2011年 31卷 第2期
2011, 31(2): 113-118.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0113-06
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本文被引
摘要:
选黑索今炸药(RDX)为高温高压源、双氰胺(C2H4N4)为主要前驱体,采用爆炸冲击法制备含 C N 的氮化碳粉末,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)和X射线能 谱(EDS)分析制得的氮化碳产物的形貌、成分和结构。结果表明:冲击波作用下,前驱体中C?N 及CN 发生断键,得到碳氮单键直接相连的C3N4 晶体。氮化碳粉末的XRD分析结果表明,有-C3N4、-C3N4 和石 墨相C3N4 存在;利用扫描电子显微镜观测到粒度为2m 的六边形-C3N4 晶粒。在前驱体中添加5-氨基四 氮唑(CH3N5)可有效提高产物的氮含量。
选黑索今炸药(RDX)为高温高压源、双氰胺(C2H4N4)为主要前驱体,采用爆炸冲击法制备含 C N 的氮化碳粉末,利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外光谱(FTIR)和X射线能 谱(EDS)分析制得的氮化碳产物的形貌、成分和结构。结果表明:冲击波作用下,前驱体中C?N 及CN 发生断键,得到碳氮单键直接相连的C3N4 晶体。氮化碳粉末的XRD分析结果表明,有-C3N4、-C3N4 和石 墨相C3N4 存在;利用扫描电子显微镜观测到粒度为2m 的六边形-C3N4 晶粒。在前驱体中添加5-氨基四 氮唑(CH3N5)可有效提高产物的氮含量。
2011, 31(2): 119-126.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0119-08
摘要:
给出了在一定的非对称质量磨蚀条件下垂直于弹体侵彻方向的横向荷载,并结合考虑质量磨蚀的 弹体轴向阻力计算方法,得到了正侵彻弹体在压弯联合作用下的屈服分析方法。讨论了影响弹体由于非对称 质量磨蚀而弯曲屈服的主要因素。分析表明,弹体的危险截面在承受较大的轴向荷载时,对由非对称质量磨 蚀导致的横向荷载极为敏感。
给出了在一定的非对称质量磨蚀条件下垂直于弹体侵彻方向的横向荷载,并结合考虑质量磨蚀的 弹体轴向阻力计算方法,得到了正侵彻弹体在压弯联合作用下的屈服分析方法。讨论了影响弹体由于非对称 质量磨蚀而弯曲屈服的主要因素。分析表明,弹体的危险截面在承受较大的轴向荷载时,对由非对称质量磨 蚀导致的横向荷载极为敏感。
2011, 31(2): 127-134.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0127-08
摘要:
利用ANSYS/LS-DYNA程序,采用Lagrange方法和Johnson-Cook本构模型,对长径比为5的平 头钨合金长杆弹、分段体长径比为1的理想分段杆和带套筒的分段杆侵彻半无限厚钢靶进行了三维数值模 拟。给出了侵彻过程中典型时刻的物理图像,并对3种杆的侵彻性能进行了比较。结果表明:分段杆侵彻深 度的主要贡献在相Ⅲ惯性扩孔阶段而非连续长杆的相Ⅱ准定常侵彻阶段;分段间隔对侵彻深度的增加有显 著影响;套筒的贡献主要在于弹坑直径的增加而对侵深影响微小。
利用ANSYS/LS-DYNA程序,采用Lagrange方法和Johnson-Cook本构模型,对长径比为5的平 头钨合金长杆弹、分段体长径比为1的理想分段杆和带套筒的分段杆侵彻半无限厚钢靶进行了三维数值模 拟。给出了侵彻过程中典型时刻的物理图像,并对3种杆的侵彻性能进行了比较。结果表明:分段杆侵彻深 度的主要贡献在相Ⅲ惯性扩孔阶段而非连续长杆的相Ⅱ准定常侵彻阶段;分段间隔对侵彻深度的增加有显 著影响;套筒的贡献主要在于弹坑直径的增加而对侵深影响微小。
2011, 31(2): 135-140.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0135-06
摘要:
实验研究了低马赫数(1.27)激波作用air/SF6 界面的RM 不稳定性问题。air/SF6初始正弦界面 由厚度为1~2 mm 的薄膜相隔得到,用阴影法测试界面演化过程。实验结果表明:由于不稳定性重流体 (SF6)向轻流体(air)演化成尖钉结构,而轻流体演化为气泡结构;由于界面切向速度差的Kelvin-Helmholtz 不稳定性,尖钉头部翻转成蘑菇头形状;之后,蘑菇杆破碎。扰动振幅发展的实验结果与Zhang-Sohn 模型和PPM 数值计算的结果较吻合。
