别下降17.69%和39.05%，动态峰值应变分别增大7.58%和18.56%，耗散能分别提高22.87%和45.92%，耗散能密度分别提升26.92%和73.08%，且试件破碎块度逐渐减小，表明增大槽腔深度可降低后续岩体的抗破坏能力，增大其变形能力和能量利用率，改善其破碎效果；当空腔直径为20 mm时，试件的动态力学性能和能量耗散特征随空腔深度的变化速率更高，破碎块度更小，表明增大槽腔直径也有利于破岩；采用孔内-孔外复合延期掏槽技术，能够增大槽腔深度和直径，进而促使全断面炮孔利用率达96.1%，且保证岩石破碎块度均匀合理。
为探究槽腔深度对掘进断面后续破岩特性的影响，将具有不同深度槽腔的掘进断面简化为含不同深度空腔的砂岩试件，采用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验系统进行动态压缩实验，分析试件动态力学性能、能量耗散特征及破碎形态的变化规律，进而优化现场掏槽参数。结果显示：对于空腔直径为10和20 mm的砂岩试件，随着空腔深度的增大，动态峰值应力分别下降17.69%和39.05%，动态峰值应变分别增大7.58%和18.56%，耗散能分别提高22.87%和45.92%，耗散能密度分别提升26.92%和73.08%，且试件破碎块度逐渐减小，表明增大槽腔深度可降低后续岩体的抗破坏能力，增大其变形能力和能量利用率，改善其破碎效果；当空腔直径为20 mm时，试件的动态力学性能和能量耗散特征随空腔深度的变化速率更高，破碎块度更小，表明增大槽腔直径也有利于破岩；采用孔内-孔外复合延期掏槽技术，能够增大槽腔深度和直径，进而促使全断面炮孔利用率达96.1%，且保证岩石破碎块度均匀合理。
2026, 46(8): 085203.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0295
摘要:
为探究孔间延时对爆破振动强度和频率特征的影响，基于单孔爆破振动预测模型和Blair非线性叠加理论，构建群孔爆破振动预测模型，并在江西某铜矿中验证其有效性：单孔、群孔爆破模拟波形与实测波形的峰值振速和主频误差均低于3.9%。基于该模型进行双孔爆破振动试验，利用蒙特卡罗思想，提取出500组双孔爆破振动波形特征（峰值振速、主频以各频带能量占比）构建样本集合。之后，选取出95%置信区间上限值和均值对不同延期时间及爆心距下的双孔叠加振动波的降振率、主频及各频带能量占比进行统计分析。结果表明，在同一爆心距下，随着延期时间的增加，降振率呈先增加后稳定的趋势，而主频呈逐渐减小的趋势，其高频带能量逐渐向低频带能量偏移；在同一延期时间下，随着爆心距的增加降振率整体逐渐减小，主频整体向低频偏移，其低频能量呈整体增大趋势，高频能量呈整体减小趋势。
为探究孔间延时对爆破振动强度和频率特征的影响，基于单孔爆破振动预测模型和Blair非线性叠加理论，构建群孔爆破振动预测模型，并在江西某铜矿中验证其有效性：单孔、群孔爆破模拟波形与实测波形的峰值振速和主频误差均低于3.9%。基于该模型进行双孔爆破振动试验，利用蒙特卡罗思想，提取出500组双孔爆破振动波形特征（峰值振速、主频以各频带能量占比）构建样本集合。之后，选取出95%置信区间上限值和均值对不同延期时间及爆心距下的双孔叠加振动波的降振率、主频及各频带能量占比进行统计分析。结果表明，在同一爆心距下，随着延期时间的增加，降振率呈先增加后稳定的趋势，而主频呈逐渐减小的趋势，其高频带能量逐渐向低频带能量偏移；在同一延期时间下，随着爆心距的增加降振率整体逐渐减小，主频整体向低频偏移，其低频能量呈整体增大趋势，高频能量呈整体减小趋势。
2026, 46(8): 085401.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0362
摘要:
在钛基固态金属储氢技术应用及钛金属制品生产加工过程中极易形成氢气/钛粉两相体系，具有较高的爆炸风险。为探究氢气/钛粉两相体系的爆炸特性，采用20 L球形爆炸装置，在氢气体积分数为0%～30%、钛粉粉尘质量浓度为100～700 g/m3范围内，对氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数的变化规律进行了研究，并结合爆炸产物，分析了爆炸强度参数变化规律形成机理。结果表明，氢气的存在会显著影响钛粉的爆炸强度。总体上，不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力随氢气体积分数的增大先降低后升高再降低，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为29%时升至最高；不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力上升速率随氢气体积分数的增大先降低后升高，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为30%时升至最高。