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doi: 10.11883/bzycj-2024-0239
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为探究钢纤维增强多孔混凝土材料的水下抗爆防护效果，采用SPH-FEM耦合方法建立了“水体-炸药-防护体-混凝土板”三维精细化仿真模型，开展了不同纤维配比钢纤维增强多孔混凝土防护层（SAP10S5、SAP10S10、SAP10S15和SAP10S20）和不同炸药当量对被防护钢筋混凝土板的损伤演化过程、破坏模式及失效机理研究，并构建了损伤等级预测曲线。研究结果表明：水下接触爆炸荷载下，增设钢纤维增强多孔混凝土防护层能够有效降低钢筋混凝土板（RC）的损伤程度，且其对RC板损伤程度的影响随钢纤维体积分数的增加呈先减小后增大的规律，其中SAP10S15配比防护层的防护效果最优；炸药量在一定范围内增大时，SAP10S15配比防护层依然能维持较高的耗能占比，显著降低RC板的损伤指数；当炸药量为0.25kg时，SAP10S15配比防护层加固下RC板的损伤指数较无防护方案衰减最明显，为42.5%，损伤等级由严重破坏降为中度破坏。构建的损伤等级预测曲线能够直观评估钢纤维体积分数/炸药量对RC板损伤等级的影响。
为探究钢纤维增强多孔混凝土材料的水下抗爆防护效果，采用SPH-FEM耦合方法建立了“水体-炸药-防护体-混凝土板”三维精细化仿真模型，开展了不同纤维配比钢纤维增强多孔混凝土防护层（SAP10S5、SAP10S10、SAP10S15和SAP10S20）和不同炸药当量对被防护钢筋混凝土板的损伤演化过程、破坏模式及失效机理研究，并构建了损伤等级预测曲线。研究结果表明：水下接触爆炸荷载下，增设钢纤维增强多孔混凝土防护层能够有效降低钢筋混凝土板（RC）的损伤程度，且其对RC板损伤程度的影响随钢纤维体积分数的增加呈先减小后增大的规律，其中SAP10S15配比防护层的防护效果最优；炸药量在一定范围内增大时，SAP10S15配比防护层依然能维持较高的耗能占比，显著降低RC板的损伤指数；当炸药量为0.25kg时，SAP10S15配比防护层加固下RC板的损伤指数较无防护方案衰减最明显，为42.5%，损伤等级由严重破坏降为中度破坏。构建的损伤等级预测曲线能够直观评估钢纤维体积分数/炸药量对RC板损伤等级的影响。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0096
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为了研究椭圆类截面弹体侵彻多层间隔钢靶的弹道特性，开展了典型弹体侵彻多层间隔Q355B钢靶的试验，基于LS-DYNA软件开展有限元仿真研究，得到了弹体在侵彻过程中的姿态偏转和弹道参数，分析了弹体的偏转机制，获得了截面形状、截面压缩系数、初速、滚转角和着角等弹靶参数对椭圆类截面弹体侵彻弹道特性和姿态偏转特性的影响规律。研究结果表明：滚转角为0°时，圆截面弹体侵彻弹道稳定性优于椭圆类截面弹体；弹体截面压缩系数越大，弹体侵彻弹道稳定性越好；弹体初速越大，弹体姿态偏转越小，侵彻弹道越平稳；滚转角为90°时，椭圆截面和非对称椭圆截面弹体在入射平面内的侵彻弹道最稳定，并且两种弹体在水平面内的弹道偏移量分别在滚转角为45°和90°时达到最大，非对称椭圆截面弹体在滚转角为钝角时的侵彻弹道稳定性优于锐角时的情况；弹体着角在[0°,50°]范围内时，弹体侵彻弹道稳定性随着角的增大先减弱后增强，着角在30°左右时弹体的姿态偏转和弹道失稳最严重；弹体以较正姿态贯穿薄钢靶时，在弹头部侵彻阶段就已经与靶体分离；弹体以较大攻角贯穿薄钢靶时，弹靶接触主要发生在弹体的上表面。
为了研究椭圆类截面弹体侵彻多层间隔钢靶的弹道特性，开展了典型弹体侵彻多层间隔Q355B钢靶的试验，基于LS-DYNA软件开展有限元仿真研究，得到了弹体在侵彻过程中的姿态偏转和弹道参数，分析了弹体的偏转机制，获得了截面形状、截面压缩系数、初速、滚转角和着角等弹靶参数对椭圆类截面弹体侵彻弹道特性和姿态偏转特性的影响规律。研究结果表明：滚转角为0°时，圆截面弹体侵彻弹道稳定性优于椭圆类截面弹体；弹体截面压缩系数越大，弹体侵彻弹道稳定性越好；弹体初速越大，弹体姿态偏转越小，侵彻弹道越平稳；滚转角为90°时，椭圆截面和非对称椭圆截面弹体在入射平面内的侵彻弹道最稳定，并且两种弹体在水平面内的弹道偏移量分别在滚转角为45°和90°时达到最大，非对称椭圆截面弹体在滚转角为钝角时的侵彻弹道稳定性优于锐角时的情况；弹体着角在[0°,50°]范围内时，弹体侵彻弹道稳定性随着角的增大先减弱后增强，着角在30°左右时弹体的姿态偏转和弹道失稳最严重；弹体以较正姿态贯穿薄钢靶时，在弹头部侵彻阶段就已经与靶体分离；弹体以较大攻角贯穿薄钢靶时，弹靶接触主要发生在弹体的上表面。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0128
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在简易自制爆炸装置的近场爆炸中，防护结构常受到爆炸冲击波和破片的复合作用，为了提高结构的防护性能，设计并制备了含“泡沫铝/纤维”夹芯复合结构材料，通过开展“爆炸+侵彻”实验，研究复合结构在爆炸冲击波和高速破片复合作用下的失效模式，重点讨论爆炸冲击波和破片两种载荷时序性对毁伤特性的影响，并分析不同材料的吸能机理。研究结果表明：爆距的变化直接影响爆炸冲击波和破片作用的时序性，在本文讨论的工况中，当爆距大于600mm时，破片先于冲击波作用。在冲击波和破片的复合作用下，铝面板除了破片的贯穿破坏外，还伴有局部凹陷变形；泡沫铝自身胞孔结构在冲击载荷作用下发生压溃变形和胞壁屈服碎裂；弹孔处纤维则在破片的侵彻下发生拉伸变形和断裂，并伴有高温失效；铝背板主要以瓣裂撕裂破坏为主。在两种时序性作用下，弹孔的存在削弱了冲击波对铝面板的作用，后序夹芯结构材料和铝背板的变形破坏程度较前序材料更为严重。本研究的开展对轻质复合结构材料在有限空间近爆防护领域中的应用和功能设计提供了技术依据。
在简易自制爆炸装置的近场爆炸中，防护结构常受到爆炸冲击波和破片的复合作用，为了提高结构的防护性能，设计并制备了含“泡沫铝/纤维”夹芯复合结构材料，通过开展“爆炸+侵彻”实验，研究复合结构在爆炸冲击波和高速破片复合作用下的失效模式，重点讨论爆炸冲击波和破片两种载荷时序性对毁伤特性的影响，并分析不同材料的吸能机理。研究结果表明：爆距的变化直接影响爆炸冲击波和破片作用的时序性，在本文讨论的工况中，当爆距大于600mm时，破片先于冲击波作用。在冲击波和破片的复合作用下，铝面板除了破片的贯穿破坏外，还伴有局部凹陷变形；泡沫铝自身胞孔结构在冲击载荷作用下发生压溃变形和胞壁屈服碎裂；弹孔处纤维则在破片的侵彻下发生拉伸变形和断裂，并伴有高温失效；铝背板主要以瓣裂撕裂破坏为主。在两种时序性作用下，弹孔的存在削弱了冲击波对铝面板的作用，后序夹芯结构材料和铝背板的变形破坏程度较前序材料更为严重。本研究的开展对轻质复合结构材料在有限空间近爆防护领域中的应用和功能设计提供了技术依据。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0229
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为探究破碎浮冰覆盖密度对结构物入水空泡演化的影响，利用高速摄影技术，开展不同破碎浮冰覆盖密度下结构物倾斜入水实验。此外，通过对比不同碎冰覆盖密度工况下结构物倾斜入水过程，获得了碎冰覆盖密度对结构物倾斜入水空泡演化特性的影响规律。结果表明：与无冰环境相比，当空泡扩张时，破碎浮冰通过阻碍液面流体的向外扩张，致使空泡的直径减小；而空泡闭合时，碎冰亦会阻碍液面流体的向内收缩，延长空泡扩张时间，此时空泡内空气总量增加，空泡内外压差减小，最终导致空泡的闭合时间延迟。随着碎冰覆盖密度的逐渐增加，其对液面流体向内收缩的阻碍作用逐渐增强，进一步延缓了空泡的闭合时间，空泡的长度和最大直径也相应增大。碎冰覆盖密度较小的工况在空泡溃灭时会出现指向空泡内部的射流。此外，碎冰覆盖密度较大的工况下，流体的无规则冲击使得空泡壁出现褶皱。随着结构物入水深度的增加，空泡在环境压力作用下会出现深颈缩现象。随着碎冰覆盖密度的逐渐增加，结构物的水下运动速度相较于无冰环境呈现出更快的衰减趋势。
为探究破碎浮冰覆盖密度对结构物入水空泡演化的影响，利用高速摄影技术，开展不同破碎浮冰覆盖密度下结构物倾斜入水实验。此外，通过对比不同碎冰覆盖密度工况下结构物倾斜入水过程，获得了碎冰覆盖密度对结构物倾斜入水空泡演化特性的影响规律。结果表明：与无冰环境相比，当空泡扩张时，破碎浮冰通过阻碍液面流体的向外扩张，致使空泡的直径减小；而空泡闭合时，碎冰亦会阻碍液面流体的向内收缩，延长空泡扩张时间，此时空泡内空气总量增加，空泡内外压差减小，最终导致空泡的闭合时间延迟。随着碎冰覆盖密度的逐渐增加，其对液面流体向内收缩的阻碍作用逐渐增强，进一步延缓了空泡的闭合时间，空泡的长度和最大直径也相应增大。碎冰覆盖密度较小的工况在空泡溃灭时会出现指向空泡内部的射流。此外，碎冰覆盖密度较大的工况下，流体的无规则冲击使得空泡壁出现褶皱。随着结构物入水深度的增加，空泡在环境压力作用下会出现深颈缩现象。随着碎冰覆盖密度的逐渐增加，结构物的水下运动速度相较于无冰环境呈现出更快的衰减趋势。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0254
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为解决隧道拱脚周边孔爆破难成形以致超挖和掌子面底部欠挖问题，研究了马蹄形隧道拱脚周边孔爆破围岩损伤特征。依托方山隧道，建立拱脚周边孔三维数值模型，模拟拱脚处围岩损伤情况，分析爆破效果与自由面形状、装药量和空孔偏转角的映射关系，并通过现场试验进行验证。研究结果表明：自由面形状显著影响围岩的损伤范围和炸药能量利用率，凹形自由面的损伤范围较平直自由面小，岩石的夹制作用更大，炸药爆破难以有效破碎围岩，能量利用率仅为78%；爆破效果随装药量呈现先增后减的趋势，当拱脚周边孔线装药密度为0.624时，爆破效果最佳；此外，通过布设空孔和调整空孔偏转角，可以改善拱脚周边孔的爆破效果。采用优化后的爆破参数，拱脚处最大线性超挖量降低了45.3%，隧道轮廓成型平整。研究成果具备工程可行性，对类似工程具有借鉴意义。
为解决隧道拱脚周边孔爆破难成形以致超挖和掌子面底部欠挖问题，研究了马蹄形隧道拱脚周边孔爆破围岩损伤特征。依托方山隧道，建立拱脚周边孔三维数值模型，模拟拱脚处围岩损伤情况，分析爆破效果与自由面形状、装药量和空孔偏转角的映射关系，并通过现场试验进行验证。研究结果表明：自由面形状显著影响围岩的损伤范围和炸药能量利用率，凹形自由面的损伤范围较平直自由面小，岩石的夹制作用更大，炸药爆破难以有效破碎围岩，能量利用率仅为78%；爆破效果随装药量呈现先增后减的趋势，当拱脚周边孔线装药密度为0.624时，爆破效果最佳；此外，通过布设空孔和调整空孔偏转角，可以改善拱脚周边孔的爆破效果。采用优化后的爆破参数，拱脚处最大线性超挖量降低了45.3%，隧道轮廓成型平整。研究成果具备工程可行性，对类似工程具有借鉴意义。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0023
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摘要:
混凝土介质中多点同时或彼此微差爆炸可产生复杂的地冲击波叠加聚集效应，从而使特定作用区域内的地冲击波压力显著增强，大大提升爆炸的毁伤威力。为获取多点爆源不同排布方式下爆炸聚集效应及地冲击传播衰减规律，进行了混凝土中单点和七点聚集爆炸的现场和数值模拟试验，基于正交设计方法和灰色系统理论对多点起爆参数进行了优化设计，建立了比例装药间距、比例有源装药高度、比例起爆微差等因素与不同爆心距下峰值压力间的灰色关联度系数及灰色关联度，确定了起爆参数的优选组合，并开展了数值模拟试验检验。分析结果表明：影响地冲击聚集效应的影响因素主次为：比例装药间距、比例起爆微差和比例有源装药高度。采用优化的起爆参数时，即在比例装药间距0.549 m/kg1/3，比例起爆微差0.239 m/kg1/3，比例有源装药高度为0 m/kg1/3时，地冲击波聚集效应达到最佳，可达单点同等装药量产生的地冲击压力的4.7倍。
混凝土介质中多点同时或彼此微差爆炸可产生复杂的地冲击波叠加聚集效应，从而使特定作用区域内的地冲击波压力显著增强，大大提升爆炸的毁伤威力。为获取多点爆源不同排布方式下爆炸聚集效应及地冲击传播衰减规律，进行了混凝土中单点和七点聚集爆炸的现场和数值模拟试验，基于正交设计方法和灰色系统理论对多点起爆参数进行了优化设计，建立了比例装药间距、比例有源装药高度、比例起爆微差等因素与不同爆心距下峰值压力间的灰色关联度系数及灰色关联度，确定了起爆参数的优选组合，并开展了数值模拟试验检验。分析结果表明：影响地冲击聚集效应的影响因素主次为：比例装药间距、比例起爆微差和比例有源装药高度。采用优化的起爆参数时，即在比例装药间距0.549 m/kg1/3，比例起爆微差0.239 m/kg1/3，比例有源装药高度为0 m/kg1/3时，地冲击波聚集效应达到最佳，可达单点同等装药量产生的地冲击压力的4.7倍。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0068
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柔性支撑板架结构是大型舰船防护结构的重要组成部分。为实现柔性支撑板架结构在水下爆炸下防护效能的快速评估和设计优化，本文首先基于高置信度仿真计算建立水下爆炸作用下柔性支撑板架结构防护效能评估方法并开展试验验证；采用验证后的高置信度仿真计算方法在关键构件参数的样本空间内结合最优拉丁超立方获取样本工况数据；采用径向基神经网络（RBF）模型构建快速评估柔性支撑板架结构防护效能的代理模型。以提升极限防护效能并降低板架结构质量为目标，采用多岛遗传算法（MIGA）对基于RBF神经网络的快速预报模型进行多目标优化获取最优结构参数，所得结果可以为柔性支撑板架结构的防护效能快速评估和相关结构设计优化提供重要的技术支撑。
柔性支撑板架结构是大型舰船防护结构的重要组成部分。为实现柔性支撑板架结构在水下爆炸下防护效能的快速评估和设计优化，本文首先基于高置信度仿真计算建立水下爆炸作用下柔性支撑板架结构防护效能评估方法并开展试验验证；采用验证后的高置信度仿真计算方法在关键构件参数的样本空间内结合最优拉丁超立方获取样本工况数据；采用径向基神经网络（RBF）模型构建快速评估柔性支撑板架结构防护效能的代理模型。以提升极限防护效能并降低板架结构质量为目标，采用多岛遗传算法（MIGA）对基于RBF神经网络的快速预报模型进行多目标优化获取最优结构参数，所得结果可以为柔性支撑板架结构的防护效能快速评估和相关结构设计优化提供重要的技术支撑。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0244
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为合理描述机械约束下炸药装药点火后反应演化行为，深入分析壳体变形运动特征，将壳体响应变化过程分为弹塑性准静态阶段、完全屈服运动阶段和壳体破裂后惯性运动约束阶段三个阶段，考虑装药燃烧裂纹网络反应演化与壳体变形运动的耦合作用，建立了反映壳体运动惯性约束效应的装药反应演化模型，通过与典型实验结果对比，验证了模型及参数的适应性。壳体运动速度与内部压力的变化本质表征了装药能量释放与产物气体对外做功关系，考虑壳体运动惯性约束效应可以更为全面表征装药反应演化过程，利用该模型可以根据壳体壁面运动速度历史计算得到弹内压力、反应速率、反应度变化历史，为约束装药在意外刺激下的安全性设计与评估提供理论支撑
为合理描述机械约束下炸药装药点火后反应演化行为，深入分析壳体变形运动特征，将壳体响应变化过程分为弹塑性准静态阶段、完全屈服运动阶段和壳体破裂后惯性运动约束阶段三个阶段，考虑装药燃烧裂纹网络反应演化与壳体变形运动的耦合作用，建立了反映壳体运动惯性约束效应的装药反应演化模型，通过与典型实验结果对比，验证了模型及参数的适应性。壳体运动速度与内部压力的变化本质表征了装药能量释放与产物气体对外做功关系，考虑壳体运动惯性约束效应可以更为全面表征装药反应演化过程，利用该模型可以根据壳体壁面运动速度历史计算得到弹内压力、反应速率、反应度变化历史，为约束装药在意外刺激下的安全性设计与评估提供理论支撑
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0099
PDF(45)
摘要:
