2011年 31卷 第3期
2011, 31(3): 225-331.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0225-07
PDF 
本文被引
摘要:
提出了一种分层递变梯度蜂窝材料模型,以期控制蜂窝材料的能量动态吸收性能。此模型通过改 变胞元的半径来改变蜂窝材料的面内特征参数,以实现蜂窝材料面内动力响应特性的多目标优化设计。计算 结果表明,此模型可以在减小初始峰值应力水平的前提下,同时实现材料能量吸收过程的控制,并可以有效控 制进入被保护结构的应力水平。此模型可为蜂窝材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供理论指导和设 计思路。
提出了一种分层递变梯度蜂窝材料模型,以期控制蜂窝材料的能量动态吸收性能。此模型通过改 变胞元的半径来改变蜂窝材料的面内特征参数,以实现蜂窝材料面内动力响应特性的多目标优化设计。计算 结果表明,此模型可以在减小初始峰值应力水平的前提下,同时实现材料能量吸收过程的控制,并可以有效控 制进入被保护结构的应力水平。此模型可为蜂窝材料冲击动力学性能的多目标优化设计提供理论指导和设 计思路。
2011, 31(3): 232-236.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0232-05
摘要:
利用光通量方法对分离式霍普金森压剪杆实验技术中的剪切应变测量进行了实验研究。实验装 置主要包括:准直激光器、光电接收器、光学挡板。由装置性能验证实验结果以及不确定度分析结果表明:利 用基于光通量法的剪切应变测量技术能够可靠地测量SHPSB(splitHopkinsonpressurebar)试样的剪切应 变。并对比了基于光通量法测量的剪切应变值与理论近似结果,结果显示前者小于后者,分析并讨论了原因。
利用光通量方法对分离式霍普金森压剪杆实验技术中的剪切应变测量进行了实验研究。实验装 置主要包括:准直激光器、光电接收器、光学挡板。由装置性能验证实验结果以及不确定度分析结果表明:利 用基于光通量法的剪切应变测量技术能够可靠地测量SHPSB(splitHopkinsonpressurebar)试样的剪切应 变。并对比了基于光通量法测量的剪切应变值与理论近似结果,结果显示前者小于后者,分析并讨论了原因。
2011, 31(3): 237-242.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0237-06
摘要:
地震时间序列的模型参数可以作为核爆地震信号识别的特征。现有基于ARMA(autoregressive movingaverage)模型参数的地震信号特征提取方法是一种线性方法,且只利用了信号的二阶统计信息,识别 精度不高。为此,利用地震波的混沌特性,提出了一种核爆地震非线性特征提取方法:首先对地震波信号进行 相空间重构,然后利用Volterra级数在重构的相空间内建立自适应预测模型,最后提取模型参数作为特征。 在核爆地震分类实验中,非线性特征与线性特征相比,表现出更好的分类性能。研究结果表明:综合利用地震 波信号的线性、非线性以及高阶统计信息对于核爆地震识别是非常重要的。
地震时间序列的模型参数可以作为核爆地震信号识别的特征。现有基于ARMA(autoregressive movingaverage)模型参数的地震信号特征提取方法是一种线性方法,且只利用了信号的二阶统计信息,识别 精度不高。为此,利用地震波的混沌特性,提出了一种核爆地震非线性特征提取方法:首先对地震波信号进行 相空间重构,然后利用Volterra级数在重构的相空间内建立自适应预测模型,最后提取模型参数作为特征。 在核爆地震分类实验中,非线性特征与线性特征相比,表现出更好的分类性能。研究结果表明:综合利用地震 波信号的线性、非线性以及高阶统计信息对于核爆地震识别是非常重要的。
2011, 31(3): 243-249.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0243-07