氢气/钛粉两相体系的最大爆炸压力同样随氢气体积分数的增大先降低后升高再降低，在氢气体积分数为4%时降至最低，在氢气体积分数为29%时达到峰值；最大爆炸压力上升速率随氢气体积分数的增大先降低后升高，当氢气体积分数为4%时达到最小值，随后持续上升，在氢气体积分数为30%时达到峰值。爆炸产物分析结果表明，低浓度氢气会导致或加剧钛粉的不完全氧化反应，进而导致钛粉爆炸强度降低；当氢气体积分数增至临界值后，氢气的自主燃烧将促进钛粉与氮气之间的反应，并促使爆炸过程由异相燃烧向均相燃烧转变，进而导致钛粉爆炸强度提高。
在钛基固态金属储氢技术应用及钛金属制品生产加工过程中极易形成氢气/钛粉两相体系，具有较高的爆炸风险。为探究氢气/钛粉两相体系的爆炸特性，采用20 L球形爆炸装置，在氢气体积分数为0%～30%、钛粉粉尘质量浓度为100～700 g/m3范围内，对氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数的变化规律进行了研究，并结合爆炸产物，分析了爆炸强度参数变化规律形成机理。结果表明，氢气的存在会显著影响钛粉的爆炸强度。总体上，不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力随氢气体积分数的增大先降低后升高再降低，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为29%时升至最高；不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力上升速率随氢气体积分数的增大先降低后升高，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为30%时升至最高。氢气/钛粉两相体系的最大爆炸压力同样随氢气体积分数的增大先降低后升高再降低，在氢气体积分数为4%时降至最低，在氢气体积分数为29%时达到峰值；最大爆炸压力上升速率随氢气体积分数的增大先降低后升高，当氢气体积分数为4%时达到最小值，随后持续上升，在氢气体积分数为30%时达到峰值。爆炸产物分析结果表明，低浓度氢气会导致或加剧钛粉的不完全氧化反应，进而导致钛粉爆炸强度降低；当氢气体积分数增至临界值后，氢气的自主燃烧将促进钛粉与氮气之间的反应，并促使爆炸过程由异相燃烧向均相燃烧转变，进而导致钛粉爆炸强度提高。
2026, 46(8): 085402.
doi: 10.11883/bzycj-2025-0045
摘要:
为分析煤尘瞬态爆炸反应过程中多因素耦合效应对爆炸强度的影响，采用Box-Behnken试验设计方法在20 L球形爆炸测试系统中进行了45组爆炸试验，观察了煤尘质量浓度（ρ）、煤尘粒径（D）、煤挥发分质量分数（w）、点火能量（E）和点火延迟（td）5个因素耦合作用下煤尘爆炸强度的宏观特征。通过测量压力变化来监控爆炸过程，并从压力-时间曲线确定最大爆炸压力（pmax）及最大爆炸压力上升速率（\begin{document}$ {\dot{p}}_{\max } $\end{document} \begin{document}$ {\dot{p}}_{\max } $\end{document} \begin{document}$ {\dot{p}}_{\max } $\end{document} 0.9771 和0.9258 ，表明模型和实验数据拟合良好。在模型中，对煤尘最大爆炸压力（\begin{document}$ {{p}}_{\max } $\end{document} \begin{document}$ {\dot{p}}_{\max } $\end{document} \begin{document}$ {\dot{p}}_{\max } $\end{document} \begin{document}$ {\dot{p}}_{\max } $\end{document}
为分析煤尘瞬态爆炸反应过程中多因素耦合效应对爆炸强度的影响，采用Box-Behnken试验设计方法在20 L球形爆炸测试系统中进行了45组爆炸试验，观察了煤尘质量浓度（ρ）、煤尘粒径（D）、煤挥发分质量分数（w）、点火能量（E）和点火延迟（td）5个因素耦合作用下煤尘爆炸强度的宏观特征。通过测量压力变化来监控爆炸过程，并从压力-时间曲线确定最大爆炸压力（pmax）及最大爆炸压力上升速率（