人工智能可以发现数据中隐藏的物理规律，机器学习可以用来定制并建立实验参数与实验结果数据之间的关联关系，端到端代理模型则可以实现工程问题的快速设计、高精度预测和敏捷迭代，特别适合于解决强非线性爆炸与冲击动力学的工程问题。该论文选择了一个经典的爆轰驱动问题作为研究对象，并采用数值模拟数据作为机器学习的输入和输出。将正向模拟和逆向设计有机结合起来，构建端到端代理模型并验证模型的实用性和计算精确度。研究结果可以增强使用人工智能机器学习方法解决工程问题的信心，同时也为快速设计、高精度预测和敏捷迭代的实际应用奠定基础。
人工智能可以发现数据中隐藏的物理规律，机器学习可以用来定制并建立实验参数与实验结果数据之间的关联关系，端到端代理模型则可以实现工程问题的快速设计、高精度预测和敏捷迭代，特别适合于解决强非线性爆炸与冲击动力学的工程问题。该论文选择了一个经典的爆轰驱动问题作为研究对象，并采用数值模拟数据作为机器学习的输入和输出。将正向模拟和逆向设计有机结合起来，构建端到端代理模型并验证模型的实用性和计算精确度。研究结果可以增强使用人工智能机器学习方法解决工程问题的信心，同时也为快速设计、高精度预测和敏捷迭代的实际应用奠定基础。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0117
PDF(13)
摘要:
本文选用粉煤灰中的漂珠作为敏化剂和惰性添加剂来制备低爆速乳化炸药，研究了漂珠粒径和含量对乳化炸药爆炸特性和安全性的影响。本研究采用探针法、铅柱压缩法和空中爆炸测试法分别测得添加不同粒径含量漂珠乳化炸药的爆速、猛度和空中爆炸冲击波峰值压力，并通过储存期实验和热分析实验对乳化炸药进行安全性测试。实验结果表明，乳化炸药的爆速、猛度和冲击波峰值压力均随漂珠含量的增加呈先增大后降低的趋势。当漂珠含量为15%时，乳化炸药的爆轰性能最佳；当漂珠含量为45%时，炸药的爆速显著降低，爆速范围在2191~2312 m·s-1，可满足爆炸焊接用炸药的使用条件。此外，发现漂珠含量相同时，添加D50=79 μm漂珠的乳化炸药爆轰性能要高于添加D50=116 μm和47 μm漂珠的乳化炸药。储存期和热分析实验结果表明，添加漂珠的低爆速乳化炸药储存期显著优于传统添加黏土颗粒的低爆速乳化炸药，漂珠的加入并未引发乳化基质产生新的热分解反应，添加15%漂珠的乳化炸药的热分解活化能比乳化基质只增加了0.3%，说明了漂珠的加入并未对乳化基质热稳定性产生明显影响。研究成果对于煤基固废绿色资源化处理和低爆速乳化炸药的配方设计具有重要的参考价值。
本文选用粉煤灰中的漂珠作为敏化剂和惰性添加剂来制备低爆速乳化炸药，研究了漂珠粒径和含量对乳化炸药爆炸特性和安全性的影响。本研究采用探针法、铅柱压缩法和空中爆炸测试法分别测得添加不同粒径含量漂珠乳化炸药的爆速、猛度和空中爆炸冲击波峰值压力，并通过储存期实验和热分析实验对乳化炸药进行安全性测试。实验结果表明，乳化炸药的爆速、猛度和冲击波峰值压力均随漂珠含量的增加呈先增大后降低的趋势。当漂珠含量为15%时，乳化炸药的爆轰性能最佳；当漂珠含量为45%时，炸药的爆速显著降低，爆速范围在2191~2312 m·s-1，可满足爆炸焊接用炸药的使用条件。此外，发现漂珠含量相同时，添加D50=79 μm漂珠的乳化炸药爆轰性能要高于添加D50=116 μm和47 μm漂珠的乳化炸药。储存期和热分析实验结果表明，添加漂珠的低爆速乳化炸药储存期显著优于传统添加黏土颗粒的低爆速乳化炸药，漂珠的加入并未引发乳化基质产生新的热分解反应，添加15%漂珠的乳化炸药的热分解活化能比乳化基质只增加了0.3%，说明了漂珠的加入并未对乳化基质热稳定性产生明显影响。研究成果对于煤基固废绿色资源化处理和低爆速乳化炸药的配方设计具有重要的参考价值。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0138
PDF(11)
摘要:
本文采用激光选区熔化技术(Selective Laser Melting, SLM)制备了AlSi10Mg合金，并对其进行了去应力退火处理，通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术研究了合金的微观组织；通过配有环境温箱的万能试验机和分离式Hopkinson压杆分析了其在极端条件下(高低温、高应变率)的力学行为。结果表明：AlSi10Mg合金具有精细的胞状-枝晶微观结构，主要包含α-Al相和Si相，经退火热处理后微观组织由断续的、呈链状分布的共晶Si颗粒构成。AlSi10Mg合金在室温0.002 s-1~4800 s-1下呈现出应变率强化效应，且在不同的应变率范围内具有不同的敏感性；在173 K~243 K范围内的，流动应力对温度不敏感，而在293 K~573 K时，温度敏感性显著提高，合金软化效应随着温度的升高而加剧。基于实验结果拟合了修正的J-C本构模型并进行了验证，该模型可较好地反映材料在高低温和不同应变率下的力学行为。
本文采用激光选区熔化技术(Selective Laser Melting, SLM)制备了AlSi10Mg合金，并对其进行了去应力退火处理，通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术研究了合金的微观组织；通过配有环境温箱的万能试验机和分离式Hopkinson压杆分析了其在极端条件下(高低温、高应变率)的力学行为。结果表明：AlSi10Mg合金具有精细的胞状-枝晶微观结构，主要包含α-Al相和Si相，经退火热处理后微观组织由断续的、呈链状分布的共晶Si颗粒构成。AlSi10Mg合金在室温0.002 s-1~4800 s-1下呈现出应变率强化效应，且在不同的应变率范围内具有不同的敏感性；在173 K~243 K范围内的，流动应力对温度不敏感，而在293 K~573 K时，温度敏感性显著提高，合金软化效应随着温度的升高而加剧。基于实验结果拟合了修正的J-C本构模型并进行了验证，该模型可较好地反映材料在高低温和不同应变率下的力学行为。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0069
PDF(20)
摘要:
针对包含高密度、高热值元素的高熵合金材料在聚能战斗部药型罩上的应用问题，选取Ta-Hf-Nb-Zr体系高熵合金为研究对象，采用INSTRON材料试验机、分离式霍普金森压杆试验平台，探寻该高熵合金应变率在10-3~103s-1区间、温度在室温25~900℃区间以及应力三轴度在0.33~0.89条件下的力学响应规律，基于静动态力学性能试验结果，获取该合金Johnson-Cook（J-C）本构方程参数A、B、n、C、m及损伤失效模型参数D1~D5，并建立爆炸加载下高熵合金爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectile ,EFP）成型仿真模型。开展EFP成型脉冲X光验证试验，结果显示117μs时刻高熵合金EFP成型较为完整，EFP长度为51.1mm、直径为12.27mm，187μs EFP尾部产生三处断裂，头部长度为24.3mm，直径为12.27mm，EFP速度为2496.3m·s-1。仿真与试验同时刻EFP长度、直径以及速度误差均小于8.2%，断裂形态与试验结果基本一致，应用J-C模型可有效预测了爆炸加载条件下高熵合金EFP的成型状态。
针对包含高密度、高热值元素的高熵合金材料在聚能战斗部药型罩上的应用问题，选取Ta-Hf-Nb-Zr体系高熵合金为研究对象，采用INSTRON材料试验机、分离式霍普金森压杆试验平台，探寻该高熵合金应变率在10-3~103s-1区间、温度在室温25~900℃区间以及应力三轴度在0.33~0.89条件下的力学响应规律，基于静动态力学性能试验结果，获取该合金Johnson-Cook（J-C）本构方程参数A、B、n、C、m及损伤失效模型参数D1~D5，并建立爆炸加载下高熵合金爆炸成型弹丸（Explosively Formed Projectile ,EFP）成型仿真模型。开展EFP成型脉冲X光验证试验，结果显示117μs时刻高熵合金EFP成型较为完整，EFP长度为51.1mm、直径为12.27mm，187μs EFP尾部产生三处断裂，头部长度为24.3mm，直径为12.27mm，EFP速度为2496.3m·s-1。仿真与试验同时刻EFP长度、直径以及速度误差均小于8.2%，断裂形态与试验结果基本一致，应用J-C模型可有效预测了爆炸加载条件下高熵合金EFP的成型状态。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0073
PDF(11)
摘要:
为了提高基于罚函数法的显式有限元对大变形接触-碰撞问题仿真的精确性和健壮性，基于前增量位移时间中心差分发展了一种新的大变形接触非侵入算法。将动力方程求解步分解为不考虑接触的预估步与考虑接触的修正步，在当前时刻利用罚函数法施加接触惩罚力，使其满足非侵入条件，从而提高显式接触计算的精确性；为实现在仅能获得下一时刻位移的情况下精确计算下一时刻大变形内力，基于任意参考构型大变形理论将动力学方程内力项映射到已知的构型求解，避免使用相关物理量的中间构型近似值，从而降低大变形计算引入的数值误差。更严格的几何非线性以及接触算法可有效抑制实体间的非物理穿透以及大变形碰撞过程中的单元畸变，提高计算程序的健壮性。通过对典型碰撞及侵彻算例进行仿真并与商业软件结果对比，验证了本文所发展的大变形接触-碰撞显式算法的正确性，同时证明其在高速大变形碰撞仿真方面比基于蛙跳格式中心差分和罚函数法的经典接触-碰撞算法更加健壮。
为了提高基于罚函数法的显式有限元对大变形接触-碰撞问题仿真的精确性和健壮性，基于前增量位移时间中心差分发展了一种新的大变形接触非侵入算法。将动力方程求解步分解为不考虑接触的预估步与考虑接触的修正步，在当前时刻利用罚函数法施加接触惩罚力，使其满足非侵入条件，从而提高显式接触计算的精确性；为实现在仅能获得下一时刻位移的情况下精确计算下一时刻大变形内力，基于任意参考构型大变形理论将动力学方程内力项映射到已知的构型求解，避免使用相关物理量的中间构型近似值，从而降低大变形计算引入的数值误差。更严格的几何非线性以及接触算法可有效抑制实体间的非物理穿透以及大变形碰撞过程中的单元畸变，提高计算程序的健壮性。通过对典型碰撞及侵彻算例进行仿真并与商业软件结果对比，验证了本文所发展的大变形接触-碰撞显式算法的正确性，同时证明其在高速大变形碰撞仿真方面比基于蛙跳格式中心差分和罚函数法的经典接触-碰撞算法更加健壮。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0089
PDF(18)
摘要:
等离子体爆破破岩技术具有绿色、高效、可控的特点，在深部岩石破碎方面中具有很好的应用前景。本文开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破试验，通过CT扫描和三维重构，对比分析岩石内部裂纹的形态结构和分布状况，研究等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下破岩效果，通过LS-DYNA进行数值模拟，探究不同围压作用下等离子体爆破破岩机理以及岩体在爆破过程中内部裂纹扩展、分布及损伤演化规律。结果表明：相同电压作用下，随着三向围压的升高，岩石表面裂纹的数量和分布范围都呈逐渐减小的趋势，砂岩内部裂纹的复杂程度和贯通程度显著降低，其次在等离子体爆破产生的动态应力场和围压作用产生静态应力耦合场中，等离子体爆破产生的冲击波在爆炸初始阶段作用效果更大，不同围压作用下岩石的裂纹形态和中心膨胀区域没有出现明显差异，随着冲击波的衰减，围压主要在等离子体爆破中后期发挥决定作用，抑制岩体的裂纹扩展和损伤演化。同时，随着围压升高，其对岩体内部裂纹扩展的抑制效果越显著，导致岩石内部三维裂纹的体分形维数和损伤度均近似呈线性减小。
等离子体爆破破岩技术具有绿色、高效、可控的特点，在深部岩石破碎方面中具有很好的应用前景。本文开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破试验，通过CT扫描和三维重构，对比分析岩石内部裂纹的形态结构和分布状况，研究等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下破岩效果，通过LS-DYNA进行数值模拟，探究不同围压作用下等离子体爆破破岩机理以及岩体在爆破过程中内部裂纹扩展、分布及损伤演化规律。结果表明：相同电压作用下，随着三向围压的升高，岩石表面裂纹的数量和分布范围都呈逐渐减小的趋势，砂岩内部裂纹的复杂程度和贯通程度显著降低，其次在等离子体爆破产生的动态应力场和围压作用产生静态应力耦合场中，等离子体爆破产生的冲击波在爆炸初始阶段作用效果更大，不同围压作用下岩石的裂纹形态和中心膨胀区域没有出现明显差异，随着冲击波的衰减，围压主要在等离子体爆破中后期发挥决定作用，抑制岩体的裂纹扩展和损伤演化。同时，随着围压升高，其对岩体内部裂纹扩展的抑制效果越显著，导致岩石内部三维裂纹的体分形维数和损伤度均近似呈线性减小。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0119
PDF(20)
摘要:
H型钢柱在工业厂房、停车场等应用时容易遭受吊装荷载和车辆撞击作用。基于上述背景，本文在前期试验研究基础上，通过有限元开展H型钢柱撞击下及撞击后力学性能全过程分析。首先通过机理分析，获得不同轴压比影响下试件的变形特征、应力与耗能发展。结果表明，侧向撞击下H型钢柱以整体变形为主，上翼缘与腹板分别发生局部凹陷与平面外屈曲；撞击力时程曲线呈现明显的平台段，预加轴力明显削弱试件的抗撞能力。其次，建立108个参数分析模型，重点研究荷载参数（撞击质量m、撞击速度v与轴压比n）、材料参数（屈服强度fy）与几何参数（截面面积A与试件长度L）对撞击力、撞击变形和剩余承载力的影响规律。最后，基于响应面法提出了多因子交互影响的撞击下整体与局部变形及撞击后剩余承载力预测公式，可用于H型钢柱撞击全过程损伤评估与设计。
H型钢柱在工业厂房、停车场等应用时容易遭受吊装荷载和车辆撞击作用。基于上述背景，本文在前期试验研究基础上，通过有限元开展H型钢柱撞击下及撞击后力学性能全过程分析。首先通过机理分析，获得不同轴压比影响下试件的变形特征、应力与耗能发展。结果表明，侧向撞击下H型钢柱以整体变形为主，上翼缘与腹板分别发生局部凹陷与平面外屈曲；撞击力时程曲线呈现明显的平台段，预加轴力明显削弱试件的抗撞能力。其次，建立108个参数分析模型，重点研究荷载参数（撞击质量m、撞击速度v与轴压比n）、材料参数（屈服强度fy）与几何参数（截面面积A与试件长度L）对撞击力、撞击变形和剩余承载力的影响规律。最后，基于响应面法提出了多因子交互影响的撞击下整体与局部变形及撞击后剩余承载力预测公式，可用于H型钢柱撞击全过程损伤评估与设计。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0150
PDF(41)
摘要:
常用抗落石冲击被动柔性防护网防护能级和国内标准检验能级均不高于5000kJ，而山区桥梁等重要交通基础设施面临更高冲击能级落石灾害的威胁，本文采用数值仿真方法开展8000kJ能级被动柔性防护网的抗落石冲击分析与设计工作。首先基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对典型被动柔性防护网单环和三环环链拉伸试验、网片顶破试验以及2000kJ能级落石冲击足尺防护网试验进行数值仿真复现，通过与网环最大破断力、破断位移和破坏特征、落石冲击全过程以及防护网钢丝绳内力时程等试验数据对比，充分验证了所采用数值仿真方法的可靠性。进一步分析了钢柱倾角、跨距、高度以及消能装置规格等参数对落石冲击下防护网动力行为的影响。结果表明：消能装置规格是控制防护网内力与位移的关键参数；钢柱倾角建议取10°；钢柱跨距增加会减小结构的面内刚度，而对横向锚固力影响较小；钢柱高度增加会显著提升柱底支反力；钢柱高度和跨距改变需同时合理调整各钢丝绳的锚固位置。最后，通过调整防护网几何尺寸、消能装置规格和添加横向辅助支撑绳等措施给出了两种8000kJ能级防护网设计方案，均通过EAD 340059-00-0106标准检验。
常用抗落石冲击被动柔性防护网防护能级和国内标准检验能级均不高于5000kJ，而山区桥梁等重要交通基础设施面临更高冲击能级落石灾害的威胁，本文采用数值仿真方法开展8000kJ能级被动柔性防护网的抗落石冲击分析与设计工作。首先基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对典型被动柔性防护网单环和三环环链拉伸试验、网片顶破试验以及2000kJ能级落石冲击足尺防护网试验进行数值仿真复现，通过与网环最大破断力、破断位移和破坏特征、落石冲击全过程以及防护网钢丝绳内力时程等试验数据对比，充分验证了所采用数值仿真方法的可靠性。进一步分析了钢柱倾角、跨距、高度以及消能装置规格等参数对落石冲击下防护网动力行为的影响。结果表明：消能装置规格是控制防护网内力与位移的关键参数；钢柱倾角建议取10°；钢柱跨距增加会减小结构的面内刚度，而对横向锚固力影响较小；钢柱高度增加会显著提升柱底支反力；钢柱高度和跨距改变需同时合理调整各钢丝绳的锚固位置。最后，通过调整防护网几何尺寸、消能装置规格和添加横向辅助支撑绳等措施给出了两种8000kJ能级防护网设计方案，均通过EAD 340059-00-0106标准检验。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0142
