• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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当期目录

爆炸物理
考虑自然对流的某固体火箭发动机慢速烤燃特性数值分析
叶青, 余永刚
2019, 39(6): 062101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0163
摘要:
针对某高氯酸铵/端羟基聚丁二烯(AP/HTPB)推进剂固体火箭发动机,采用两步总包反应描述AP/HTPB的烤燃过程,建立了考虑发动机空腔自然对流的二维轴对称烤燃模型,对加热速率分别为3.6、7.2和10.8 K/h时火箭发动机的慢速烤燃行为进行了数值预测,研究了该火箭发动机的热安全性问题。结果表明,固体火箭发动机空腔内的自然对流对AP/HTPB推进剂的着火温度、着火延迟期和着火位置有一定影响,在热安全性精确分析中不可忽略。3种加热速率下,AP/HTPB推进剂的最初着火位置均出现在药柱肩部的环形区域内,3种加热速率对应的着火延迟期、着火温度及着火时壳体温度分别为30.71、20.06、18.68 h,526.52、528.10、530.64 K,和479.56、496.82、508.77 K。随着加热速率的增大,烤燃响应区域向推进剂与绝热层交界处移动,着火位置的二维截面由椭圆形变为半椭圆形。
用于爆轰驱动的射流起爆实验研究
陆星宇, 李进平, 陈宏, 俞鸿儒
2019, 39(6): 062102. doi: 10.11883/bzycj-2018-0223
摘要:
爆轰驱动激波风洞的自由来流模拟范围与驱动气体的爆轰极限密切相关,爆轰极限越宽则模拟范围越大。驱动气体一般是通过点火管进行起爆的,提高点火管的起爆能力可以拓宽爆轰极限。为了提高点火管起爆能力,就点火管口径、点火气体爆轰敏感性和单/双点火管3种因素的影响进行了实验研究。在不同的点火管初始条件下,对驱动段波速进行了测量。结论如下:(1)提高点火管口径可以显著提升起爆能力;(2)点火气体爆轰敏感性对起爆能力有影响,点火管为缩径内型面时,低敏感性气体起爆能力更强,点火管为等径内型面时则低敏感性气体和高敏感性气体的起爆能力大体持平;(3)在保证射流同步的前提下,双点火管能够提高起爆能力,为保证射流同步性需使用化学恰当比的氢氧混气等爆轰敏感性强的点火气体。
近壁声空泡溃灭微射流冲击流固耦合模型及蚀坑反演分析
叶林征, 祝锡晶, 王建青
2019, 39(6): 062201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0118
摘要:
超声场下液体环境中近壁空泡溃灭会产生强烈的微射流,为探究微射流冲击壁面流固耦合效应,利用流体力学及冲击动力学,考虑了率相关的J-C材料本构模型,建立并分析了微射流冲击壁面流固耦合三维模型,并通过超声空化试验和基于球形压痕试验理论的反演分析进行了验证。结果表明:微射流冲击下材料表面出现微型凹坑,凹坑深度由微射流速度和微射流直径共同决定且随其增大而增大,凹坑直径主要与微射流直径正相关,而凹坑径深比则主要与微射流速度负相关;壁面压强基本呈对称分布且最大压强出现在微射流冲击边缘;超声空化试验验证了微射流冲击下材料表面出现的微型凹坑,反演分析方法表明,在16~18的径深比下,微射流冲击强度为420~500 MPa,对应的微射流速度为310~370 m/s。试验及反演分析结果与理论分析结果相符,验证了流固耦合模型及反演分析方法的合理性及准确性,为后续工程应用中空化强度、微射流速度等的控制提供了理论参考。
冲击动力学
动态压缩下Zr基非晶合金失效释能机理
张云峰, 罗兴柏, 施冬梅, 张玉令, 刘国庆, 甄建伟
2019, 39(6): 063101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0114
摘要:
为研究Zr基非晶合金动态压缩条件下的失效释能机理,采用力学试验机、霍普金森杆、高速摄影、差示扫描量热分析(differential scanning calorimetry, DSC)、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)等,得到了材料应力应变曲线、高速摄影图像、失效式样微观形貌及DSC曲线,根据实验数据计算了材料的晶化激活能,并拟合了材料的JH-2(Johnson-Holmquist II)模型,对材料动态失效过程进行有限元数值模拟。实验结果表明,压缩条件下材料为脆性断裂,断口处观察到典型的脉状纹样及液滴状结构,材料失效过程伴随着释能现象;数值模拟结果表明,材料裂纹局部的瞬时内能大于材料晶化激活能。动态压缩下材料的失效释能机理即为材料破碎释放储存的弹性势能,并导致材料局部晶化释能,释能强度与应变率成正相关。
混凝土类材料SHPB实验中确定应变率的方法
胡亮亮, 黄瑞源, 高光发, 蒋东, 李永池
2019, 39(6): 063102. doi: 10.11883/bzycj-2018-0142
摘要:
由于混凝土类材料在SHPB实验中很难实现恒应变率加载,为了确定非恒应变率加载下的实验数据所对应的应变率,本文中针对不同强度(C20,C45,C70)和不同钢纤维含量(0%,0.75%,1.50%,4.50%)的混凝土进行了SHPB实验。对实验得到的30组恒应变率加载下的数据进行了分析总结,结果表明:实验数据所对应的恒应变率与全段平均应变率之间存在一定的比值关系,从而混凝土类材料SHPB实验数据所对应的应变率可以采用全段平均应变率的1.38倍来表征。通过对比非恒应变率加载和恒应变率加载下得到的应力应变曲线,验证了该确定应变率方法的合理性,并指出较短恒应变率加载下实验数据对应的应变率直接采用短平台段对应的应变率来表征是不合理的。
爆炸载荷下分层梯度泡沫铝夹芯板的失效模式与抗冲击性能
苏兴亚, 敬霖, 赵隆茂
2019, 39(6): 063103. doi: 10.11883/bzycj-2018-0198
摘要:
采用弹道冲击摆系统开展了爆炸载荷下分层梯度泡沫铝夹芯板的变形/失效模式和抗冲击性能实验研究,并配合激光位移传感器得到试件后面板中心点的挠度-时程响应曲线。研究了炸药当量和芯层组合方式对夹芯板试件变形/失效模式和抗冲击性能的影响。实验结果表明,泡沫铝夹芯板的变形/失效模式主要表现为面板的非弹性大变形,芯层压缩变形、芯层拉伸断裂以及芯层剪切失效。在研究爆炸冲量范围内,非梯度芯层夹芯板的抗冲击性能明显优越于所有分层梯度芯层夹芯板。对于分层梯度夹芯板试件,爆炸冲量较小时芯层组合形式对分层梯度芯层夹芯板的抗冲击性能的影响不大,而爆炸冲量较大时,最大相对密度芯层靠近前面板组合形式的分层梯度夹芯板试件抗冲击性能较好。研究结果可为泡沫金属夹芯结构的优化设计提供参考。
刚性球体三维高速垂直自由入水载荷
孙玉松, 周穗华, 张晓兵, 孙玉明
2019, 39(6): 063301. doi: 10.11883/bzycj-2018-0094
摘要:
入水结构体在从空中弹道转入水下弹道的入水阶段,其周围的流体将呈现出强非线性性质,本文针对传统基于Wagner理论的结构体入水载荷计算模型不能很好描述流体三维流动的情况,基于无黏不可压流体流动模型,考虑流体弹性,采用微元边界运动等效方法对运动边界进行分段分析,计及入水过程中系统的动能损失,根据能量守恒,对刚性球体高速垂直自由入水过程中流体的三维流动进行了理论分析,建立了基于无黏不可压弹性流体的刚性球体垂直高速入水载荷计算模型,并与基于多介质任意拉格朗日欧拉方法的有限元模型进行了对比分析,验证了该方法的可行性。基于此模型,本文进一步分析了入水载荷的影响因素。该方法提供了一种计算结构体垂直高速入水载荷的思路,具有一定的理论意义和工程应用价值。
刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的姿态偏转理论模型
段卓平, 李淑睿, 马兆芳, 欧卓成, 黄风雷
2019, 39(6): 063302. doi: 10.11883/bzycj-2018-0411
摘要:
为描述刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的弹体姿态变化,针对已有贯穿模型存在的问题,在斜侵彻贯穿过程中考虑了弹体转动惯量对姿态偏转的影响,根据弹体贯穿靶板后的成孔特性重新假设了背靶面崩落块形状,并在弹体贯穿出靶的剪切冲塞阶段引入了弹体姿态二次偏转机制,从而建立了刚性弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的姿态偏转理论模型,同时给出了混凝土薄靶、中厚靶和厚靶的分类方法。多种侵彻状态的理论模型计算结果均与实验测量结果吻合较好,表明本文理论模型可有效预估弹体斜侵彻贯穿混凝土靶的弹体出靶姿态。
实验技术与数值方法
一种薄膜式的光纤压力传感技术
王昭, 吴祖堂, 温广瑞, 杨军, 陈立强, 史国凯
2019, 39(6): 064101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0091
摘要:
提出了一种薄膜式的光纤压力传感技术,用于测量冲击波的反射超压峰值。该技术通过建立待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取压力。结合Fabry-Perot腔光学干涉测量技术,设计并加工实现了一种光纤压力传感器。开展数值模拟和激波管实验,结果证明,该压力获取技术可行,且该技术具有无须标定、制作简单、成本低廉、测量精度高、响应时间快的优点。
应变率对光圆钢筋与混凝土“粘结-滑移”行为影响的实验研究
付应乾, 余效儒, 董新龙, 周风华, 李平
2019, 39(6): 064102. doi: 10.11883/bzycj-2018-0513
摘要:
为研究应变率对钢筋与混凝土界面粘结性能的影响,利用高速拉伸试验机进行了光圆钢筋的动态拔出实验。通过合理设计加载夹具和测试方法,得到不同应变率下光圆钢筋的“粘结-滑移”全程曲线。实验结果表明:随着应变率的增大,钢筋-混凝土界面的粘结强度显著提高,且界面失效形式由拔出失效为主转变为混凝土试件的破裂破坏为主;粘结强度的动态增强因子(f DIF)随应变率的增长斜率明显可以分为低应变率和高应变率两个区段。低应变率下,fDIF增长较为缓慢;而高应变率下,f DIF快速增长;转变应变率约为33 s−1
爆炸冲击波反射流场的理论计算方法
贾雷明, 王澍霏, 田宙
2019, 39(6): 064201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0167
摘要:
爆炸冲击波遇到固壁,依次发生正规和非正规反射。本文中基于镜像方法,将爆炸冲击波在固壁反射等效为真实和虚拟爆炸流场的相互作用,建立了波后流场的理论计算方法。首先,假定反射波是以虚拟爆源为中心的圆弧,马赫杆是以爆心在固壁投影点为中心的圆弧。然后,根据爆炸自由场传播规律,利用基于几何近似的方法,建立流场中冲击波结构随时间演化的计算方法,确定任意时刻波后流场区域。最后,利用新发展的叠加模型LAMBR (LAMB revisied),将真实和虚拟爆炸流场进行叠加,给出波后流场中的压力、密度和速度等物理量。通过与数值模拟结果和已有数据进行对比,发现该方法得到的流场物理量分布、峰值等能够反映流场发展的主要规律,从而验证了该理论方法的合理性。而且,该理论方法所需的时间相较于数值模拟大大缩短。
轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法
陈明, 刘涛, 叶志伟, 卢文波, 严鹏
2019, 39(6): 064202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0171
摘要:
爆破孔壁压力峰值是进行非流固耦合爆破动力响应分析的重要参数。针对轮廓爆破孔壁压力峰值的计算方法问题,理论分析了爆炸冲击波与弹性壁面的相互作用,推导了空气冲击波与弹性壁碰撞后压力增大倍数的理论解,并采用流固耦合动力有限元数值分析方法,研究了3种岩体介质、2种轮廓爆破常用炸药、5种常用不耦合系数、2种轴向装药系数工况下轮廓爆破的冲击波碰撞压力增大倍数和炮孔壁压力峰值。结果表明:轮廓爆破时,爆炸冲击波与孔壁碰撞后压力增大倍数并不是常值,与炸药特性、孔壁介质条件、不耦合装药系数等因素相关,孔壁压力峰值也与上述因素密切相关。基于模拟的孔壁压力峰值数据的统计分析,并结合理论推导成果及常用爆破孔壁压力峰值计算形式,提出了一种新的轮廓爆破孔壁压力峰值计算方法。