摘要:
为了充分发挥光滑粒子流体动力学方法(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)在处理大变形和 有限元(finiteelementmethod,FEM)问题时计算精度高的优势,提出了一种新型SPH-FEM 耦合算法。该耦 合算法在大变形区域使用SPH 粒子离散,其余区域使用有限元离散。在耦合界面处将SPH 粒子固结在有限 单元,在有限元节点设置背景粒子,通过背景粒子的方式将有限元节点纳入到SPH 临近搜索列表,消除了 SPH 边界效应,确保耦合界面物理量的连续性。使用该算法对圆柱形钢弹正冲击钢板发生冲塞破坏的过程 进行了三维数值模拟,靶板参数的计算采用含损伤的Johnson-Cook模型和Grneisen状态方程,模拟结果与 实验吻合较好。
为了充分发挥光滑粒子流体动力学方法(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)在处理大变形和 有限元(finiteelementmethod,FEM)问题时计算精度高的优势,提出了一种新型SPH-FEM 耦合算法。该耦 合算法在大变形区域使用SPH 粒子离散,其余区域使用有限元离散。在耦合界面处将SPH 粒子固结在有限 单元,在有限元节点设置背景粒子,通过背景粒子的方式将有限元节点纳入到SPH 临近搜索列表,消除了 SPH 边界效应,确保耦合界面物理量的连续性。使用该算法对圆柱形钢弹正冲击钢板发生冲塞破坏的过程 进行了三维数值模拟,靶板参数的计算采用含损伤的Johnson-Cook模型和Grneisen状态方程,模拟结果与 实验吻合较好。
2011, 31(3): 250-255.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0250-06
摘要:
应用开尔文冲量原理,分析了水中爆炸产生的气泡与水底边界相互作用产生水射流的主要影响因 素,开展了气泡与水平放置的钢板相互作用水射流现象的实验研究工作。通过改变炸药到钢板的距离,得到 不同爆距条件下,气泡与钢板相互作用形成水射流的动态过程图像和气泡2次脉动压力。理论分析和实验结 果均表明:随着爆距的减小,Bjerknes力迅速增加,气泡与水平放置钢板相互作用产生水射流的临界条件为爆 距小于气泡最大半径。水射流具有非常明显的方向性,对目标毁伤作用明显。
应用开尔文冲量原理,分析了水中爆炸产生的气泡与水底边界相互作用产生水射流的主要影响因 素,开展了气泡与水平放置的钢板相互作用水射流现象的实验研究工作。通过改变炸药到钢板的距离,得到 不同爆距条件下,气泡与钢板相互作用形成水射流的动态过程图像和气泡2次脉动压力。理论分析和实验结 果均表明:随着爆距的减小,Bjerknes力迅速增加,气泡与水平放置钢板相互作用产生水射流的临界条件为爆 距小于气泡最大半径。水射流具有非常明显的方向性,对目标毁伤作用明显。
2011, 31(3): 256-262.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0256-07
摘要:
设计了基于分离式Hopkinson压杆系统(SHPB)的动态压痕实验装置,使其能够获得动态压痕实 验中试样的压痕位移和所受冲击载荷的实验数据,从而得到一种新的材料动态性能测试技术。对3种不同的 材料进行了动态压痕实验,得到了材料的动态硬度和率敏感性等动态性能,与采用其他实验技术所测得的性 能数据具有很好的一致性,并实现了利用动态压痕的方法获取材料的动态性能。
设计了基于分离式Hopkinson压杆系统(SHPB)的动态压痕实验装置,使其能够获得动态压痕实 验中试样的压痕位移和所受冲击载荷的实验数据,从而得到一种新的材料动态性能测试技术。对3种不同的 材料进行了动态压痕实验,得到了材料的动态硬度和率敏感性等动态性能,与采用其他实验技术所测得的性 能数据具有很好的一致性,并实现了利用动态压痕的方法获取材料的动态性能。