PDF(27)
摘要:
为探究U型通风采煤工作面瓦斯爆炸传播规律并探讨不同影响因素对瓦斯爆炸超压衰减的敏感性，利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。为了验证数学模型可靠性首先将模拟与实验数据对比，经对比得到两者误差均小于15%；其次依序进行模拟关键参数的优化并得到网格尺寸、迭代步长及点火温度最合理关键参数分别为0.2m、0.05ms及1900K，通过拟合得到工作面爆炸超压峰值及其到达时间与爆炸点距离之间的函数关系。采用极差分析得到三个主控因素极差值从大到小依次排列为：温度?瓦斯浓度?瓦斯积聚区压力，此次模拟中温度对于爆炸超压衰减影响最大，其中R值达到5.928；运用方差分析法对影响瓦斯爆炸超压衰减率主控因素进行显著性研究，三个主控因素极差值从大到小依次排列为：温度?瓦斯积聚区压力?瓦斯浓度，其中温度显著性达到31.835，其余两项不显著。
为探究U型通风采煤工作面瓦斯爆炸传播规律并探讨不同影响因素对瓦斯爆炸超压衰减的敏感性，利用Fluent模拟软件并结合某矿3906工作面情况开展了数值模拟研究。为了验证数学模型可靠性首先将模拟与实验数据对比，经对比得到两者误差均小于15%；其次依序进行模拟关键参数的优化并得到网格尺寸、迭代步长及点火温度最合理关键参数分别为0.2m、0.05ms及1900K，通过拟合得到工作面爆炸超压峰值及其到达时间与爆炸点距离之间的函数关系。采用极差分析得到三个主控因素极差值从大到小依次排列为：温度?瓦斯浓度?瓦斯积聚区压力，此次模拟中温度对于爆炸超压衰减影响最大，其中R值达到5.928；运用方差分析法对影响瓦斯爆炸超压衰减率主控因素进行显著性研究，三个主控因素极差值从大到小依次排列为：温度?瓦斯积聚区压力?瓦斯浓度，其中温度显著性达到31.835，其余两项不显著。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0095
PDF(62)
摘要:
将气相二氧化硅颗粒和聚乙二醇溶液混合的剪切增稠液（STF）填充到蜂窝芯层中，制成了STF填充蜂窝夹芯板。通过落锤冲击实验，研究了冲击速度、蜂窝孔径和壁厚对夹芯板力学性能的影响。利用数字图像相关（DIC）技术测量了结构的应变历史与后面板挠度场分布情况，探讨了结构的低速冲击响应过程。实验结果表明，在低速冲击下，未填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板中心区域凸起变形，周围区域有明显鼓包变形；填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板凸起变形且局部凸起区域较大，周围无鼓包产生。STF的剪切增稠效应可以增加参与能量吸收的蜂窝单元，扩大结构的局部变形区域，降低结构的后面板挠度，且增加冲击速度、增大蜂窝孔径或者减小壁厚都更有利于STF的剪切增稠效应。
将气相二氧化硅颗粒和聚乙二醇溶液混合的剪切增稠液（STF）填充到蜂窝芯层中，制成了STF填充蜂窝夹芯板。通过落锤冲击实验，研究了冲击速度、蜂窝孔径和壁厚对夹芯板力学性能的影响。利用数字图像相关（DIC）技术测量了结构的应变历史与后面板挠度场分布情况，探讨了结构的低速冲击响应过程。实验结果表明，在低速冲击下，未填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板中心区域凸起变形，周围区域有明显鼓包变形；填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板凸起变形且局部凸起区域较大，周围无鼓包产生。STF的剪切增稠效应可以增加参与能量吸收的蜂窝单元，扩大结构的局部变形区域，降低结构的后面板挠度，且增加冲击速度、增大蜂窝孔径或者减小壁厚都更有利于STF的剪切增稠效应。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0260
PDF(21)
摘要:
为探究波浪环境下带助浮装置航行体下落冲击过程中的流场以及运动演化特性，基于CFD(computational fluid dynamics)数值模拟技术，在方法上耦合了VOF(volume of fluid)多相流模型，k-ω SST湍流模型，Schnerr-Sauer空化模型以及Stokes五阶非线性波理论，建立了一套可靠有效的数值计算方法。对水平圆柱下落入水过程进行数值模拟，试验与数值结果在下落位移上对比差异较小，验证了入水冲击数值方法的有效性。采用速度边界数值造波方法获得的造波结果与Stokes五阶非线性波理论吻合性较好。基于构建的数值方法，在不同波浪海况环境下对带助浮装置航行体下落入水冲击过程进行数值模拟，分析冲击过程中航行体的运动学参数，动力学参数以及入水空泡流场演化过程，总结了波浪环境下带助浮装置航行体的入水冲击特性。结果表明波浪环境对下落冲击过程的影响主要体现在运动衰减段，水平方向的冲击相较于垂直方向的冲击受到波浪环境的影响要大得多,不同海况对航行体的水平冲击造成的影响主要是通过影响入水空泡的形成与溃灭过程实现的。计算得到的带助浮装置航行体冲击过程位移，速度，加速度以及助浮装置受力数据为航行体波浪环境中落水回收的结构设计与安全试验指导提供了参考依据。
为探究波浪环境下带助浮装置航行体下落冲击过程中的流场以及运动演化特性，基于CFD(computational fluid dynamics)数值模拟技术，在方法上耦合了VOF(volume of fluid)多相流模型，k-ω SST湍流模型，Schnerr-Sauer空化模型以及Stokes五阶非线性波理论，建立了一套可靠有效的数值计算方法。对水平圆柱下落入水过程进行数值模拟，试验与数值结果在下落位移上对比差异较小，验证了入水冲击数值方法的有效性。采用速度边界数值造波方法获得的造波结果与Stokes五阶非线性波理论吻合性较好。基于构建的数值方法，在不同波浪海况环境下对带助浮装置航行体下落入水冲击过程进行数值模拟，分析冲击过程中航行体的运动学参数，动力学参数以及入水空泡流场演化过程，总结了波浪环境下带助浮装置航行体的入水冲击特性。结果表明波浪环境对下落冲击过程的影响主要体现在运动衰减段，水平方向的冲击相较于垂直方向的冲击受到波浪环境的影响要大得多,不同海况对航行体的水平冲击造成的影响主要是通过影响入水空泡的形成与溃灭过程实现的。计算得到的带助浮装置航行体冲击过程位移，速度，加速度以及助浮装置受力数据为航行体波浪环境中落水回收的结构设计与安全试验指导提供了参考依据。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0017
PDF(69)
摘要:
风化会使岩石材料孔隙发育、严重影响其工程性能，研究风化作用对花岗岩力学特性及抗侵彻性能的影响，对侵彻战斗部毁伤效能评估及地下工程防护能力分析具有重要意义。选用两种不同风化程度的花岗岩为研究对象，基于试验法系统分析其物理特性、静/动态压缩性能及抗侵彻性能的差异。结果表明：风化作用会造成花岗岩黑云母和斜长石含量降低，孔隙率增加、内部组织变松散，缺陷加剧；风化作用将导致花岗岩抗压强度劣化、应变率效应降低，破坏模式从脆性破坏向弱剪切破坏转变；三轴围压作用下，两种花岗岩随围压增大，静、动态抗压强度显著提升，且中风化花岗岩抗压强度对围压作用更为敏感；高速侵彻条件下（即873m/s～1040m/s），两种风化花岗岩抗侵彻性能差异较小，无量纲侵深不超过3倍弹长，并且岩石靶中不存在明显侵彻弹道区，存在明显的压碎区、约为弹径5~8倍。
风化会使岩石材料孔隙发育、严重影响其工程性能，研究风化作用对花岗岩力学特性及抗侵彻性能的影响，对侵彻战斗部毁伤效能评估及地下工程防护能力分析具有重要意义。选用两种不同风化程度的花岗岩为研究对象，基于试验法系统分析其物理特性、静/动态压缩性能及抗侵彻性能的差异。结果表明：风化作用会造成花岗岩黑云母和斜长石含量降低，孔隙率增加、内部组织变松散，缺陷加剧；风化作用将导致花岗岩抗压强度劣化、应变率效应降低，破坏模式从脆性破坏向弱剪切破坏转变；三轴围压作用下，两种花岗岩随围压增大，静、动态抗压强度显著提升，且中风化花岗岩抗压强度对围压作用更为敏感；高速侵彻条件下（即873m/s～1040m/s），两种风化花岗岩抗侵彻性能差异较小，无量纲侵深不超过3倍弹长，并且岩石靶中不存在明显侵彻弹道区，存在明显的压碎区、约为弹径5~8倍。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0102
PDF(39)
摘要:
为降低瓦斯爆炸对煤矿作业人员和煤炭安全开采的巨大威胁，对巷道中不同体积的瓦斯-空气混合气体爆炸超压和冲击气流速度随传播距离衰减的规律进行了深入研究。首先，根据量纲分析法和能量相似律，综合考虑巷道中瓦斯爆炸超压、冲击气流速度随传播距离衰减的影响因素，建立了超压和冲击气流速度随传播距离衰减的无量纲式。其次，对大尺寸巷道中的实验数据进行回归分析，得到了超压、冲击气流速度的衰减模型及二者之间的关系式。最后，对所建立的衰减模型和关系式进行验证。结果表明：混合气体能量、气体积聚量、测点距离、水力直径和巷道截面积是超压、冲击气流速度衰减的主要影响因素；超压、冲击气流速度均与混合气体聚积量正相关，起始超压和冲击气流速度越大，衰减越迅速；衰减模型理论值与试验值的相对误差及关系式理论值与试验值的相对误差均控制在10%左右，数据整体吻合度较高，验证了其可靠性，能够更简洁直观的描述瓦斯爆炸传播规律，实现对超压、气流速度的快速计算。
为降低瓦斯爆炸对煤矿作业人员和煤炭安全开采的巨大威胁，对巷道中不同体积的瓦斯-空气混合气体爆炸超压和冲击气流速度随传播距离衰减的规律进行了深入研究。首先，根据量纲分析法和能量相似律，综合考虑巷道中瓦斯爆炸超压、冲击气流速度随传播距离衰减的影响因素，建立了超压和冲击气流速度随传播距离衰减的无量纲式。其次，对大尺寸巷道中的实验数据进行回归分析，得到了超压、冲击气流速度的衰减模型及二者之间的关系式。最后，对所建立的衰减模型和关系式进行验证。结果表明：混合气体能量、气体积聚量、测点距离、水力直径和巷道截面积是超压、冲击气流速度衰减的主要影响因素；超压、冲击气流速度均与混合气体聚积量正相关，起始超压和冲击气流速度越大，衰减越迅速；衰减模型理论值与试验值的相对误差及关系式理论值与试验值的相对误差均控制在10%左右，数据整体吻合度较高，验证了其可靠性，能够更简洁直观的描述瓦斯爆炸传播规律，实现对超压、气流速度的快速计算。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0021
PDF(75)
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0071
PDF(50)
摘要:
岩石中存在许多微裂纹和微孔洞，这些微裂纹和微孔洞在动荷载作用下会萌生、扩展和聚并，导致岩石失稳和破坏。在进行爆破开挖时，预留岩体会受到循环爆破产生的动载荷影响，产生累积损伤，从而导致岩体强度降低，甚至破坏。为了模拟这一物理过程，将现有的能够较好地描述岩石动力损伤的岩石动力损伤本构模型通过二次开发嵌入到FLAC中，用于分析锁固型岩质边坡在循环爆破作用下的损伤效应及稳定性。结果表明:考虑岩质边坡累积损伤效应后，随着循环爆破次数的增加，边坡稳定性逐渐降低。对于锁固型岩质边坡，锁固段的破坏首先发生在两端，然后向中间扩散，岩体在其中呈现递进破坏模式。由于考虑了岩质边坡的累积损伤，每次爆破后边坡的安全系数都会减小。当不考虑累积损伤时，边坡的安全系数基本不变。另外，锁固段在软弱夹层中的位置影响边坡的破坏模式和稳定性。因此，在进行类似工程活动时，应考虑岩体的累积损伤效应，避免工程事故的发生。
岩石中存在许多微裂纹和微孔洞，这些微裂纹和微孔洞在动荷载作用下会萌生、扩展和聚并，导致岩石失稳和破坏。在进行爆破开挖时，预留岩体会受到循环爆破产生的动载荷影响，产生累积损伤，从而导致岩体强度降低，甚至破坏。为了模拟这一物理过程，将现有的能够较好地描述岩石动力损伤的岩石动力损伤本构模型通过二次开发嵌入到FLAC中，用于分析锁固型岩质边坡在循环爆破作用下的损伤效应及稳定性。结果表明:考虑岩质边坡累积损伤效应后，随着循环爆破次数的增加，边坡稳定性逐渐降低。对于锁固型岩质边坡，锁固段的破坏首先发生在两端，然后向中间扩散，岩体在其中呈现递进破坏模式。由于考虑了岩质边坡的累积损伤，每次爆破后边坡的安全系数都会减小。当不考虑累积损伤时，边坡的安全系数基本不变。另外，锁固段在软弱夹层中的位置影响边坡的破坏模式和稳定性。因此，在进行类似工程活动时，应考虑岩体的累积损伤效应，避免工程事故的发生。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0343
PDF(47)
摘要:
人工智能方法是预测爆炸荷载的新手段，但现有方法主要用于预测爆炸冲击波的超压峰值或冲量，而预测反射超压时程的研究不多。针对这一问题，以平面冲击波绕射桥梁主梁为对象，提出了一种基于主成分分析（PCA）和误差反向传播神经网络（BPNN）的桥梁表面反射超压时程的预测模型。该预测模型利用PCA降维处理时程数据，基于多任务学习的BPNN算法，提出了考虑超压峰值和最大冲量影响的损失函数，使模型能有效预测不同入射强度下的桥梁冲击波荷载时程。通过比较多任务学习模型、多输入单输出模型和多输入多输出模型等三种BPNN模型，发现多任务学习模型的预测精度最高，而多输入多输出模型的预测能力较差；采用多任务学习模型预测得到的桥梁表面各测点位置的反射超压时程、超压峰值精度较高，R2分别为0.790和0.985，作用在箱梁上的合力时程和扭矩时程预测值也与真实值较为吻合。同时，该模型在对内插值预测的表现优于外推值预测，但其在预测外推值方面同样展现出了一定的能力。
人工智能方法是预测爆炸荷载的新手段，但现有方法主要用于预测爆炸冲击波的超压峰值或冲量，而预测反射超压时程的研究不多。针对这一问题，以平面冲击波绕射桥梁主梁为对象，提出了一种基于主成分分析（PCA）和误差反向传播神经网络（BPNN）的桥梁表面反射超压时程的预测模型。该预测模型利用PCA降维处理时程数据，基于多任务学习的BPNN算法，提出了考虑超压峰值和最大冲量影响的损失函数，使模型能有效预测不同入射强度下的桥梁冲击波荷载时程。通过比较多任务学习模型、多输入单输出模型和多输入多输出模型等三种BPNN模型，发现多任务学习模型的预测精度最高，而多输入多输出模型的预测能力较差；采用多任务学习模型预测得到的桥梁表面各测点位置的反射超压时程、超压峰值精度较高，R2分别为0.790和0.985，作用在箱梁上的合力时程和扭矩时程预测值也与真实值较为吻合。同时，该模型在对内插值预测的表现优于外推值预测，但其在预测外推值方面同样展现出了一定的能力。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0395
PDF(58)
摘要:
螺旋桨是舰船推进系统的核心部件，其运动稳定性和效率直接影响着舰船的性能。当前推进轴系抗冲击研究多将螺旋桨等效成均质圆盘忽略其结构特征，不能准确得到水下爆炸作用下螺旋桨的瞬态毁伤特征。故本文考虑螺旋桨的结构特征，基于湿模态分析法得到实体建模优于壳体建模，开展了远场冲击波作用下螺旋桨物面空化冲击动响应及毁伤特征分析。并结合螺旋桨高速旋转状态下产生的水动力空化现象，进一步分析螺旋桨瞬态毁伤特征规律。研究表明：在0度与90度攻角下，冲击波入射波作用于螺旋桨表面的物面载荷更高，但存在一个上限值，其与螺旋桨结构特征有关。在计及水动力空化状态下，桨叶的应力水平变化较为一致；桨叶主要塑性损伤区为叶根处，但存在局部塑性和完全塑性两种模式。本文探讨了远场爆炸下螺旋桨毁伤与空化特征，研究结果可为推进轴系及螺旋桨抗冲击防护提供参考。
螺旋桨是舰船推进系统的核心部件，其运动稳定性和效率直接影响着舰船的性能。当前推进轴系抗冲击研究多将螺旋桨等效成均质圆盘忽略其结构特征，不能准确得到水下爆炸作用下螺旋桨的瞬态毁伤特征。故本文考虑螺旋桨的结构特征，基于湿模态分析法得到实体建模优于壳体建模，开展了远场冲击波作用下螺旋桨物面空化冲击动响应及毁伤特征分析。并结合螺旋桨高速旋转状态下产生的水动力空化现象，进一步分析螺旋桨瞬态毁伤特征规律。研究表明：在0度与90度攻角下，冲击波入射波作用于螺旋桨表面的物面载荷更高，但存在一个上限值，其与螺旋桨结构特征有关。在计及水动力空化状态下，桨叶的应力水平变化较为一致；桨叶主要塑性损伤区为叶根处，但存在局部塑性和完全塑性两种模式。本文探讨了远场爆炸下螺旋桨毁伤与空化特征，研究结果可为推进轴系及螺旋桨抗冲击防护提供参考。
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摘要:
为了提高核乏燃料储运容器等球墨铸铁结构在低温、冲击环境下的服役安全性，本文通过改进的霍普金森压杆技术对球墨铸铁材料在常温与低温（20℃、-40℃、-60℃和-80℃）下的I型动态断裂韧性进行了测试，并着重研究了材料的韧脆转变行为。试样的起裂时间由应变法确定，采用实验-数值方法确定了裂尖动态应力强度因子和材料的I型动态断裂韧性。结果表明，在相同冲击速度加载下，球墨铸铁的I型动态断裂韧性随温度的降低而明显降低，起裂时间也随温度降低而减少。通过对断口的微观分析，发现在不同温度下材料存在失效机理的转变。随着温度的降低，断口韧窝减少，河流花样以及解理台阶增多。通过对韧性与脆性微观形貌特征进行量化统计，表明了材料在低温下存在延性特征变弱、脆性增强的规律，这种韧脆转变现象与材料断裂韧性的测试结果相吻合。
为了提高核乏燃料储运容器等球墨铸铁结构在低温、冲击环境下的服役安全性，本文通过改进的霍普金森压杆技术对球墨铸铁材料在常温与低温（20℃、-40℃、-60℃和-80℃）下的I型动态断裂韧性进行了测试，并着重研究了材料的韧脆转变行为。试样的起裂时间由应变法确定，采用实验-数值方法确定了裂尖动态应力强度因子和材料的I型动态断裂韧性。结果表明，在相同冲击速度加载下，球墨铸铁的I型动态断裂韧性随温度的降低而明显降低，起裂时间也随温度降低而减少。通过对断口的微观分析，发现在不同温度下材料存在失效机理的转变。随着温度的降低，断口韧窝减少，河流花样以及解理台阶增多。通过对韧性与脆性微观形貌特征进行量化统计，表明了材料在低温下存在延性特征变弱、脆性增强的规律，这种韧脆转变现象与材料断裂韧性的测试结果相吻合。
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为明确泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响，充分发挥和合理利用泡沫混凝土良好的消波特性，首先通过试验及数值模拟探讨不同泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响，并分析分层梯度泡沫混凝土在爆炸波作用下的消波特性。然后将组合式防护结构与采用中粗砂为分配层的传统成层式结构进行对比分析验证其优越性，在此基础上，总结凝练出组合式防护结构的主体结构荷载可控的设计理念。结果表明，利用泡沫混凝土材料较长的屈服平台和较低的波阻抗，以泡沫混凝土作为能量调控层，通过设计泡沫混凝土强度等级（密度等级）和厚度以及采用多层梯度泡沫混凝土，可使得作用于主体结构上的爆炸荷载峰值恰为泡沫混凝土屈服强度，实现对主体结构上荷载的可控设计，有效解决了中粗砂为分配层的传统成层式结构不易控制作用于主体结构上荷载的问题。研究结果可为抗新型钻地弹的防护设计提供重要参考。
为明确泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响，充分发挥和合理利用泡沫混凝土良好的消波特性，首先通过试验及数值模拟探讨不同泡沫混凝土厚度和强度对组合式防护结构抗爆性能的影响，并分析分层梯度泡沫混凝土在爆炸波作用下的消波特性。然后将组合式防护结构与采用中粗砂为分配层的传统成层式结构进行对比分析验证其优越性，在此基础上，总结凝练出组合式防护结构的主体结构荷载可控的设计理念。结果表明，利用泡沫混凝土材料较长的屈服平台和较低的波阻抗，以泡沫混凝土作为能量调控层，通过设计泡沫混凝土强度等级（密度等级）和厚度以及采用多层梯度泡沫混凝土，可使得作用于主体结构上的爆炸荷载峰值恰为泡沫混凝土屈服强度，实现对主体结构上荷载的可控设计，有效解决了中粗砂为分配层的传统成层式结构不易控制作用于主体结构上荷载的问题。研究结果可为抗新型钻地弹的防护设计提供重要参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0152
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为深入研究深部地层中砂岩在冲击荷载作用下的动态力学特性，建立了一种改进的霍普金森压杆实验系统，对灰砂岩长杆试件开展了不同加载速率的动态压缩实验，并结合高速数字相关技术（DIC）监测试件表面位移场和应变场的演化过程，探讨了灰砂岩在近场冲击加载下的拉伸破坏的规律。从 DIC 分析得到的位移场中提取出不同质点位移时程曲线，进行了拉格朗日反分析算法计算，获得了灰砂岩材料的全场应力应变规律。结果表明：灰砂岩长杆试件以拉伸破坏为主，且出现了近加载端破碎、远离加载端层裂的现象；灰砂岩长杆试件的动态抗压强度因子随应变率增大而增大，有明显的应变率效应；随着加载速率升高，各测点应力峰值与应变峰值均呈增大趋势；在同一加载速率下，灰砂岩长杆的应力-应变曲线呈现出近端测点曲线包络远端测点曲线的现象。
为深入研究深部地层中砂岩在冲击荷载作用下的动态力学特性，建立了一种改进的霍普金森压杆实验系统，对灰砂岩长杆试件开展了不同加载速率的动态压缩实验，并结合高速数字相关技术（DIC）监测试件表面位移场和应变场的演化过程，探讨了灰砂岩在近场冲击加载下的拉伸破坏的规律。从 DIC 分析得到的位移场中提取出不同质点位移时程曲线，进行了拉格朗日反分析算法计算，获得了灰砂岩材料的全场应力应变规律。结果表明：灰砂岩长杆试件以拉伸破坏为主，且出现了近加载端破碎、远离加载端层裂的现象；灰砂岩长杆试件的动态抗压强度因子随应变率增大而增大，有明显的应变率效应；随着加载速率升高，各测点应力峰值与应变峰值均呈增大趋势；在同一加载速率下，灰砂岩长杆的应力-应变曲线呈现出近端测点曲线包络远端测点曲线的现象。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0064
摘要:
殉爆现象会影响露天矿台阶爆破作业安全、边坡稳定性和爆破效果。在炸药冲击起爆机理基础上，并结合露天矿实际富水裂隙岩体台阶爆破振动监测结果，通过对比爆破振动信号波动差异来判别殉爆现象。为研究殉爆产生的机理和防殉爆方法，采用数值模拟和现场试验分析主发药量、裂隙宽度及药包之间的距离等参数对被发药包孔壁压力的影响。结果表明：孔壁冲击压力随着装药耦合系数的减小、炮孔间裂隙宽度（0.25~1.00 cm）的增大以及炮孔间距离的减小而提高。在裂隙位置装药使用阻波管、充填岩粉或设置空气间隔器，能显著降低通过富水裂隙传递到被发炮孔的冲击压力，并使其低于乳化炸药的起爆压力临界值。当炮孔内只有单条裂隙时，选择填充岩粉是便捷且有效防殉爆方法；当炮孔内有多条裂隙时，该试验条件下，炮孔内放置厚度为2.6 mm的阻波管是最佳防殉爆方法，并能保证爆破效果。
殉爆现象会影响露天矿台阶爆破作业安全、边坡稳定性和爆破效果。在炸药冲击起爆机理基础上，并结合露天矿实际富水裂隙岩体台阶爆破振动监测结果，通过对比爆破振动信号波动差异来判别殉爆现象。为研究殉爆产生的机理和防殉爆方法，采用数值模拟和现场试验分析主发药量、裂隙宽度及药包之间的距离等参数对被发药包孔壁压力的影响。结果表明：孔壁冲击压力随着装药耦合系数的减小、炮孔间裂隙宽度（0.25~1.00 cm）的增大以及炮孔间距离的减小而提高。在裂隙位置装药使用阻波管、充填岩粉或设置空气间隔器，能显著降低通过富水裂隙传递到被发炮孔的冲击压力，并使其低于乳化炸药的起爆压力临界值。当炮孔内只有单条裂隙时，选择填充岩粉是便捷且有效防殉爆方法；当炮孔内有多条裂隙时，该试验条件下，炮孔内放置厚度为2.6 mm的阻波管是最佳防殉爆方法，并能保证爆破效果。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0109
摘要:
针对典型CL-20基高爆速压装炸药（C-1, 94.5% CL-20+5.5%助剂）的发射安全性问题，开展400 kg大型落锤试验对压装炸药C-1的冲击响应特性进行研究。同时，采用改进的应力率表征法及下限值法、特性落高法分别对该炸药的落锤冲击响应特性进行表征，并与同类压装炸药JO-8和JH-2进行了对比。得到了不同落高下3种压装炸药底部实测应力曲线及表征参数，并讨论了3种炸药撞击感度的差异及C-1炸药撞击感度的影响因素。结果表明，改进的应力率表征法对炸药撞击感度的表征具有一定有效性和普适性，与其他方法对撞击感度规律的反映具有一致性。C-1炸药的特性落高（H50）为1 m，分别为JO-8和JH-2炸药特性落高的62.50%和50.00%；C-1炸药不发生爆轰对应的后坐应力峰值（σ0）为748.90 MPa，分别为JO-8和JH-2的85.42%和64.33%；C-1的安全应力率参数（C0）为344 GPa2/s，分别为JO-8和JH-2的45.87%和39.14%。CL-20的分子结构、C-1药柱的力学性能和热-化特性是造成其撞击感度高于JO-8和JH-2撞击感度的主要因素。
针对典型CL-20基高爆速压装炸药（C-1, 94.5% CL-20+5.5%助剂）的发射安全性问题，开展400 kg大型落锤试验对压装炸药C-1的冲击响应特性进行研究。同时，采用改进的应力率表征法及下限值法、特性落高法分别对该炸药的落锤冲击响应特性进行表征，并与同类压装炸药JO-8和JH-2进行了对比。得到了不同落高下3种压装炸药底部实测应力曲线及表征参数，并讨论了3种炸药撞击感度的差异及C-1炸药撞击感度的影响因素。结果表明，改进的应力率表征法对炸药撞击感度的表征具有一定有效性和普适性，与其他方法对撞击感度规律的反映具有一致性。C-1炸药的特性落高（H50）为1 m，分别为JO-8和JH-2炸药特性落高的62.50%和50.00%；C-1炸药不发生爆轰对应的后坐应力峰值（σ0）为748.90 MPa，分别为JO-8和JH-2的85.42%和64.33%；C-1的安全应力率参数（C0）为344 GPa2/s，分别为JO-8和JH-2的45.87%和39.14%。CL-20的分子结构、C-1药柱的力学性能和热-化特性是造成其撞击感度高于JO-8和JH-2撞击感度的主要因素。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0074
摘要:
为 减弱中空环形聚能装药中中心侵彻体对后级结构的破坏作用，通过改变环锥罩的偏心距离和壁厚，调整了装药和药型罩的质量分布，使之形成准直环形射流，研究了炸高对环形射流侵彻威力的影响规律。数值模拟结果表明：内壳为铝合金时的中心孔平均侵彻深度较内壳为钢时的平均侵彻深度低36.13%；非偏心环锥罩形成的射流存在径向偏移，侵彻能力较弱。当环锥罩顶向外侧偏移0.05d（d为环形装药厚度）时，射流准直性较好，环形射流侵彻深度较大；随着药型罩壁厚的增加，射流头部速度不断减小，当壁厚为0.045d时，偏心环锥罩形成的环形射流侵彻能力较强；环形射流侵彻深度对炸高较为敏感，在炸高为1.12d时，环形射流侵彻深度较大。针对非偏心环锥罩和偏心环锥罩两种药型罩结构开展的静破甲试验表明，环形射流侵彻深度和扩孔直径的试验结果与数值模拟结果误差小于12%，验证了数值模拟模型的可靠性。
为 减弱中空环形聚能装药中中心侵彻体对后级结构的破坏作用，通过改变环锥罩的偏心距离和壁厚，调整了装药和药型罩的质量分布，使之形成准直环形射流，研究了炸高对环形射流侵彻威力的影响规律。数值模拟结果表明：内壳为铝合金时的中心孔平均侵彻深度较内壳为钢时的平均侵彻深度低36.13%；非偏心环锥罩形成的射流存在径向偏移，侵彻能力较弱。当环锥罩顶向外侧偏移0.05d（d为环形装药厚度）时，射流准直性较好，环形射流侵彻深度较大；随着药型罩壁厚的增加，射流头部速度不断减小，当壁厚为0.045d时，偏心环锥罩形成的环形射流侵彻能力较强；环形射流侵彻深度对炸高较为敏感，在炸高为1.12d时，环形射流侵彻深度较大。针对非偏心环锥罩和偏心环锥罩两种药型罩结构开展的静破甲试验表明，环形射流侵彻深度和扩孔直径的试验结果与数值模拟结果误差小于12%，验证了数值模拟模型的可靠性。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0046
摘要:
脆性细长结构在弯曲载荷作用下突然断裂，可能导致断裂点附近出现二次断裂。传统的Euler-Bernoulli梁理论难以描述突加载荷或突卸载荷所导致的波动现象，而Timoshenko梁中的弯曲波速度为有限值，具有一个内禀特征时间，因此基于Timoshenko梁理论来分析弹性梁的弯曲断裂问题。使用Timoshenko梁理论，结合一个包含断裂能的脆性内聚力弯曲断裂模型，建立一维弯曲波传播问题的初边值问题，采用特征线方法求解3种边界条件下半无限长梁中卸载弯曲波的传播问题；进一步分析了断裂能对断裂时间以及峰值弯矩的影响，然后通过数值计算给出这3种情况下梁的动力学响应过程。研究表明：处于纯弯曲状态的梁一旦发生瞬时断裂，二次断裂发生点距离初次断裂点的最短距离为5倍的梁截面回转半径，因为该距离以内的弯矩不会出现过冲；当无量纲断裂能为1.4×10−4，即开裂角度θc=0.004 rad时，在距离初始断裂点17.7个特征长度的位置会产生幅值达到1.67倍初始弯矩的峰值弯矩，是最有可能发生二次断裂的位置；较大的断裂能将延长断裂时间，导致弯矩峰值点位置偏远、相应的峰值载荷也降低。
脆性细长结构在弯曲载荷作用下突然断裂，可能导致断裂点附近出现二次断裂。传统的Euler-Bernoulli梁理论难以描述突加载荷或突卸载荷所导致的波动现象，而Timoshenko梁中的弯曲波速度为有限值，具有一个内禀特征时间，因此基于Timoshenko梁理论来分析弹性梁的弯曲断裂问题。使用Timoshenko梁理论，结合一个包含断裂能的脆性内聚力弯曲断裂模型，建立一维弯曲波传播问题的初边值问题，采用特征线方法求解3种边界条件下半无限长梁中卸载弯曲波的传播问题；进一步分析了断裂能对断裂时间以及峰值弯矩的影响，然后通过数值计算给出这3种情况下梁的动力学响应过程。研究表明：处于纯弯曲状态的梁一旦发生瞬时断裂，二次断裂发生点距离初次断裂点的最短距离为5倍的梁截面回转半径，因为该距离以内的弯矩不会出现过冲；当无量纲断裂能为1.4×10−4，即开裂角度θc=0.004 rad时，在距离初始断裂点17.7个特征长度的位置会产生幅值达到1.67倍初始弯矩的峰值弯矩，是最有可能发生二次断裂的位置；较大的断裂能将延长断裂时间，导致弯矩峰值点位置偏远、相应的峰值载荷也降低。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0296
摘要:
系统研究了采用多级夹层设计的金属多级波纹芯体夹层梁在泡沫子弹冲击下的动态力学行为。在验证了数值方法可靠性的基础上，通过 Abaqus-Explicit 仿真计算结果分析了不同子弹动量水平下金属多级波纹芯体夹层梁的动态变形过程、定量挠度结果、变形破坏模式和能量吸收特性。进一步地，设计了3种不同几何参数的单层波纹夹层结构，旨在比较单层和多级波纹夹层结构在等质量条件下的抗冲击性能差异。结果表明，多级波纹夹层梁冲击侧夹层面板的二级波纹芯体和一级波纹芯体的压溃程度始终大于背侧夹层面板二级波纹芯体的压溃程度。多级波纹夹层梁背侧面板的最终跨中挠度始终小于等质量单级波纹夹层梁的相应挠度，体现出多级夹层梁的抗冲击防护性能优势。这种增强机理主要在于增加的多孔芯体压缩吸能保护了背侧面板，另外，多级夹层梁的塑性轴向拉伸强度几乎保持不变，而塑性弯曲强度因梁结构总厚度增加而增大，从而扩大了夹层结构的塑性屈服面。
系统研究了采用多级夹层设计的金属多级波纹芯体夹层梁在泡沫子弹冲击下的动态力学行为。在验证了数值方法可靠性的基础上，通过 Abaqus-Explicit 仿真计算结果分析了不同子弹动量水平下金属多级波纹芯体夹层梁的动态变形过程、定量挠度结果、变形破坏模式和能量吸收特性。进一步地，设计了3种不同几何参数的单层波纹夹层结构，旨在比较单层和多级波纹夹层结构在等质量条件下的抗冲击性能差异。结果表明，多级波纹夹层梁冲击侧夹层面板的二级波纹芯体和一级波纹芯体的压溃程度始终大于背侧夹层面板二级波纹芯体的压溃程度。多级波纹夹层梁背侧面板的最终跨中挠度始终小于等质量单级波纹夹层梁的相应挠度，体现出多级夹层梁的抗冲击防护性能优势。这种增强机理主要在于增加的多孔芯体压缩吸能保护了背侧面板，另外，多级夹层梁的塑性轴向拉伸强度几乎保持不变，而塑性弯曲强度因梁结构总厚度增加而增大，从而扩大了夹层结构的塑性屈服面。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0310
摘要:
为研究弹体材料参数（主要指屈服强度、韧性等）对超高速侵彻混凝土靶侵彻深度的影响规律，开展了不同材料性能的93W钨合金柱形弹以2300 ～3600 m/s的速度侵彻混凝土靶实验，得到了不同材料性能弹体的侵彻深度和残余弹体长度实验数据，并结合已有文献中的实验结果以及数值模拟方法，分析了材料参数对侵彻深度、残余弹体长度的影响规律。得到的结论如下：(1)如果弹体材料的韧性增强而强度不变，残余弹体特征参数并未显著改变，侵彻深度无显著变化，侵彻深度极大值对应的弹速也无显著变化；(2)如果弹体材料的强度提高而韧性不变，则弹体抵抗侵蚀的能力提升，使弹体残余长度增加，侵彻阶段的临界转变速度增加，进而使刚体侵彻深度和总侵深增加，同时使弹体侵彻深度极大值对应的侵彻速度提高。