应用爆炸力学
水下爆炸对沉箱重力式码头毁伤效应
董琪, 韦灼彬, 唐廷, 李凌锋, 刘靖晗
2019, 39(6): 065101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0090
摘要:
通过开展不同爆距下水下爆炸对沉箱重力式码头模型毁伤效应试验,对水下荷载进行了采集分析,对毁伤因素、毁伤模式和毁伤机理开展了研究,初步讨论了爆距的影响。结果表明:试验中未形成完整的气泡脉动过程,荷载超压主要出现在冲击波传播阶段,爆炸冲击波、水底反射波和侧壁反射波是主要的毁伤因素;水下爆炸对沉箱重力式码头造成的毁伤程度大、模式多、机理复杂,主要毁伤部位为迎爆面外墙、迎爆侧管沟、封仓板和面板;爆距越近码头毁伤越严重;当爆距过近时,爆炸能量被迎爆面结构变形大量吸收,迎爆面毁伤程度大幅增大,码头其他部位毁伤程度增幅放缓。
星型负泊松比超材料防护结构抗爆抗冲击性能研究
杨德庆, 吴秉鸿, 张相闻
2019, 39(6): 065102. doi: 10.11883/bzycj-2018-0060
摘要:
采用数值方法对星型宏观负泊松比效应夹芯结构的抗冲击响应过程以及抗水下爆炸过程中的破坏形式进行了研究:探讨了星型负泊松比结构胞元壁厚、层数和胞元泊松比等参数对弹体侵彻及水下爆炸防护性能的影响。研究结果表明:对于高速或超高速弹体侵彻问题,单纯依靠结构性的被动防御无法应对;负泊松比效应蜂窝夹芯防护结构相较常规防护结构具有良好的水下抗爆性能;等质量条件下,泊松比的变化对抗爆性能影响明显,层数3层、泊松比为−1.63的星型夹芯结构的抗爆性能相对更优;等壁厚条件下,其水下抗爆性能随蜂窝胞元层数减小而增强。
贾木那大桥水压定向爆破及其数值模拟
张勤彬, 程贵海, 徐中慧, 凌宇恒, 蒋文俊, 陈善江
2019, 39(6): 065201. doi: 10.11883/bzycj-2018-0089
摘要:
为了分析及研究薄壁空腔桥墩的水压爆破机理,以孟加拉国贾木那大桥水压定向爆破拆除工程为研究对象,采用显示动力学分析软件模拟了桥墩的水压爆破破碎过程,根据数值模拟结果,得出了水压爆破主要是利用爆炸冲击波、爆轰气体、反射拉伸波及高速水流对桥墩壁面进行破坏,在此基础上,探讨了桥墩水压定向爆破的药包布置方式、起爆顺序等技术问题。
频繁动力扰动对围压卸载中高储能岩体的动力学影响
唐礼忠, 刘昌, 王春, 陈英毅, 申帆
2019, 39(6): 065202. doi: 10.11883/bzycj-2018-0137
摘要:
基于冬瓜山铜矿深部巷道围岩开挖过程中面临的高应力和频繁爆破扰动问题,利用改进的SHPB动静组合加载系统,开展了频繁动力扰动对围压卸载中高储能岩体动力学影响的研究。研究结果表明,围压卸载中的矽卡岩受到动力扰动时,其动态峰值应力和弹性模量随动力扰动次数非线性变化。围压卸载中的高储能矽卡岩受到动力扰动时会释放能量。轴压促使岩样内微裂隙轴向发育,造成岩样抵抗动力扰动能力减弱;围压减缓岩样内微裂隙轴向发育,造成岩样抵抗动力扰动能力增强。动力扰动对微裂隙扩展有促进作用,使围压卸载中的岩样由拉伸破坏向剪切破坏转变。
N2与CO2对合成气爆炸特性影响的实验研究
余明高, 韦贝贝, 郑凯
2019, 39(6): 065401. doi: 10.11883/bzycj-2018-0131
摘要:
为了研究惰性气体(氮气及二氧化碳)对合成气爆炸特性的影响,利用20 L球形爆炸仪器,开展不同体积分数氮气与二氧化碳作用下不同当量比合成气的爆炸实验,从爆炸峰值压力、爆炸压力到达峰值时间、爆炸指数方面分析惰性气体对合成气爆炸特性的影响。研究结果表明:惰性气体体积分数的增加会降低合成气的爆炸压力和爆炸指数,推迟爆炸压力到达峰值的时间;在相同体积分数下,CO2比N2能更有效地降低合成气的爆炸峰值压力和爆炸指数,减小爆炸反应的剧烈程度,CO2在抑制合成气爆炸方面比N2的效果明显。