2011, 31(3): 263-267.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0263-05
摘要:
为研究柱形装药水中爆炸气泡射流特性,采用高速摄影方法在实验水箱中对PETN药柱进行水中 爆炸实验,初步获得了有关柱形装药自由场水中爆炸气泡运动的数据资料。研究结果表明:柱形装药自由场 水中爆炸形成气泡的运动与球形装药的存在差别,药柱放置方式的变化也会导致水中爆炸气泡产生性质迥 异的运动。当药柱水平放置时,气泡表面的运动呈非对称性,气泡的不对称坍塌将产生不对称的射流,且射流 的影响区与长径比有关;当药柱垂直放置时,气泡表面的运动和射流呈轴对称。在同等药量下,药柱垂直放置 时形成的射流速度比药柱水平放置时高。
为研究柱形装药水中爆炸气泡射流特性,采用高速摄影方法在实验水箱中对PETN药柱进行水中 爆炸实验,初步获得了有关柱形装药自由场水中爆炸气泡运动的数据资料。研究结果表明:柱形装药自由场 水中爆炸形成气泡的运动与球形装药的存在差别,药柱放置方式的变化也会导致水中爆炸气泡产生性质迥 异的运动。当药柱水平放置时,气泡表面的运动呈非对称性,气泡的不对称坍塌将产生不对称的射流,且射流 的影响区与长径比有关;当药柱垂直放置时,气泡表面的运动和射流呈轴对称。在同等药量下,药柱垂直放置 时形成的射流速度比药柱水平放置时高。
2011, 31(3): 268-273.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0268-06
摘要:
利用SHPB实验系统及自行研制的混凝土类材料快速高温加热设备,对水泥砂浆试件进行了不同 温度(20~600℃)和3种冲击速度下的实验,得到了不同温度和冲击速度下水泥砂浆试件的应力应变关系曲 线。基于ZWT粘弹性本构模型,并且考虑高温下水泥砂浆损伤演化规律都服从Weibull分布,提出了一个水 泥砂浆的热粘弹性率型损伤本构模型。通过数据拟合,获得了本构模型的相关参数,结果表明:理论预测和实 验结果吻合良好。
利用SHPB实验系统及自行研制的混凝土类材料快速高温加热设备,对水泥砂浆试件进行了不同 温度(20~600℃)和3种冲击速度下的实验,得到了不同温度和冲击速度下水泥砂浆试件的应力应变关系曲 线。基于ZWT粘弹性本构模型,并且考虑高温下水泥砂浆损伤演化规律都服从Weibull分布,提出了一个水 泥砂浆的热粘弹性率型损伤本构模型。通过数据拟合,获得了本构模型的相关参数,结果表明:理论预测和实 验结果吻合良好。
2011, 31(3): 274-278.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0274-05
摘要:
基于准等熵压缩实验,建立了考虑线弹塑性效应的反积分数学模型,并针对Sandia的含能材料 RDX(210)的无反应准等熵压缩实验数据,进行了数值模拟和分析。结果表明,本文模型可以恰当地描述该 含能材料的准等熵压缩实验过程,可以得到与文献结果吻合较好的样品加载速度历史;计算得到了样品内部 任意位置直至加载面上的信息、应力应变和拉格朗日声速的变化规律;基于参数的数学搜索过程,获得了该 RDX(210)加载实验的准等熵参考线。
基于准等熵压缩实验,建立了考虑线弹塑性效应的反积分数学模型,并针对Sandia的含能材料 RDX(210)的无反应准等熵压缩实验数据,进行了数值模拟和分析。结果表明,本文模型可以恰当地描述该 含能材料的准等熵压缩实验过程,可以得到与文献结果吻合较好的样品加载速度历史;计算得到了样品内部 任意位置直至加载面上的信息、应力应变和拉格朗日声速的变化规律;基于参数的数学搜索过程,获得了该 RDX(210)加载实验的准等熵参考线。
2011, 31(3): 279-284.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0279-06
摘要:
分析了N-1钢在不同应变率条件下(10-3~103s-1)的应力应变关系实验结果,得到了N-1钢的应 变率强化特性。修正了平板试件断裂面中心的真实应力,并通过对真实应变与最小截面的厚度缩减率关系的 研究,得到了断裂面中心的真实应变,从而识别出了N-1钢的修正Johnson-Cook本构模型的参数。利用所确 定的本构关系模型,对N-1钢平板试件的杆-杆型冲击拉伸过程进行了数值模拟,模拟结果与实验结果较吻 合,验证了采用的修正的Johnson-Cook本构模型参数的实验识别方法以及数值模拟方法的正确性。
分析了N-1钢在不同应变率条件下(10-3~103s-1)的应力应变关系实验结果,得到了N-1钢的应 变率强化特性。修正了平板试件断裂面中心的真实应力,并通过对真实应变与最小截面的厚度缩减率关系的 研究,得到了断裂面中心的真实应变,从而识别出了N-1钢的修正Johnson-Cook本构模型的参数。利用所确 定的本构关系模型,对N-1钢平板试件的杆-杆型冲击拉伸过程进行了数值模拟,模拟结果与实验结果较吻 合,验证了采用的修正的Johnson-Cook本构模型参数的实验识别方法以及数值模拟方法的正确性。
2011, 31(3): 285-289.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0285-05
摘要:
为研究含能材料在激光作用下的点火特性,从基本守恒方程组出发,基于详细化学反应动力学模 型,建立了含能材料激光点火的气相模型。利用所建立的模型对RDX在激光辐照下的点火过程进行了数值 模拟,得到了点火过程中的瞬时温度分布和组分分布,对点火特性进行了分析。计算得到的不同激光功率密 度下的RDX点火延迟时间与文献结果一致。
为研究含能材料在激光作用下的点火特性,从基本守恒方程组出发,基于详细化学反应动力学模 型,建立了含能材料激光点火的气相模型。利用所建立的模型对RDX在激光辐照下的点火过程进行了数值 模拟,得到了点火过程中的瞬时温度分布和组分分布,对点火特性进行了分析。计算得到的不同激光功率密 度下的RDX点火延迟时间与文献结果一致。
2011, 31(3): 290-294.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0290-05
摘要:
通过现场实验,研究了石灰岩中常规装药不同埋深爆炸自由场直接地冲击参数的传播规律。采用 了等效当量埋深系数的工程处理方法来描述不同爆炸埋深地冲击效应,并给出了石灰岩中不同埋深爆炸应 力等效当量埋深系数和质点加速度等效当量埋深系数的计算公式,从而得到了石灰岩介质中不同埋深爆炸 地冲击参数随比例距离的预计公式。
通过现场实验,研究了石灰岩中常规装药不同埋深爆炸自由场直接地冲击参数的传播规律。采用 了等效当量埋深系数的工程处理方法来描述不同爆炸埋深地冲击效应,并给出了石灰岩中不同埋深爆炸应 力等效当量埋深系数和质点加速度等效当量埋深系数的计算公式,从而得到了石灰岩介质中不同埋深爆炸 地冲击参数随比例距离的预计公式。
2011, 31(3): 295-299.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0295-05
摘要:
基于谱单元方法对水下爆炸流固耦合机理进行了研究,针对总场模型中入射波在流体网格中传播 会产生失真现象的问题,采用场分离技术,通过理论推导建立了水下爆炸流固耦合问题的散射场数值模型。 经过编程计算比较得出,散射场数值模型有效解决了入射波在流体网格中传播的失真问题,比总场模型计算 精度更高,可较好地应用于水下爆炸流固耦合问题的求解,为水下爆炸瞬态流固耦合的研究提供参考。
基于谱单元方法对水下爆炸流固耦合机理进行了研究,针对总场模型中入射波在流体网格中传播 会产生失真现象的问题,采用场分离技术,通过理论推导建立了水下爆炸流固耦合问题的散射场数值模型。 经过编程计算比较得出,散射场数值模型有效解决了入射波在流体网格中传播的失真问题,比总场模型计算 精度更高,可较好地应用于水下爆炸流固耦合问题的求解,为水下爆炸瞬态流固耦合的研究提供参考。
2011, 31(3): 300-305.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0300-06