为研究弹体材料参数（主要指屈服强度、韧性等）对超高速侵彻混凝土靶侵彻深度的影响规律，开展了不同材料性能的93W钨合金柱形弹以
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0309
摘要:
刚体临界侵彻速度的理论准确预测分析是高强钢弹体高速侵彻混凝土靶研究中的关键问题，本文中利用二级轻气炮开展了克级高强钢（G50）卵形头长杆弹以1010 ~1660 m/s的速度侵彻C40混凝土靶实验研究，获取了刚体临界侵彻速度和侵彻深度实验数据，并开展了刚体临界侵彻速度和考虑弹体头部磨蚀的侵彻深度理论分析，得到结论如下：(1)克级G50卵形头长杆弹侵彻C40混凝土靶时的刚体临界侵彻速度区间为1320 ~1520 m/s；(2)基于已有侵彻模型，建立了新的刚体临界侵彻速度理论模型，模型计算结果与本文及文献中的系列实验结果吻合较好；(3)建立了考虑头部侵蚀的侵彻深度模型，与实验结果吻合较好；(4)弹体屈服强度对刚体临界侵彻速度有显著影响，靶体无围压抗压强度对刚体临界侵彻速度有较小影响，实验前的弹体头形系数和弹体尺寸对刚体临界侵彻速度无显著影响。
刚体临界侵彻速度的理论准确预测分析是高强钢弹体高速侵彻混凝土靶研究中的关键问题，本文中利用二级轻气炮开展了克级高强钢（G50）卵形头长杆弹以
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0460
摘要:
针对工程技术领域的碰撞载荷削峰减载问题，采用数值模拟与试验相结合的方法研究了轴向串联式吸能管的吸能特性：首先基于材料高速拉伸试验，构建吸能管的材料Johnson-Cook动态本构参数，并对拟合参数有效性进行评估；随后通过数值模拟与高速冲击试验研究高速撞击过程中吸能管的缓冲吸能特性，评估仿真与试验的一致性；最终通过数值模拟对吸能管轴向串联构型与单管构型之间的吸能评价指标开展对比分析。分析研究表明：数值模拟与冲击试验的变形模式、载荷曲线、吸能评价指标均吻合较好，材料性能参数准确，仿真预示方法有效，高速冲击试验方案合理可信；与相同结构参数的串联构型吸能管相比，单管构型吸能管在压缩过程中会出现非轴对称、不稳定的扭曲变形，单管构型的有效压缩行程减小了13%，峰值载荷提高了33.4%，撞击瞬间载荷提高了15%，平均压缩力提高了13%，载荷峰均比提高了17.7%；吸能管的串联构型是更为理想的缓冲吸能结构。
针对工程技术领域的碰撞载荷削峰减载问题，采用数值模拟与试验相结合的方法研究了轴向串联式吸能管的吸能特性：首先基于材料高速拉伸试验，构建吸能管的材料Johnson-Cook动态本构参数，并对拟合参数有效性进行评估；随后通过数值模拟与高速冲击试验研究高速撞击过程中吸能管的缓冲吸能特性，评估仿真与试验的一致性；最终通过数值模拟对吸能管轴向串联构型与单管构型之间的吸能评价指标开展对比分析。分析研究表明：数值模拟与冲击试验的变形模式、载荷曲线、吸能评价指标均吻合较好，材料性能参数准确，仿真预示方法有效，高速冲击试验方案合理可信；与相同结构参数的串联构型吸能管相比，单管构型吸能管在压缩过程中会出现非轴对称、不稳定的扭曲变形，单管构型的有效压缩行程减小了13%，峰值载荷提高了33.4%，撞击瞬间载荷提高了15%，平均压缩力提高了13%，载荷峰均比提高了17.7%；吸能管的串联构型是更为理想的缓冲吸能结构。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0340
摘要:
为了提高对液化石油气LPG的抑爆效能，采用自主设计的半开式有机玻璃管道搭建了N2/细水雾抑爆炸实验平台，从爆炸超压、火焰传播速度及其峰值来临时间、火焰结构等4个方面分析含改性氯化合物N2/细水雾抑爆效果。结果表明：含氯化合物对表面活性剂具有选择性，KCl、NaCl和NH4Cl与脂肪醇聚氧乙烯醚（AeO9）、有机硅表面活性剂（Sicare2235）等2种表面活性剂之间的协同增效效果更优，爆炸超压峰值、火焰传播速度峰值均有明显降低，且峰值来临时间明显延长；十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）仅与NaCl共同作用时抑爆效果有明显提升，与其他3种氯盐共同作用时没有增效效果甚至产生促爆现象；FeCl2与表面活性剂协同时会出现爆炸增强现象；含氯化合物与表面活性剂共同作用时，表面张力值存在最佳值，即表面张力在20 mN/m时，抑爆效能最佳。化学动力学数值模拟结果表明：含改性氯化合物N2细水雾能够有效降低绝热火焰温度，消耗关键自由基，中断燃烧链式反应，其抑爆的协同增效机理主要体现在N2惰化稀释、表面活性剂调控水雾粒径增加冷却效应和抑制链式反应等3个方面。
为了提高对液化石油气LPG的抑爆效能，采用自主设计的半开式有机玻璃管道搭建了N2/细水雾抑爆炸实验平台，从爆炸超压、火焰传播速度及其峰值来临时间、火焰结构等4个方面分析含改性氯化合物N2/细水雾抑爆效果。结果表明：含氯化合物对表面活性剂具有选择性，KCl、NaCl和NH4Cl与脂肪醇聚氧乙烯醚（AeO9）、有机硅表面活性剂（Sicare2235）等2种表面活性剂之间的协同增效效果更优，爆炸超压峰值、火焰传播速度峰值均有明显降低，且峰值来临时间明显延长；十二烷基硫酸钠（sodium dodecyl sulfate，SDS）仅与NaCl共同作用时抑爆效果有明显提升，与其他3种氯盐共同作用时没有增效效果甚至产生促爆现象；FeCl2与表面活性剂协同时会出现爆炸增强现象；含氯化合物与表面活性剂共同作用时，表面张力值存在最佳值，即表面张力在20 mN/m时，抑爆效能最佳。化学动力学数值模拟结果表明：含改性氯化合物N2细水雾能够有效降低绝热火焰温度，消耗关键自由基，中断燃烧链式反应，其抑爆的协同增效机理主要体现在N2惰化稀释、表面活性剂调控水雾粒径增加冷却效应和抑制链式反应等3个方面。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0323
摘要:
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0158
摘要:
基于钨纤维和金属玻璃基体的实际分布特性，建立复合材料弹体的细观有限元几何模型，采用修正的热力耦合本构模型来描述金属玻璃基体的高强度和高剪切敏感性，结合相关的斜侵彻/穿甲试验，开展复合材料长杆弹斜侵彻/穿甲钢靶的三维有限元模拟，与钨合金弹进行对比分析，讨论弹靶变形和破坏特征，分析了撞击倾角、撞击速度等因素对复合材料弹体侵彻/穿甲“自锐”行为以及弹道特征的影响。结果表明，在斜侵彻/穿甲条件下，由于弹体头部受力的非对称特征，弹头逐渐锐化为非对称的尖头构型，同时弹道偏转，复合材料弹体的“自锐”性能以及侵彻/穿甲能力下降。撞击速度对斜侵彻/穿甲条件下弹体的“自锐”特征及弹道行为有显著影响，低速撞击条件下，撞击倾角越大，弹体侵彻性能越弱；当倾角增大到50°时，撞击速度小于900 m/s的弹体均难以有效侵彻靶板；倾角进一步增大时，弹体容易跳飞。
基于钨纤维和金属玻璃基体的实际分布特性，建立复合材料弹体的细观有限元几何模型，采用修正的热力耦合本构模型来描述金属玻璃基体的高强度和高剪切敏感性，结合相关的斜侵彻/穿甲试验，开展复合材料长杆弹斜侵彻/穿甲钢靶的三维有限元模拟，与钨合金弹进行对比分析，讨论弹靶变形和破坏特征，分析了撞击倾角、撞击速度等因素对复合材料弹体侵彻/穿甲“自锐”行为以及弹道特征的影响。结果表明，在斜侵彻/穿甲条件下，由于弹体头部受力的非对称特征，弹头逐渐锐化为非对称的尖头构型，同时弹道偏转，复合材料弹体的“自锐”性能以及侵彻/穿甲能力下降。撞击速度对斜侵彻/穿甲条件下弹体的“自锐”特征及弹道行为有显著影响，低速撞击条件下，撞击倾角越大，弹体侵彻性能越弱；当倾角增大到50°时，撞击速度小于900 m/s的弹体均难以有效侵彻靶板；倾角进一步增大时，弹体容易跳飞。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0342
摘要:
基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的多物质ALE算法，开展了CF120混凝土中带壳柱形装药爆炸波衰减规律的数值模拟研究：首先基于已有的柱形装药埋置爆炸试验，对数值算法和材料模型参数进行验证；在此基础上，通过定义长径比系数、壳厚比系数以及峰值应力耦合系数定量分析了装药形状、壳体厚度和埋深对峰值应力的影响规律；最后利用数值模拟数据拟合出混凝土中带壳柱形装药爆炸波峰值应力的计算公式。研究结果表明，带壳装药爆炸近区，长径比越大，峰值应力越大，远区则相反，且壳体越厚，峰值应力越大，但存在一个阈值；建立的爆炸波峰值应力计算公式可实现对不同长径比、不同壳体厚度和不同装药埋深的带壳柱形装药爆炸波峰值应力的快速预测，可为结构抗爆设计提供依据。
基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的多物质ALE算法，开展了CF120混凝土中带壳柱形装药爆炸波衰减规律的数值模拟研究：首先基于已有的柱形装药埋置爆炸试验，对数值算法和材料模型参数进行验证；在此基础上，通过定义长径比系数、壳厚比系数以及峰值应力耦合系数定量分析了装药形状、壳体厚度和埋深对峰值应力的影响规律；最后利用数值模拟数据拟合出混凝土中带壳柱形装药爆炸波峰值应力的计算公式。研究结果表明，带壳装药爆炸近区，长径比越大，峰值应力越大，远区则相反，且壳体越厚，峰值应力越大，但存在一个阈值；建立的爆炸波峰值应力计算公式可实现对不同长径比、不同壳体厚度和不同装药埋深的带壳柱形装药爆炸波峰值应力的快速预测，可为结构抗爆设计提供依据。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0130
摘要:
氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战，为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性，通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究，揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性，并分析了典型流场结构，探讨了传播模态的不稳定性以及爆轰波湮灭和再起爆机制。结果表明：随着当量比的提高，流场内分别呈现熄爆、单波、单双波混合3种传播模态，且爆轰波的传播速度随当量比的增大几乎呈线性提高，速度亏损为5%～8%。激波的扰动使得爆燃面失稳产生明显的扭曲和褶皱，氢氧的高反应活性让爆燃面明显分层且在2个分界面上呈现不同的不稳定性，上分界面为Kelvin-Helmholt (K-H)不稳定性，下分界面为Rayleigh-Taylor (R-T)不稳定性。单双波混合模态下爆轰波极不稳定，保持湮灭、单波、双波对撞3种状态之间循环。爆轰波有2种湮灭方式：一是双波对撞导致爆轰波湮灭，二是爆燃面燃烧加剧使得爆燃面下移导致爆轰波湮灭。再起爆的主要原因是：R-T不稳定性诱导爆轰产物与新鲜预混气在爆燃面上相互挤压产生尖峰和气泡结构，增强爆燃面上的反应放热，产生了局部热点并逐渐增强为爆轰波，实现爆燃转爆轰。
氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战，为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性，通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究，揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性，并分析了典型流场结构，探讨了传播模态的不稳定性以及爆轰波湮灭和再起爆机制。结果表明：随着当量比的提高，流场内分别呈现熄爆、单波、单双波混合3种传播模态，且爆轰波的传播速度随当量比的增大几乎呈线性提高，速度亏损为5%～8%。激波的扰动使得爆燃面失稳产生明显的扭曲和褶皱，氢氧的高反应活性让爆燃面明显分层且在2个分界面上呈现不同的不稳定性，上分界面为Kelvin-Helmholt (K-H)不稳定性，下分界面为Rayleigh-Taylor (R-T)不稳定性。单双波混合模态下爆轰波极不稳定，保持湮灭、单波、双波对撞3种状态之间循环。爆轰波有2种湮灭方式：一是双波对撞导致爆轰波湮灭，二是爆燃面燃烧加剧使得爆燃面下移导致爆轰波湮灭。再起爆的主要原因是：R-T不稳定性诱导爆轰产物与新鲜预混气在爆燃面上相互挤压产生尖峰和气泡结构，增强爆燃面上的反应放热，产生了局部热点并逐渐增强为爆轰波，实现爆燃转爆轰。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0097
摘要:
混凝土材料被大量应用于基础设施及国防设施的建造中，为了研究高温混凝土在不同冷却方式下的动态力学特性，通过\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
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混凝土材料被大量应用于基础设施及国防设施的建造中，为了研究高温混凝土在不同冷却方式下的动态力学特性，通过
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0030
摘要:
定量研究分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）试验中弹性压缩阶段试件中的应力波效应是解耦准确材料弹性曲线的基础。在满足平面波假设的基础上，基于广义波阻抗理论，对杆与试件面积不匹配时试件弹性压缩阶段应力波演化造成的结构效应开展了定量理论研究，分析了不同情况下弹性阶段内试件唯象工程及实际材料应力-应变曲线的偏差特征与主要因素，并揭示了影响这种偏差的影响规律及其机理。研究表明：对于线性入射加载波，当无量纲时间为0.5的倍数时，即使其他参数改变，试件唯象与材料实际的应力-应变曲线仍对应相等；试件两端的应力差较大时，若应力差的变化趋于稳定，则试件唯象与材料实际的应力-应变曲线差异较小。计算了不同波动区间内试件的最大应力偏离值及其变化趋势和对应的无量纲时间，研究了入射波是双线性组合波时试件的应力-应变曲线。研究表明：双线性波入射时，2个线性区间可以独立分析，无论如何组合线性区间或应力差如何变化，只要试件两端应力差为近似恒定曲线，对应的试件唯象工程应力-应变曲线都是相对准确的。
定量研究分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）试验中弹性压缩阶段试件中的应力波效应是解耦准确材料弹性曲线的基础。在满足平面波假设的基础上，基于广义波阻抗理论，对杆与试件面积不匹配时试件弹性压缩阶段应力波演化造成的结构效应开展了定量理论研究，分析了不同情况下弹性阶段内试件唯象工程及实际材料应力-应变曲线的偏差特征与主要因素，并揭示了影响这种偏差的影响规律及其机理。研究表明：对于线性入射加载波，当无量纲时间为0.5的倍数时，即使其他参数改变，试件唯象与材料实际的应力-应变曲线仍对应相等；试件两端的应力差较大时，若应力差的变化趋于稳定，则试件唯象与材料实际的应力-应变曲线差异较小。计算了不同波动区间内试件的最大应力偏离值及其变化趋势和对应的无量纲时间，研究了入射波是双线性组合波时试件的应力-应变曲线。研究表明：双线性波入射时，2个线性区间可以独立分析，无论如何组合线性区间或应力差如何变化，只要试件两端应力差为近似恒定曲线，对应的试件唯象工程应力-应变曲线都是相对准确的。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0473
摘要:
冲击波在固体介质内传播时，内部电荷随冲击波作用向两极迁移形成电势差并对外输出电压/电流的极化效应称作冲击极化效应。针对晶体、金属、陶瓷以及聚合物等典型固体介质的冲击极化效应进行了系统梳理；总结了现阶段发展的冲击极化测试方法，分析了落锤/摆锤、SHPB、轻气炮以及炸药爆轰等加载方式诱发固体介质极化响应的差异；概述了有限元方法、分子动力学、近场动力学方法以及相场分析方法在固体介质冲击极化数值模拟领域的应用；围绕Allison理论、张裕恒理论、冲击挠曲电理论以及冲击波相关理论，总结了固体介质冲击极化的宏观唯象理论，并从固体介质微观结构、载流子输运模式、输运模型、迁移率以及态密度等方面说明了冲击极化的微观机理；分析了冲击极化效应在传感器、俘能器以及致动器等领域的应用前景，对固体介质冲击极化效应的发展趋势和需求进行了展望。