实验研究了低马赫数(1.27)激波作用air/SF6 界面的RM 不稳定性问题。air/SF6初始正弦界面 由厚度为1~2 mm 的薄膜相隔得到,用阴影法测试界面演化过程。实验结果表明:由于不稳定性重流体 (SF6)向轻流体(air)演化成尖钉结构,而轻流体演化为气泡结构;由于界面切向速度差的Kelvin-Helmholtz 不稳定性,尖钉头部翻转成蘑菇头形状;之后,蘑菇杆破碎。扰动振幅发展的实验结果与Zhang-Sohn 模型和PPM 数值计算的结果较吻合。
2011, 31(2): 141-147.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0141-07
摘要:
在Alekseevski-Tate模型的基础上,分析了柱形长杆弹的界面击溃过程,给出了弹体速度下降及质 量侵蚀的计算公式;讨论了弹体速度下降及质量侵蚀对动能损失的影响;特别针对柱形长杆弹在界面击溃过 程中弹体速度准定常小量变化的特点,近似给出了弹体速度、弹体质量随时间变化的简化解析表达式,为工程 应用提供便利。
在Alekseevski-Tate模型的基础上,分析了柱形长杆弹的界面击溃过程,给出了弹体速度下降及质 量侵蚀的计算公式;讨论了弹体速度下降及质量侵蚀对动能损失的影响;特别针对柱形长杆弹在界面击溃过 程中弹体速度准定常小量变化的特点,近似给出了弹体速度、弹体质量随时间变化的简化解析表达式,为工程 应用提供便利。
2011, 31(2): 148-152.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0148-05
摘要:
设计了改进的隔板实验装置,采用PVDF压力计测量受试炸药的入射压力,利用高速分幅相机得 到炸药自由表面发展变化过程。通过分析计算得到入射压力与自由表面粒子速度之间的关系,并与未反应炸 药计算的自由面粒子速度进行了比较,得到JO-9159炸药在低冲击作用下的化学反应阈值和点火阈值分别 为1.13和1.98GPa。
设计了改进的隔板实验装置,采用PVDF压力计测量受试炸药的入射压力,利用高速分幅相机得 到炸药自由表面发展变化过程。通过分析计算得到入射压力与自由表面粒子速度之间的关系,并与未反应炸 药计算的自由面粒子速度进行了比较,得到JO-9159炸药在低冲击作用下的化学反应阈值和点火阈值分别 为1.13和1.98GPa。
2011, 31(2): 153-157.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0153-05
摘要:
为了弄清煤矿井下巷道中变电站、大型机电设备等产生较强的磁场对瓦斯爆炸的影响机理和影响 程度,实验研究了外加磁场对瓦斯爆炸过程中爆炸应力波和火焰传播速度的影响,并从磁场影响瓦斯爆炸及 其传播的传质、传热、反应过程等进行了理论分析。研究结果表明:外加磁场能增加瓦斯爆炸强度和火焰传播 速度以及增大压力波超压峰值和火焰传播速度峰值,并且随着磁场强度的增大,磁场效应对瓦斯爆炸的作用 增强。外加磁场能增大瓦斯爆炸反应及其传播过程的传质作用、传热作用、对流作用、反应物的扩散系数和改 变反应系统的熵,以致增大湍流,增大火焰燃烧速率、加快火焰传播速度、释放更多的能量并增强爆炸波能量, 从而促进瓦斯爆炸及其传播。
为了弄清煤矿井下巷道中变电站、大型机电设备等产生较强的磁场对瓦斯爆炸的影响机理和影响 程度,实验研究了外加磁场对瓦斯爆炸过程中爆炸应力波和火焰传播速度的影响,并从磁场影响瓦斯爆炸及 其传播的传质、传热、反应过程等进行了理论分析。研究结果表明:外加磁场能增加瓦斯爆炸强度和火焰传播 速度以及增大压力波超压峰值和火焰传播速度峰值,并且随着磁场强度的增大,磁场效应对瓦斯爆炸的作用 增强。外加磁场能增大瓦斯爆炸反应及其传播过程的传质作用、传热作用、对流作用、反应物的扩散系数和改 变反应系统的熵,以致增大湍流,增大火焰燃烧速率、加快火焰传播速度、释放更多的能量并增强爆炸波能量, 从而促进瓦斯爆炸及其传播。
2011, 31(2): 158-164.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0158-07
摘要:
利用可燃气体爆轰实验装置,通过乙炔/空气混合气体沿管道稳定爆轰后形成的冲击波对浮顶式 储油罐模型的冲击实验,分别测得模型壁面上的超压荷载、动态应变及振动加速度时程曲线。通过对比分析, 研究了大型浮顶式储油罐在爆炸冲击荷载作用下的动态响应特性及其破坏机理。在可燃气体爆炸荷载作用 下,储罐结构在变形过程中诱发罐内液体产生压缩波并对罐壁形成强烈冲击,背面液体传导的冲击压力与正 向冲击波压力量级相同,荷载作用时间大于冲击波。同时,在位于迎爆区域的储油罐内壁,顶端位置处于受拉 状态,且拉伸变形最大,为整体结构抗爆的最薄弱部位。
利用可燃气体爆轰实验装置,通过乙炔/空气混合气体沿管道稳定爆轰后形成的冲击波对浮顶式 储油罐模型的冲击实验,分别测得模型壁面上的超压荷载、动态应变及振动加速度时程曲线。通过对比分析, 研究了大型浮顶式储油罐在爆炸冲击荷载作用下的动态响应特性及其破坏机理。在可燃气体爆炸荷载作用 下,储罐结构在变形过程中诱发罐内液体产生压缩波并对罐壁形成强烈冲击,背面液体传导的冲击压力与正 向冲击波压力量级相同,荷载作用时间大于冲击波。同时,在位于迎爆区域的储油罐内壁,顶端位置处于受拉 状态,且拉伸变形最大,为整体结构抗爆的最薄弱部位。
2011, 31(2): 165-172.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0165-08
摘要:
针对目前土体爆炸压密理论研究不够深入、施工中主要依靠工程经验确定爆炸参数的现状,建立 了基于塑性力学和爆炸力学的土体爆炸压密模型,推得压密效果(压密范围、压密程度)与爆炸参数之间的关 系式,并通过室外试验进行验证。在孔径为48mm 的炮孔中进行了不耦合系数分别为2.000、1.714、1.500、 1.333、1.200、1.091和1.000的7组室外试验,通过测量爆炸前后的土体密度,进行理论和试验结果的对比 分析。研究表明,不耦合装药时,压密效果的理论值随不耦合系数呈递增变化,而试验值呈先增后减的趋势, 且在不耦合系数为约1.200时出现最大值;对于粘质粉土,压密效果较稳定,最大压密范围达到70cm,最大 压缩比为1.055;给出的爆炸后土体压密计算公式的准确性较高,相对误差小于6.00%,可用于工程实际。
针对目前土体爆炸压密理论研究不够深入、施工中主要依靠工程经验确定爆炸参数的现状,建立 了基于塑性力学和爆炸力学的土体爆炸压密模型,推得压密效果(压密范围、压密程度)与爆炸参数之间的关 系式,并通过室外试验进行验证。在孔径为48mm 的炮孔中进行了不耦合系数分别为2.000、1.714、1.500、 1.333、1.200、1.091和1.000的7组室外试验,通过测量爆炸前后的土体密度,进行理论和试验结果的对比 分析。研究表明,不耦合装药时,压密效果的理论值随不耦合系数呈递增变化,而试验值呈先增后减的趋势, 且在不耦合系数为约1.200时出现最大值;对于粘质粉土,压密效果较稳定,最大压密范围达到70cm,最大 压缩比为1.055;给出的爆炸后土体压密计算公式的准确性较高,相对误差小于6.00%,可用于工程实际。
2011, 31(2): 173-178.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0173-06
摘要:
采用冲击波物理中的阻抗匹配镜像线方法处理物质交界面,利用无网格光滑粒子流体动力学法 (smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法模拟沉底装药的水下爆炸过程,得到了不同方向不同爆距处的 峰值压力反射系数,分析了爆炸流场参量分布和变化规律,研究了不同水底砂层厚度和不同装药量对爆炸冲 击波传播和流场中压力的影响。结果表明:海底反射系数随测点与水平线夹角的变化而变化,当测点与水平 线夹角为约55时反射系数最大,其最大值可达1.5。本文的研究可为沉底水雷爆炸载荷的确定提供参考。
采用冲击波物理中的阻抗匹配镜像线方法处理物质交界面,利用无网格光滑粒子流体动力学法 (smoothedparticlehydrodynamics,SPH)方法模拟沉底装药的水下爆炸过程,得到了不同方向不同爆距处的 峰值压力反射系数,分析了爆炸流场参量分布和变化规律,研究了不同水底砂层厚度和不同装药量对爆炸冲 击波传播和流场中压力的影响。结果表明:海底反射系数随测点与水平线夹角的变化而变化,当测点与水平 线夹角为约55时反射系数最大,其最大值可达1.5。本文的研究可为沉底水雷爆炸载荷的确定提供参考。
2011, 31(2): 179-184.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0179-06
摘要:
通过室内爆炸压裂模拟实验,得到常压和20MPa围压2种情况下的爆炸压裂效果,并对实验结果 进行了对比分析,分析结果表明:围压对裂纹扩展路径、形状、弯曲度都有一定影响,与常压下的裂纹扩展情况 相比,施加围压后得到的裂纹数量少、长度短、弯曲明显。在对爆炸压裂形成的裂纹进行定性描述的基础上, 利用分形理论,对裂纹的分形特征进行了描述,并对裂纹的分形维数进行了求解。结果表明:同一实验条件、 同一试样表面形成的裂纹,分形维数也不完全相同,围压条件下形成的裂纹维数高于常压下的裂纹维数。
通过室内爆炸压裂模拟实验,得到常压和20MPa围压2种情况下的爆炸压裂效果,并对实验结果 进行了对比分析,分析结果表明:围压对裂纹扩展路径、形状、弯曲度都有一定影响,与常压下的裂纹扩展情况 相比,施加围压后得到的裂纹数量少、长度短、弯曲明显。在对爆炸压裂形成的裂纹进行定性描述的基础上, 利用分形理论,对裂纹的分形特征进行了描述,并对裂纹的分形维数进行了求解。结果表明:同一实验条件、 同一试样表面形成的裂纹,分形维数也不完全相同,围压条件下形成的裂纹维数高于常压下的裂纹维数。
2011, 31(2): 185-190.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0185-06
摘要:
为了验证采用爆轰可迅速引燃点火药进而引燃主装药的可行性及掌握此种点火方式下的点火情 况,建立了火药装药系统下直列式起爆器爆轰点火实验系统。在特定装药条件下,对点火后实验装置内压力 变化情况进行了测量,得出采用爆轰点火方式可以实现点火延迟时间为0.3ms的目标,以及得出此种点火方 式下,火药燃烧特点及实际应用时的注意事项,如起爆点处装置结构强度、爆轰波衰减过程等。分析了爆轰快 速点火机理,为爆轰点火实际应用提供参考。
为了验证采用爆轰可迅速引燃点火药进而引燃主装药的可行性及掌握此种点火方式下的点火情 况,建立了火药装药系统下直列式起爆器爆轰点火实验系统。在特定装药条件下,对点火后实验装置内压力 变化情况进行了测量,得出采用爆轰点火方式可以实现点火延迟时间为0.3ms的目标,以及得出此种点火方 式下,火药燃烧特点及实际应用时的注意事项,如起爆点处装置结构强度、爆轰波衰减过程等。分析了爆轰快 速点火机理,为爆轰点火实际应用提供参考。
2011, 31(2): 191-195.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0191-05
摘要:
综合运用小波分析和独立分量分析对实测的2孔微差爆破振动试验信号进行分离研究。采用小 波分析分解滤去爆破振动信号能量比低的高频部分,提取主要特征所在的频段的重构信号,然后运用独立分 量分析(independentcomponentanalysis,ICA)对其重构信号进行分离,初步成功获得了体现现场实际情况的 分段震波,确定了分段震波的实际微差间隔时间。
综合运用小波分析和独立分量分析对实测的2孔微差爆破振动试验信号进行分离研究。采用小 波分析分解滤去爆破振动信号能量比低的高频部分,提取主要特征所在的频段的重构信号,然后运用独立分 量分析(independentcomponentanalysis,ICA)对其重构信号进行分离,初步成功获得了体现现场实际情况的 分段震波,确定了分段震波的实际微差间隔时间。
2011, 31(2): 196-203.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0196-08
摘要:
基于第四纪黄土层小爆炸当量系列封闭爆炸的近场地震观测数据,对纵波和横波分别进行了分析 处理,获得了纵波和横波的质点速度,确定了纵波和横波质点速度现有模型的参数。综合分析了有代表性的 3个模型,得出现存模型本质上的差别在于爆炸当量指数不同。对此提出了双极模型,并介绍了该模型参数 的计算方法。对这几种模型在描述观测和实测数据方面的残差进行了比较。结果表明,双极模型反演数据与 观测数据之间的残差平方和最小,而传统模型中最好的效果仅是接近双极模型。
基于第四纪黄土层小爆炸当量系列封闭爆炸的近场地震观测数据,对纵波和横波分别进行了分析 处理,获得了纵波和横波的质点速度,确定了纵波和横波质点速度现有模型的参数。综合分析了有代表性的 3个模型,得出现存模型本质上的差别在于爆炸当量指数不同。对此提出了双极模型,并介绍了该模型参数 的计算方法。对这几种模型在描述观测和实测数据方面的残差进行了比较。结果表明,双极模型反演数据与 观测数据之间的残差平方和最小,而传统模型中最好的效果仅是接近双极模型。