摘要:
为研究高压燃气射流在整装液体中的扩展规律,探索提高射流稳定性的控制方法,设计了4级渐 扩型圆柱观察室。采用高速录像系统,观察了燃气射流在液体模拟工质中扩展与掺混的过程,获得了射流扩 展形态的序列照片,测量了Taylor空腔的扩展速度,对比了观察室内壁形状对射流扩展过程的影响。建立了 二维轴对称气液两相湍流模型,模拟射流扩展过程,计算得到的Taylor空腔扩展形态和扩展速度与实验吻合 较好。研究结果表明,渐扩型观察室台阶处出现涡流,诱导射流径向扩展,可抑制Kelvin-Helmholtz不稳定效 应,采用阶梯渐扩型边界有助于提高射流稳定性。
为研究高压燃气射流在整装液体中的扩展规律,探索提高射流稳定性的控制方法,设计了4级渐 扩型圆柱观察室。采用高速录像系统,观察了燃气射流在液体模拟工质中扩展与掺混的过程,获得了射流扩 展形态的序列照片,测量了Taylor空腔的扩展速度,对比了观察室内壁形状对射流扩展过程的影响。建立了 二维轴对称气液两相湍流模型,模拟射流扩展过程,计算得到的Taylor空腔扩展形态和扩展速度与实验吻合 较好。研究结果表明,渐扩型观察室台阶处出现涡流,诱导射流径向扩展,可抑制Kelvin-Helmholtz不稳定效 应,采用阶梯渐扩型边界有助于提高射流稳定性。
2011, 31(3): 306-310.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0306-05
摘要:
在装填有抛撒药和氟化物的装置中,当中心抛撒药起爆,将氟化物抛出装置时,氟化物会与密闭容 器内液体发生剧烈反应,释放大量能量。为了评价该装置在密闭贮液容器内的爆炸威力,基于超压-冲量准 则,在模拟密闭贮液容器内进行了爆炸毁伤威力评价实验,并计算得到该装置的TNT当量值。结果表明:该 方法简单有效,可作为该装置在密闭贮液容器内爆炸毁伤威力评价的方法和依据。
在装填有抛撒药和氟化物的装置中,当中心抛撒药起爆,将氟化物抛出装置时,氟化物会与密闭容 器内液体发生剧烈反应,释放大量能量。为了评价该装置在密闭贮液容器内的爆炸威力,基于超压-冲量准 则,在模拟密闭贮液容器内进行了爆炸毁伤威力评价实验,并计算得到该装置的TNT当量值。结果表明:该 方法简单有效,可作为该装置在密闭贮液容器内爆炸毁伤威力评价的方法和依据。
2011, 31(3): 311-316.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0311-06
摘要:
为了探索整装式液体工质电热化学炮中药室边界形状对燃烧控制的影响,采用数字高速录像系统 对等离子体射流在液体工质中的扩展过程进行了测试,研究了不同放电电压、不同喷嘴直径、不同渐扩边界结 构下等离子射流与液体工质的相互作用特性。获得了等离子射流在液体工质中扩展形态的时间序列图,处理 出不同工况下Taylor空腔扩展的轴向位移与时间的关系曲线,计算并分析了不同工况下等离子射流在液体 工质中的扩展速度和相互作用的机理。研究结果表明:Taylor空腔的轴向扩展速度具有波动性,但总体上呈 衰减趋势。渐扩台阶处,径向湍流增强,强化了等离子射流的回流卷吸效应。
为了探索整装式液体工质电热化学炮中药室边界形状对燃烧控制的影响,采用数字高速录像系统 对等离子体射流在液体工质中的扩展过程进行了测试,研究了不同放电电压、不同喷嘴直径、不同渐扩边界结 构下等离子射流与液体工质的相互作用特性。获得了等离子射流在液体工质中扩展形态的时间序列图,处理 出不同工况下Taylor空腔扩展的轴向位移与时间的关系曲线,计算并分析了不同工况下等离子射流在液体 工质中的扩展速度和相互作用的机理。研究结果表明:Taylor空腔的轴向扩展速度具有波动性,但总体上呈 衰减趋势。渐扩台阶处,径向湍流增强,强化了等离子射流的回流卷吸效应。
2011, 31(3): 317-321.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0317-05