冲击波在固体介质内传播时，内部电荷随冲击波作用向两极迁移形成电势差并对外输出电压/电流的极化效应称作冲击极化效应。针对晶体、金属、陶瓷以及聚合物等典型固体介质的冲击极化效应进行了系统梳理；总结了现阶段发展的冲击极化测试方法，分析了落锤/摆锤、SHPB、轻气炮以及炸药爆轰等加载方式诱发固体介质极化响应的差异；概述了有限元方法、分子动力学、近场动力学方法以及相场分析方法在固体介质冲击极化数值模拟领域的应用；围绕Allison理论、张裕恒理论、冲击挠曲电理论以及冲击波相关理论，总结了固体介质冲击极化的宏观唯象理论，并从固体介质微观结构、载流子输运模式、输运模型、迁移率以及态密度等方面说明了冲击极化的微观机理；分析了冲击极化效应在传感器、俘能器以及致动器等领域的应用前景，对固体介质冲击极化效应的发展趋势和需求进行了展望。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0145
摘要:
为探究弹体斜侵彻花岗岩靶体的结构响应特性，基于30 mm弹道炮平台，开展了弹体斜侵彻花岗岩靶试验，获得了非正侵彻作用下弹体结构破坏参数。在此基础上，结合数值模拟方法研究了弹体斜侵彻花岗岩靶的弹体结构变形及断裂机制，分析了侵彻初始条件对弹体结构响应的影响规律。研究结果表明：弹体非正侵彻花岗岩靶体时，易发生弯曲和断裂；弹体头尾部所受非对称力是影响弹体响应特性的主要因素，弹体的变形破坏程度由弹体头尾部角速度差峰值大小决定；随着攻角的增大，弹体弯曲程度线性增大，攻角增大到8°时，弹体发生断裂；随着着角的增大，弹体弯曲程度先增大后减小再增大，着角为15°时，弹体弯曲程度最小，着角达到30°时，弹体发生断裂；与着角相比，攻角对弹体结构响应行为的影响更显著；攻角与着角联合作用时，着角的引入会增大弹体临界断裂正攻角，负攻角会削弱弹体抵抗弯曲变形和断裂的能力；撞击速度高于1600 m/s时，弹体撞击速度成为弹体产生不同响应行为的主控因素。
为探究弹体斜侵彻花岗岩靶体的结构响应特性，基于30 mm弹道炮平台，开展了弹体斜侵彻花岗岩靶试验，获得了非正侵彻作用下弹体结构破坏参数。在此基础上，结合数值模拟方法研究了弹体斜侵彻花岗岩靶的弹体结构变形及断裂机制，分析了侵彻初始条件对弹体结构响应的影响规律。研究结果表明：弹体非正侵彻花岗岩靶体时，易发生弯曲和断裂；弹体头尾部所受非对称力是影响弹体响应特性的主要因素，弹体的变形破坏程度由弹体头尾部角速度差峰值大小决定；随着攻角的增大，弹体弯曲程度线性增大，攻角增大到8°时，弹体发生断裂；随着着角的增大，弹体弯曲程度先增大后减小再增大，着角为15°时，弹体弯曲程度最小，着角达到30°时，弹体发生断裂；与着角相比，攻角对弹体结构响应行为的影响更显著；攻角与着角联合作用时，着角的引入会增大弹体临界断裂正攻角，负攻角会削弱弹体抵抗弯曲变形和断裂的能力；撞击速度高于
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0418
摘要:
氢气在全球清洁能源转型中扮演着关键角色，但其可燃性和高爆炸危害性也使得氢气安全成为研究热点。聚焦氢气抑爆领域的最新研究成果，对不同种类抑爆材料及抑爆机理进行了综合评述。首先，介绍了气体、液体、固体以及多相复合抑爆材料的研究进展，对比分析了抑爆效果、关键参数及其变化规律。其次，探讨了抑爆材料影响氢气爆炸的物理、化学以及物理化学综合的作用过程，以揭示各类材料的抑爆机理。最后，展望了氢气抑爆材料的未来发展趋势，强调对高效能抑爆材料探索和机理研究的深化以及在实际应用中所面临的诸多挑战。
氢气在全球清洁能源转型中扮演着关键角色，但其可燃性和高爆炸危害性也使得氢气安全成为研究热点。聚焦氢气抑爆领域的最新研究成果，对不同种类抑爆材料及抑爆机理进行了综合评述。首先，介绍了气体、液体、固体以及多相复合抑爆材料的研究进展，对比分析了抑爆效果、关键参数及其变化规律。其次，探讨了抑爆材料影响氢气爆炸的物理、化学以及物理化学综合的作用过程，以揭示各类材料的抑爆机理。最后，展望了氢气抑爆材料的未来发展趋势，强调对高效能抑爆材料探索和机理研究的深化以及在实际应用中所面临的诸多挑战。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0083
摘要:
为了研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的抗爆性能，对聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构开展不同装药量下的接触爆炸实验，并对整体及局部的破坏特征进行分析。利用LS-DYNA有限元仿真软件研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的损伤过程及机理，并进一步分析了聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的破坏模式及特征。实验及有限元结果表明：接触爆炸荷载作用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构呈现6种破坏模式（正面成坑；层裂破坏；层裂鼓包；震塌破坏，聚脲涂层鼓包大变形；爆炸贯穿，聚脲涂层严重鼓包变形；贯穿和撕裂破坏）；在钢筋混凝土厚板背面涂覆聚脲有效增强了复合结构的抗爆性能。研究成果可为实际应用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构抗爆设计防护提供参考依据。
为了研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的抗爆性能，对聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构开展不同装药量下的接触爆炸实验，并对整体及局部的破坏特征进行分析。利用LS-DYNA有限元仿真软件研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的损伤过程及机理，并进一步分析了聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的破坏模式及特征。实验及有限元结果表明：接触爆炸荷载作用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构呈现6种破坏模式（正面成坑；层裂破坏；层裂鼓包；震塌破坏，聚脲涂层鼓包大变形；爆炸贯穿，聚脲涂层严重鼓包变形；贯穿和撕裂破坏）；在钢筋混凝土厚板背面涂覆聚脲有效增强了复合结构的抗爆性能。研究成果可为实际应用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构抗爆设计防护提供参考依据。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0053
摘要:
为综合评估战后建筑结构的毁伤等级，针对爆炸作用下典型地面建筑，即含填充墙钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架结构，提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法，并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验证；其次，开展了典型3层原型RC框架结构在不同爆炸当量（25~200 kg TNT）下的内爆炸数值仿真，定量分析了爆炸冲击波在建筑结构内部的传播、结构损伤破坏和墙体飞散等。爆炸作用下建筑结构的高效毁伤评估流程为：结合镜像爆源和非线性叠加原理确定内爆炸荷载，基于等效单自由度方法评估梁、板、柱及墙体构件的毁伤等级，引入构件重要性系数加权确定房间毁伤等级，考虑房间功能及位置重要性评估整体结构的毁伤等级。高精度数值仿真分析与毁伤评估方法计算的典型RC框架结构的整体毁伤等级一致，即在25、100和200 kg TNT爆炸下RC结构分别呈现轻度、中度和重度毁伤，毁伤评估方法可缩短99%以上的计算耗时，兼具可靠性与时效性。
为综合评估战后建筑结构的毁伤等级，针对爆炸作用下典型地面建筑，即含填充墙钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架结构，提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法，并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验证；其次，开展了典型3层原型RC框架结构在不同爆炸当量（25~200 kg TNT）下的内爆炸数值仿真，定量分析了爆炸冲击波在建筑结构内部的传播、结构损伤破坏和墙体飞散等。爆炸作用下建筑结构的高效毁伤评估流程为：结合镜像爆源和非线性叠加原理确定内爆炸荷载，基于等效单自由度方法评估梁、板、柱及墙体构件的毁伤等级，引入构件重要性系数加权确定房间毁伤等级，考虑房间功能及位置重要性评估整体结构的毁伤等级。高精度数值仿真分析与毁伤评估方法计算的典型RC框架结构的整体毁伤等级一致，即在25、100和200 kg TNT爆炸下RC结构分别呈现轻度、中度和重度毁伤，毁伤评估方法可缩短99%以上的计算耗时，兼具可靠性与时效性。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0061
摘要:
为了准确评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法，首先，开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验，获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据；然后，建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型，通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析，验证了有限元模型和分析方法的可靠性；最后，对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下，UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明：3种战斗部侵彻爆炸联合作用下，遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30～2.60 m和1.70～5.00 m，相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81～2.17和2.46～4.17；与普通混凝土遮弹层对比，3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%～42.4%，临界贯穿和震塌厚度分别降低了7.1%～31.6%和39.7%～52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。
为了准确评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法，首先，开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验，获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据；然后，建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型，通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析，验证了有限元模型和分析方法的可靠性；最后，对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下，UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明：3种战斗部侵彻爆炸联合作用下，遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30～2.60 m和1.70～5.00 m，相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81～2.17和2.46～4.17；与普通混凝土遮弹层对比，3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%～42.4%，临界贯穿和震塌厚度分别降低了7.1%～31.6%和39.7%～52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0070
摘要:
为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程，提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型，对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟，并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明，实验中硅橡胶发生了冲击分解反应，导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响，首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间，再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后，出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间，之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高，首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功，导致首次波传播至自由面时能量衰减、峰值压力降低，首次起跳速度峰值降低。
为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程，提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型，对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟，并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明，实验中硅橡胶发生了冲击分解反应，导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响，首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间，再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后，出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间，之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高，首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功，导致首次波传播至自由面时能量衰减、峰值压力降低，首次起跳速度峰值降低。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0452
摘要:
为准确预测磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸下限，在密闭压力容器内开展了磷酸铁锂电池热失控试验，结合热失控特性和气相色谱-质谱联用技术，计算了热失控产物气体组分，基于能量守恒方程和绝热火焰温度，建立磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限的预测模型，并验证了绝热火焰温度法、Le Chatelier法和Jones法的准确性，考察了电解液蒸汽对热失控产物爆炸下限的影响。结果表明，常温下Le Chatelier法计算的爆炸下限偏差最小，为1.14%，绝热火焰温度法偏差最大，为10.02%。在60%~100%荷电状态（state of charge, SOC）范围内，磷酸铁锂电池泄放气体的爆炸下限先升后降。当热失控产物考虑电解液蒸汽时，60% SOC磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限仅为3.93%，较未考虑电解液蒸汽热失控气体的爆炸下限降低了22.49%，这说明电解液蒸汽增加了磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸风险。