2011, 31(2): 204-209.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0204-06
摘要:
针对同一成型装药形成多模毁伤元问题,利用LS-DYNA 程序,研究了单点起爆位置对爆炸成型 侵彻体(explosivelyformedpenetrator,EFP)成型的影响规律。当起爆点距离药型罩的轴向距离从0倍装药 口径增加到0.72倍装药口径,EFP速度提高了37.8%,长径比增加了1倍多;优化设计成型装药结构,分析 了主装药端面中心点起爆和药型罩顶点起爆爆轰波传播规律,实现了杆式EFP、EFP2种模态的转换。通过 X光成像实验进行了验证,实验结果与数值模拟结果吻合较好。
针对同一成型装药形成多模毁伤元问题,利用LS-DYNA 程序,研究了单点起爆位置对爆炸成型 侵彻体(explosivelyformedpenetrator,EFP)成型的影响规律。当起爆点距离药型罩的轴向距离从0倍装药 口径增加到0.72倍装药口径,EFP速度提高了37.8%,长径比增加了1倍多;优化设计成型装药结构,分析 了主装药端面中心点起爆和药型罩顶点起爆爆轰波传播规律,实现了杆式EFP、EFP2种模态的转换。通过 X光成像实验进行了验证,实验结果与数值模拟结果吻合较好。
2011, 31(2): 210-214.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0210-05
摘要:
针对应变式压杆测试系统在冲击波的超压测量中存在动态响应不足的问题,建立了激波管校准平 台。采用系统辨识建模和动态补偿的方法,将时域分析和频域估计相结合,设计了一种动态补偿滤波器,改善 了压杆测试系统的动态特性,使频带展宽,响应时间减少。
针对应变式压杆测试系统在冲击波的超压测量中存在动态响应不足的问题,建立了激波管校准平 台。采用系统辨识建模和动态补偿的方法,将时域分析和频域估计相结合,设计了一种动态补偿滤波器,改善 了压杆测试系统的动态特性,使频带展宽,响应时间减少。
2011, 31(2): 215-219.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0215-05
摘要:
利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置,在-25和-10 ℃的低温下,对冰进行了应变率为 500~2000s-1的动态压缩实验。制作了试样的模具和低温制冷保温装置,满足冰所需要的低温条件。SHPB 实验中使用波形整形器消除波形振荡现象,并最大程度地实现恒应变率加载。实验表明,冰的动态应力应变 呈非线性关系;在较高应变率下,冰的动态应力应变关系与应变率相关,峰值应力和破坏应变都随应变率的增 大而增大。温度对冰的强度有明显影响,冰的压缩强度随温度的升高而降低。
利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验装置,在-25和-10 ℃的低温下,对冰进行了应变率为 500~2000s-1的动态压缩实验。制作了试样的模具和低温制冷保温装置,满足冰所需要的低温条件。SHPB 实验中使用波形整形器消除波形振荡现象,并最大程度地实现恒应变率加载。实验表明,冰的动态应力应变 呈非线性关系;在较高应变率下,冰的动态应力应变关系与应变率相关,峰值应力和破坏应变都随应变率的增 大而增大。温度对冰的强度有明显影响,冰的压缩强度随温度的升高而降低。
2011, 31(2): 220-224.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)02-0220-05
摘要:
通过有限元显式动力分析程序的显式算法,对石油射孔弹顺序起爆后弹间爆轰冲击波干扰的过程 进行了2维数值模拟,并考虑了弹体对弹间干扰的影响,对模拟结果进行了讨论;分析了影响高孔密射孔技术 的弹间干扰产生的原因,主要是爆轰冲击波的压力场受到不同程度的干扰,致使初始爆轰波形破坏。计算结 果与已有的物理现象和规律吻合,说明该计算模型和模拟方法合理、可行,可用于高孔密射孔枪的优化设计。
通过有限元显式动力分析程序的显式算法,对石油射孔弹顺序起爆后弹间爆轰冲击波干扰的过程 进行了2维数值模拟,并考虑了弹体对弹间干扰的影响,对模拟结果进行了讨论;分析了影响高孔密射孔技术 的弹间干扰产生的原因,主要是爆轰冲击波的压力场受到不同程度的干扰,致使初始爆轰波形破坏。计算结 果与已有的物理现象和规律吻合,说明该计算模型和模拟方法合理、可行,可用于高孔密射孔枪的优化设计。