摘要:
通过对比半导体桥裸桥与装药条件下发火电压、电流及电容的放电曲线,比较了等离子体产生时 二次峰的出现时间、持续时间、峰值电压以及裸桥与装药时的积分能量。发现裸桥的二次峰出现时间及持续 时间均比装药桥长,裸桥的积分能量比装药桥高且随电容呈线性变化,装药桥的积分能量较低且变化不大。 主要原因在于裸桥是在空气中产生等离子体而装药桥产生等离子体并引发斯蒂芬酸铅(LTNR)热分解后,其 热分解的能量足以维持LTNR自身反应的进行。
通过对比半导体桥裸桥与装药条件下发火电压、电流及电容的放电曲线,比较了等离子体产生时 二次峰的出现时间、持续时间、峰值电压以及裸桥与装药时的积分能量。发现裸桥的二次峰出现时间及持续 时间均比装药桥长,裸桥的积分能量比装药桥高且随电容呈线性变化,装药桥的积分能量较低且变化不大。 主要原因在于裸桥是在空气中产生等离子体而装药桥产生等离子体并引发斯蒂芬酸铅(LTNR)热分解后,其 热分解的能量足以维持LTNR自身反应的进行。
2011, 31(3): 322-325.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0322-04
摘要:
将二维拉格朗日有限元程序LTZ-2D中侵蚀滑移的计算方法进行了改进。将单元侵蚀判断标准 由单一的累积塑性应变标准改为累积塑性应变、单元的硬化因子以及单元相对于滑移线的变形角度的综合 判断标准。同时,利用本文的改进算法对侵彻问题进行了数值模拟。计算结果显示,采用改进后的侵蚀滑移 计算方法不仅很好地显示了侵彻过程中弹靶的接触面,而且接触面具有较好的光滑性。
将二维拉格朗日有限元程序LTZ-2D中侵蚀滑移的计算方法进行了改进。将单元侵蚀判断标准 由单一的累积塑性应变标准改为累积塑性应变、单元的硬化因子以及单元相对于滑移线的变形角度的综合 判断标准。同时,利用本文的改进算法对侵彻问题进行了数值模拟。计算结果显示,采用改进后的侵蚀滑移 计算方法不仅很好地显示了侵彻过程中弹靶的接触面,而且接触面具有较好的光滑性。
2011, 31(3): 326-331.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0326-06
摘要:
根据水中爆炸冲击波信号的特征,利用希尔伯特-黄变换(HHT)处理非平稳信号的优势,提出了 一种结合小波分解及相关系数筛选的改进HHT方法。该方法首先通过小波分解将信号分为高频部分和低 频部分,然后利用相关系数对固有模态函数(IMF)分量进行筛选。理论与实践表明,改进的HHT 方法能够 有效、准确地对水中爆炸冲击波信号的时频信息进行分析。
根据水中爆炸冲击波信号的特征,利用希尔伯特-黄变换(HHT)处理非平稳信号的优势,提出了 一种结合小波分解及相关系数筛选的改进HHT方法。该方法首先通过小波分解将信号分为高频部分和低 频部分,然后利用相关系数对固有模态函数(IMF)分量进行筛选。理论与实践表明,改进的HHT 方法能够 有效、准确地对水中爆炸冲击波信号的时频信息进行分析。
2011, 31(3): 332-336.
doi: 10.11883/1001-1455(2011)03-0332-05
摘要:
利用高能球磨制取W-Cu合金化粉末,采用爆炸烧结的方法制取W-Cu合金药型罩材料。爆炸烧 结样品相对致密度达到99.6%,EPMA分析表明样品内各成分及元素分布均匀。对烧结样品作XRD分析, 计算其晶粒尺寸为26nm。使用固结样品加工成W-Cu合金药型罩,显示了良好的成形性。进行无隔板的静 破甲实验,并与相同工艺条件下制取的纯Cu药型罩相比,其静破甲深度提高了31.8%。
利用高能球磨制取W-Cu合金化粉末,采用爆炸烧结的方法制取W-Cu合金药型罩材料。爆炸烧 结样品相对致密度达到99.6%,EPMA分析表明样品内各成分及元素分布均匀。对烧结样品作XRD分析, 计算其晶粒尺寸为26nm。使用固结样品加工成W-Cu合金药型罩,显示了良好的成形性。进行无隔板的静 破甲实验,并与相同工艺条件下制取的纯Cu药型罩相比,其静破甲深度提高了31.8%。