为准确预测磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸下限，在密闭压力容器内开展了磷酸铁锂电池热失控试验，结合热失控特性和气相色谱-质谱联用技术，计算了热失控产物气体组分，基于能量守恒方程和绝热火焰温度，建立磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限的预测模型，并验证了绝热火焰温度法、Le Chatelier法和Jones法的准确性，考察了电解液蒸汽对热失控产物爆炸下限的影响。结果表明，常温下Le Chatelier法计算的爆炸下限偏差最小，为1.14%，绝热火焰温度法偏差最大，为10.02%。在60%~100%荷电状态（state of charge, SOC）范围内，磷酸铁锂电池泄放气体的爆炸下限先升后降。当热失控产物考虑电解液蒸汽时，60% SOC磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限仅为3.93%，较未考虑电解液蒸汽热失控气体的爆炸下限降低了22.49%，这说明电解液蒸汽增加了磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸风险。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0063
摘要:
为了研究反应破片对带壳装药的冲击毁伤效应，通过弹道实验和AUTODYN有限元仿真，结合由等效破片初速和等效格尼速度表征的带壳装药各失效等级判据，获得并对比了惰性破片和反应破片冲击下带壳装药的等效破片初速、等效格尼速度、带壳装药的反应持续时间、鉴证靶破坏情况和炸药层峰值压力，分析了反应破片靶后释能特点对带壳装药失效的影响。结果表明：惰性破片可使带壳装药发生正常爆轰失效；反应破片穿靶后的动能与化学能叠加效应弱，只能使带壳装药发生爆燃失效或爆炸失效，带壳装药的等效格尼速度与格尼速度的比值为0.014~0.233，炸药层峰值压力为1.04~3.62 GPa。
为了研究反应破片对带壳装药的冲击毁伤效应，通过弹道实验和AUTODYN有限元仿真，结合由等效破片初速和等效格尼速度表征的带壳装药各失效等级判据，获得并对比了惰性破片和反应破片冲击下带壳装药的等效破片初速、等效格尼速度、带壳装药的反应持续时间、鉴证靶破坏情况和炸药层峰值压力，分析了反应破片靶后释能特点对带壳装药失效的影响。结果表明：惰性破片可使带壳装药发生正常爆轰失效；反应破片穿靶后的动能与化学能叠加效应弱，只能使带壳装药发生爆燃失效或爆炸失效，带壳装药的等效格尼速度与格尼速度的比值为0.014~0.233，炸药层峰值压力为1.04~3.62 GPa。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0199
摘要:
针对火球热辐射双脉冲极值特征问题，基于辐射流体热传导近似模型，理论推导了表征尺度效应的相似参数来界定热辐射极值特征的适用域。选取火球特征尺度和辐射自由程特征尺度差异较大的2类典型问题来验证尺度效应相似参数的有效性，并采用高精度Euler辐射流体计算程序来数值模拟火球热辐射对尺度效应相似参数的依赖性。理论和数值结果表明：尺度效应相似参数能较好描述不同条件下的火球热辐射演化规律，并可扩展到实验分析中；仅依靠爆炸高度来表征火球演化中的尺度效应存在一定局限性。
针对火球热辐射双脉冲极值特征问题，基于辐射流体热传导近似模型，理论推导了表征尺度效应的相似参数来界定热辐射极值特征的适用域。选取火球特征尺度和辐射自由程特征尺度差异较大的2类典型问题来验证尺度效应相似参数的有效性，并采用高精度Euler辐射流体计算程序来数值模拟火球热辐射对尺度效应相似参数的依赖性。理论和数值结果表明：尺度效应相似参数能较好描述不同条件下的火球热辐射演化规律，并可扩展到实验分析中；仅依靠爆炸高度来表征火球演化中的尺度效应存在一定局限性。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0208
摘要:
为解决高性能轻质防弹插板受轻武器杀伤元侵彻防护问题，对超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）层压薄板进行了侵彻实验，分析了侵彻后UHMWPE薄板的变形失效特征并对比了轻武器杀伤元的破坏形貌。利用有限元软件LS-DYNA建立了UHMWPE薄板抗轻武器杀伤元侵彻数值模型，通过靶板破坏形态、凹陷深度以及弹头变形的实验结果对数值模型的有效性进行了验证。在此基础上，通过数值模拟方法研究了UHMWPE薄板受弹体斜侵彻失效模式，揭示了3种轻武器杀伤元侵彻下入射角度对跳弹现象和UHMWPE薄板破坏形态的影响规律。结果表明：7.62 mm×25 mm的钢芯弹与7.62 mm×39 mm的普通弹（钢芯）斜侵彻UHMWPE薄板的跳弹角均位于45°~50°范围内；7.62 mm×25 mm的铅芯弹在入射角大于70°时才可完整跳出，其余均以破损弹片形式飞溅，弹体破坏会对跳弹状况产生影响；入射角较小时，斜侵彻子弹会产生面积较大且具有一定深度的弹坑，连续击发的下一枚子弹会更容易击穿弹坑薄弱处的纤维板，斜侵彻作用对薄板受二次侵彻产生不利影响；入射角较大时，子弹会较完整地发生跳弹并具有高剩余速度，会对人员产生二次杀伤。研究成果可为UHMWPE薄板用于轻量化军用防弹插板设计提供参考。
为解决高性能轻质防弹插板受轻武器杀伤元侵彻防护问题，对超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）层压薄板进行了侵彻实验，分析了侵彻后UHMWPE薄板的变形失效特征并对比了轻武器杀伤元的破坏形貌。利用有限元软件LS-DYNA建立了UHMWPE薄板抗轻武器杀伤元侵彻数值模型，通过靶板破坏形态、凹陷深度以及弹头变形的实验结果对数值模型的有效性进行了验证。在此基础上，通过数值模拟方法研究了UHMWPE薄板受弹体斜侵彻失效模式，揭示了3种轻武器杀伤元侵彻下入射角度对跳弹现象和UHMWPE薄板破坏形态的影响规律。结果表明：7.62 mm×25 mm的钢芯弹与7.62 mm×39 mm的普通弹（钢芯）斜侵彻UHMWPE薄板的跳弹角均位于45°~50°范围内；7.62 mm×25 mm的铅芯弹在入射角大于70°时才可完整跳出，其余均以破损弹片形式飞溅，弹体破坏会对跳弹状况产生影响；入射角较小时，斜侵彻子弹会产生面积较大且具有一定深度的弹坑，连续击发的下一枚子弹会更容易击穿弹坑薄弱处的纤维板，斜侵彻作用对薄板受二次侵彻产生不利影响；入射角较大时，子弹会较完整地发生跳弹并具有高剩余速度，会对人员产生二次杀伤。研究成果可为UHMWPE薄板用于轻量化军用防弹插板设计提供参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0082
摘要:
高空强爆炸所产生的X射线辐照至导弹壳体结构时产生的汽化反冲冲量（blow-off impulse，BOI）及热激波，能够引起目标的动响应破坏。现有的Whitener、BBAY和MBBAY理论模型仅能给出一维近似BOI值，无法处理复杂三维情况并给出对应的热激波峰值压力p，因此对该问题的研究非常依赖数值计算。利用X射线热激波数值计算程序TSHOCK3D对矩形铝靶板在0.1~3.0 keV范围的普朗克黑体温度和220~400 J/cm2辐射能通量下的汽化反冲冲量及峰值压力进行计算，并与理论模型作了对比分析。结果表明，TSHOCK3D程序可以可靠地给出结果，正辐照靶板中心处近似一维工况下的BOI与Whitener、BBAY和MBBAY三个理论模型下的BOI基本相符。通过单变量分析可得，靶板中BOI和峰值压力p均与入射能通量呈近似线性关系；而对于不同的黑体温度，BOI和峰值压力则在1.5~2 keV处存在极大值。
高空强爆炸所产生的X射线辐照至导弹壳体结构时产生的汽化反冲冲量（blow-off impulse，BOI）及热激波，能够引起目标的动响应破坏。现有的Whitener、BBAY和MBBAY理论模型仅能给出一维近似BOI值，无法处理复杂三维情况并给出对应的热激波峰值压力p，因此对该问题的研究非常依赖数值计算。利用X射线热激波数值计算程序TSHOCK3D对矩形铝靶板在0.1~3.0 keV范围的普朗克黑体温度和220~400 J/cm2辐射能通量下的汽化反冲冲量及峰值压力进行计算，并与理论模型作了对比分析。结果表明，TSHOCK3D程序可以可靠地给出结果，正辐照靶板中心处近似一维工况下的BOI与Whitener、BBAY和MBBAY三个理论模型下的BOI基本相符。通过单变量分析可得，靶板中BOI和峰值压力p均与入射能通量呈近似线性关系；而对于不同的黑体温度，BOI和峰值压力则在1.5~2 keV处存在极大值。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0368
摘要:
形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变，而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则，推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论，得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数（如拉亚不对称性和混合相的模量）有关，还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言，拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速，而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α = 90°)，慢波的波速最低，并随混合相无量纲模量的增大而显著减低，混合相无量纲模量由2增加至5时，波速降低幅度为36.2%，而快波的波速达到最大值c0，和混合相的模量无关；在相变椭圆的长轴处(α = 180°)，慢波的速度达到最大值，而快波的波速达到最小值c2。
形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变，而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则，推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论，得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数（如拉亚不对称性和混合相的模量）有关，还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言，拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速，而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α = 90°)，慢波的波速最低，并随混合相无量纲模量的增大而显著减低，混合相无量纲模量由2增加至5时，波速降低幅度为36.2%，而快波的波速达到最大值c0，和混合相的模量无关；在相变椭圆的长轴处(α = 180°)，慢波的速度达到最大值，而快波的波速达到最小值c2。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0007
摘要:
在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先，在微振动的情况下，分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播，得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次，分别以碳晶格和硅晶格为例，应用有限差分方法，研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程，对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异，并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响，揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后，分别以金刚石和碳化硅为例，采用分子动力学模拟方法，研究了多晶体系中的波动传播特性，讨论了不同空间位置原子的运动差异。结果表明：多晶体系中晶格结构更复杂，其中的波动传播特性与单晶体系存在差异；缺陷的存在对波动传播规律影响显著，这种影响在多晶体系中表现得更加突出。
在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先，在微振动的情况下，分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播，得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次，分别以碳晶格和硅晶格为例，应用有限差分方法，研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程，对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异，并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响，揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后，分别以金刚石和碳化硅为例，采用分子动力学模拟方法，研究了多晶体系中的波动传播特性，讨论了不同空间位置原子的运动差异。结果表明：多晶体系中晶格结构更复杂，其中的波动传播特性与单晶体系存在差异；缺陷的存在对波动传播规律影响显著，这种影响在多晶体系中表现得更加突出。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0195
摘要:
基于电磁感应的基本原理，提出了一种由电磁力驱动产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，弥补了现阶段地面冲击试验技术的缺陷。使用电磁Hopkinson杆进行了加速度冲击试验，得到了应力和加速度载荷。根据一维应力波原理，推导出细长杆中加速度与应力之间的关系式，计算结果表明试验值和理论值吻合较好，验证了试验方法的准确性。使用COMSOL有限元软件对电磁Hopkinson杆加速度冲击试验进行了数值模拟，模拟结果与试验结果一致性较好，验证了数值模型和方法的准确性。基于此有限元模型，提出了产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，并对该装置进行了不同电压和电容下的数值模拟。结果表明，提出的试验装置能够产生长脉宽高幅值的加速度过载环境，且电容电压越大则加速度幅值越大，电容值越大加速度脉宽越宽。通过调控装置中的电路参数，可产生不同幅值和脉宽的加速度载荷。
基于电磁感应的基本原理，提出了一种由电磁力驱动产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，弥补了现阶段地面冲击试验技术的缺陷。使用电磁Hopkinson杆进行了加速度冲击试验，得到了应力和加速度载荷。根据一维应力波原理，推导出细长杆中加速度与应力之间的关系式，计算结果表明试验值和理论值吻合较好，验证了试验方法的准确性。使用COMSOL有限元软件对电磁Hopkinson杆加速度冲击试验进行了数值模拟，模拟结果与试验结果一致性较好，验证了数值模型和方法的准确性。基于此有限元模型，提出了产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，并对该装置进行了不同电压和电容下的数值模拟。结果表明，提出的试验装置能够产生长脉宽高幅值的加速度过载环境，且电容电压越大则加速度幅值越大，电容值越大加速度脉宽越宽。通过调控装置中的电路参数，可产生不同幅值和脉宽的加速度载荷。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0455
摘要:
为了研制超大型真空爆炸焊接容器，探索覆土真空爆炸容器内的冲击载荷及结构动态响应，设计了一座可以满足实验需要的0.55 m3小型真空爆炸容器，在其内部开展了一系列真空爆炸实验；应用AUTODYN有限元应用程序，对真空爆炸实验进行了数值模拟分析，深入探索了冲击波在容器内部的传播规律、冲击载荷分布状态、结构动态响应以及覆土厚度对平板结构消振作用的影响等问题。实验和数值模拟结果表明：爆炸容器内冲击载荷时程曲线的第2次脉冲峰值明显高于第1次脉冲峰值，且冲击波的叠加和反射总是发生在封盖内壁；随着容器内部真空度的不断下降，冲击载荷的峰值也被明显削弱；容器封盖的动态响应分为阶跃上升、脉冲随动、惯性滞后和静压稳定4个发展阶段；随着真空度的下降以及覆土厚度的增加，爆炸容器的动态响应逐渐被削弱。降低容器内部环境压力和增加覆土厚度均可削减爆炸容器的受迫振动，可为超大型真空爆炸容器的结构设计提供参考。
为了研制超大型真空爆炸焊接容器，探索覆土真空爆炸容器内的冲击载荷及结构动态响应，设计了一座可以满足实验需要的0.55 m3小型真空爆炸容器，在其内部开展了一系列真空爆炸实验；应用AUTODYN有限元应用程序，对真空爆炸实验进行了数值模拟分析，深入探索了冲击波在容器内部的传播规律、冲击载荷分布状态、结构动态响应以及覆土厚度对平板结构消振作用的影响等问题。实验和数值模拟结果表明：爆炸容器内冲击载荷时程曲线的第2次脉冲峰值明显高于第1次脉冲峰值，且冲击波的叠加和反射总是发生在封盖内壁；随着容器内部真空度的不断下降，冲击载荷的峰值也被明显削弱；容器封盖的动态响应分为阶跃上升、脉冲随动、惯性滞后和静压稳定4个发展阶段；随着真空度的下降以及覆土厚度的增加，爆炸容器的动态响应逐渐被削弱。降低容器内部环境压力和增加覆土厚度均可削减爆炸容器的受迫振动，可为超大型真空爆炸容器的结构设计提供参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0433
摘要:
针对充填体试样SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验测试中存在的透射波测量的难点问题，采用岩石长杆代替钢杆作为入射杆和透射杆的方法改进摆锤冲击加载SHPB试验系统，探讨了SHPB试验中黏弹性波的传播及波阻抗匹配问题；基于应力波在岩石杆件系统中的传播规律研究，定义了应力波在入射杆和透射杆上传播的黏性衰减系数、试样-岩杆界面的透反射衰减系数；基于Kelvin-Voigt模型，利用一维波动分析程序，得到了岩石杆件-充填体的波阻抗匹配系数与透反射衰减系数的关系；依据现场充填体特性、波阻抗匹配系数和透反射衰减系数，选取了四种岩石长杆改进摆锤冲击加载SHPB试验装置；利用一维波动分析程序，计算了岩杆的黏性系数、充填体和岩杆界面的应力和应变，分析了透射波的波形特征和信噪比，发现四种岩石与充填体波阻抗的匹配程度从好到差依次为绿砂岩、花岗岩、大理岩、玄武岩；建立了以绿砂岩为入射杆和透射杆的摆锤冲击加载SHPB试验系统，开展了充填体的动态冲击试验，验证了试样中的应力平衡。
针对充填体试样SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验测试中存在的透射波测量的难点问题，采用岩石长杆代替钢杆作为入射杆和透射杆的方法改进摆锤冲击加载SHPB试验系统，探讨了SHPB试验中黏弹性波的传播及波阻抗匹配问题；基于应力波在岩石杆件系统中的传播规律研究，定义了应力波在入射杆和透射杆上传播的黏性衰减系数、试样-岩杆界面的透反射衰减系数；基于Kelvin-Voigt模型，利用一维波动分析程序，得到了岩石杆件-充填体的波阻抗匹配系数与透反射衰减系数的关系；依据现场充填体特性、波阻抗匹配系数和透反射衰减系数，选取了四种岩石长杆改进摆锤冲击加载SHPB试验装置；利用一维波动分析程序，计算了岩杆的黏性系数、充填体和岩杆界面的应力和应变，分析了透射波的波形特征和信噪比，发现四种岩石与充填体波阻抗的匹配程度从好到差依次为绿砂岩、花岗岩、大理岩、玄武岩；建立了以绿砂岩为入射杆和透射杆的摆锤冲击加载SHPB试验系统，开展了充填体的动态冲击试验，验证了试样中的应力平衡。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0077
摘要:
为研究燃气爆炸作用下配筋砌体墙的抗爆能力及聚脲对墙体的加固性能，采用LS-DYNA软件，对无配筋砌体墙、配筋砌体墙、聚脲加固无筋砌体墙、聚脲加固配筋砌体墙的抗燃气爆炸性能进行数值模拟，得到了不同墙体在峰值为5、10、20、30 kPa的燃气爆炸荷载作用下的动态响应，并对灰缝竖向配筋增强效果和聚脲加固效果进行了对比分析。结果表明：（1）无筋墙体抗燃气爆炸能力较弱，一般在20 kPa荷载作用下发生不可修复破坏，在30 kPa荷载作用下发生倒塌破坏；（2）在砌体墙灰缝中，竖向配置钢筋和在墙体表面喷涂聚脲均可增强砌体墙的抗爆能力。在20 kPa荷载作用下，各加固墙体跨中峰值位移均较无筋墙体的减小，破坏均较轻，均可修复，其中双面喷涂聚脲加固无筋墙体的抗爆效果最好，其在30 kPa荷载作用下也未发生倒塌破坏，配筋加强和背爆面喷涂聚脲加固的次之；（3）三组聚脲加固配筋墙体均可承受30 kPa燃气爆炸荷载的作用，迎爆面喷涂加固的墙体中间发生开裂，有碎块飞溅，跨中峰值位移最大，背爆面以及双面喷涂加固的墙体两端出现局部破坏，两者墙体基本完整，且双面喷涂的墙体跨中峰值位移最小，说明在灰缝竖向配筋的基础上再双面喷涂聚脲，抗爆加固效果最优，还可以承受更大的燃气爆炸荷载。
为研究燃气爆炸作用下配筋砌体墙的抗爆能力及聚脲对墙体的加固性能，采用LS-DYNA软件，对无配筋砌体墙、配筋砌体墙、聚脲加固无筋砌体墙、聚脲加固配筋砌体墙的抗燃气爆炸性能进行数值模拟，得到了不同墙体在峰值为5、10、20、30 kPa的燃气爆炸荷载作用下的动态响应，并对灰缝竖向配筋增强效果和聚脲加固效果进行了对比分析。结果表明：（1）无筋墙体抗燃气爆炸能力较弱，一般在20 kPa荷载作用下发生不可修复破坏，在30 kPa荷载作用下发生倒塌破坏；（2）在砌体墙灰缝中，竖向配置钢筋和在墙体表面喷涂聚脲均可增强砌体墙的抗爆能力。在20 kPa荷载作用下，各加固墙体跨中峰值位移均较无筋墙体的减小，破坏均较轻，均可修复，其中双面喷涂聚脲加固无筋墙体的抗爆效果最好，其在30 kPa荷载作用下也未发生倒塌破坏，配筋加强和背爆面喷涂聚脲加固的次之；（3）三组聚脲加固配筋墙体均可承受30 kPa燃气爆炸荷载的作用，迎爆面喷涂加固的墙体中间发生开裂，有碎块飞溅，跨中峰值位移最大，背爆面以及双面喷涂加固的墙体两端出现局部破坏，两者墙体基本完整，且双面喷涂的墙体跨中峰值位移最小，说明在灰缝竖向配筋的基础上再双面喷涂聚脲，抗爆加固效果最优，还可以承受更大的燃气爆炸荷载。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0036
摘要:
为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响，开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验，利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维数的影响，分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明：饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少，高岭石占比显著提高；随着初始损伤的增大，花岗岩的动态峰值应力逐渐减小，而破碎程度和块度分形维数逐渐增大，且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响；随着初始损伤的增加，断口出现更多的微裂纹和碎屑，断口图像的分形维数也逐渐增加；放大倍数在400~3200范围内时，断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加，超过3200后，分形维数减小。
为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响，开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验，利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维数的影响，分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明：饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少，高岭石占比显著提高；随着初始损伤的增大，花岗岩的动态峰值应力逐渐减小，而破碎程度和块度分形维数逐渐增大，且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响；随着初始损伤的增加，断口出现更多的微裂纹和碎屑，断口图像的分形维数也逐渐增加；放大倍数在400~3200范围内时，断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加，超过3200后，分形维数减小。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0472
摘要:
首先，用二级轻气炮发射Q235钢质弹丸，对连续纤维增强高孔隙复合材料开展弹道侵彻实验，计算了弹道极限，归纳和分析了其损伤的形态和模式，并将这种复合材料的侵彻防护性能与其他材料进行了比较；然后，对弹道侵彻连续纤维增强高孔隙复合材料进行了数值模拟，比较了剩余速度、损伤的形态和范围，模拟结果与实验结果吻合较好；进而通过观察有限元模拟的弹孔形态、应力分布和损伤分布等方式，对侵彻过程的损伤机理进行了分析。研究结果可为复合材料在防热、冲击防护与承受外载荷等多功能一体化的应用提供参考依据。
首先，用二级轻气炮发射Q235钢质弹丸，对连续纤维增强高孔隙复合材料开展弹道侵彻实验，计算了弹道极限，归纳和分析了其损伤的形态和模式，并将这种复合材料的侵彻防护性能与其他材料进行了比较；然后，对弹道侵彻连续纤维增强高孔隙复合材料进行了数值模拟，比较了剩余速度、损伤的形态和范围，模拟结果与实验结果吻合较好；进而通过观察有限元模拟的弹孔形态、应力分布和损伤分布等方式，对侵彻过程的损伤机理进行了分析。研究结果可为复合材料在防热、冲击防护与承受外载荷等多功能一体化的应用提供参考依据。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0045
摘要:
为了研究均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合响应过程和多胞子弹对夹芯梁的加载效果，对该冲击过程开展了理论分析、数值模拟和试验研究：通过将泡沫夹芯梁等效为单梁以简化分析，基于多胞子弹的冲击波模型和泡沫夹芯梁的等效单梁响应模型，构建了多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合分析模型，给出了冲击过程中各响应阶段的控制方程，并结合龙格-库塔方法对方程进行了数值求解；基于三维Voronoi技术，开展了均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的细观有限元模拟；在多胞子弹的冲击测试平台上进行了试验研究，结合高速摄影技术获取了多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度响应。结果表明：耦合分析模型可以准确地预测多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度历程曲线以及多胞子弹产生的冲击压强；在初始动量相同但密度分布或初速度不同的多胞子弹冲击下，同一构型的泡沫夹芯梁展现出不同的力学响应，这说明多胞子弹的加载不能简单地等效为脉冲加载，多胞子弹与夹芯梁之间的耦合效应不可忽略；相较于均匀多胞子弹，梯度多胞子弹的冲击压力波形更加尖锐，在其衰减过程中展现出更强的非线性特征。
为了研究均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合响应过程和多胞子弹对夹芯梁的加载效果，对该冲击过程开展了理论分析、数值模拟和试验研究：通过将泡沫夹芯梁等效为单梁以简化分析，基于多胞子弹的冲击波模型和泡沫夹芯梁的等效单梁响应模型，构建了多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合分析模型，给出了冲击过程中各响应阶段的控制方程，并结合龙格-库塔方法对方程进行了数值求解；基于三维Voronoi技术，开展了均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的细观有限元模拟；在多胞子弹的冲击测试平台上进行了试验研究，结合高速摄影技术获取了多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度响应。结果表明：耦合分析模型可以准确地预测多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度历程曲线以及多胞子弹产生的冲击压强；在初始动量相同但密度分布或初速度不同的多胞子弹冲击下，同一构型的泡沫夹芯梁展现出不同的力学响应，这说明多胞子弹的加载不能简单地等效为脉冲加载，多胞子弹与夹芯梁之间的耦合效应不可忽略；相较于均匀多胞子弹，梯度多胞子弹的冲击压力波形更加尖锐，在其衰减过程中展现出更强的非线性特征。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0404
摘要:
为研究气相爆轰合成碳-铁纳米材料的爆炸过程，采用氢氧爆炸试验与数值模拟相结合的方式研究了不同氢氧摩尔比（2∶1、3∶1和4∶1）对爆轰参数（爆速、爆温、爆压）峰值时程曲线与碳-铁纳米材料形貌的影响。研究表明：爆轰管内氢氧爆炸包括爆轰波的传播与燃烧波的衰减两个过程，且氢氧摩尔比对爆速、爆温、爆压的峰值时程曲线影响十分显著。随着氢氧摩尔比的提高，爆轰波的爆速、爆温、爆压及其衰减速率均呈减小趋势。氢氧摩尔比通过影响爆轰波的传播与衰减而作用于碳-铁纳米材料形貌的生长。零氧平衡时，样品为碳包铁纳米颗粒，随着氢氧摩尔比的提高，样品中碳纳米管的数量逐渐增多。调整氢氧摩尔比可实现对爆轰波传播与衰减过程的控制，达到气相爆轰控制性制备特定形貌的碳-铁纳米材料目的。
为研究气相爆轰合成碳-铁纳米材料的爆炸过程，采用氢氧爆炸试验与数值模拟相结合的方式研究了不同氢氧摩尔比（2∶1、3∶1和4∶1）对爆轰参数（爆速、爆温、爆压）峰值时程曲线与碳-铁纳米材料形貌的影响。研究表明：爆轰管内氢氧爆炸包括爆轰波的传播与燃烧波的衰减两个过程，且氢氧摩尔比对爆速、爆温、爆压的峰值时程曲线影响十分显著。随着氢氧摩尔比的提高，爆轰波的爆速、爆温、爆压及其衰减速率均呈减小趋势。氢氧摩尔比通过影响爆轰波的传播与衰减而作用于碳-铁纳米材料形貌的生长。零氧平衡时，样品为碳包铁纳米颗粒，随着氢氧摩尔比的提高，样品中碳纳米管的数量逐渐增多。调整氢氧摩尔比可实现对爆轰波传播与衰减过程的控制，达到气相爆轰控制性制备特定形貌的碳-铁纳米材料目的。
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doi: 10.11883/bzycj-2-23-0466
摘要:
珊瑚混凝土是一种拉压强度严重不对称的材料，研究其动态拉伸力学性能对岛礁防护工程具有重要意义。为了探究碳纤维（carbon fiber, CF）和不锈钢纤维（stainless steel fiber, SSF）增强珊瑚砂水泥砂浆在冲击荷载作用下的动态拉伸力学性能，采用ø100 mm的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置进行动态劈裂试验，对比分析不同纤维掺量的珊瑚砂水泥砂浆在不同应变率下的动态抗拉强度和能量耗散规律，并结合扫描电镜测试揭示混杂纤维的作用机理。结果表明：复掺CF与SSF的珊瑚砂水泥砂浆试样的静、动态抗拉强度都有明显的提高，最大动态抗拉强度增长率为66.03%。在相同应变率下，试样的动态抗拉强度与纤维掺量呈正相关，其破碎程度与纤维掺量呈负相关，纤维的桥接作用对试样裂缝开展具有良好的抑制效果。在同一纤维掺量下，动态增长因子随应变率的升高明显增大，动态增长因子最大值为2.44，表现出明显的拉伸应变率效应。珊瑚砂水泥砂浆试样的破碎程度及耗散能量均与应变率呈正相关，且纤维掺量越高，试样破坏时需要耗散的能量越多。
珊瑚混凝土是一种拉压强度严重不对称的材料，研究其动态拉伸力学性能对岛礁防护工程具有重要意义。为了探究碳纤维（carbon fiber, CF）和不锈钢纤维（stainless steel fiber, SSF）增强珊瑚砂水泥砂浆在冲击荷载作用下的动态拉伸力学性能，采用ø100 mm的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置进行动态劈裂试验，对比分析不同纤维掺量的珊瑚砂水泥砂浆在不同应变率下的动态抗拉强度和能量耗散规律，并结合扫描电镜测试揭示混杂纤维的作用机理。结果表明：复掺CF与SSF的珊瑚砂水泥砂浆试样的静、动态抗拉强度都有明显的提高，最大动态抗拉强度增长率为66.03%。在相同应变率下，试样的动态抗拉强度与纤维掺量呈正相关，其破碎程度与纤维掺量呈负相关，纤维的桥接作用对试样裂缝开展具有良好的抑制效果。在同一纤维掺量下，动态增长因子随应变率的升高明显增大，动态增长因子最大值为2.44，表现出明显的拉伸应变率效应。珊瑚砂水泥砂浆试样的破碎程度及耗散能量均与应变率呈正相关，且纤维掺量越高，试样破坏时需要耗散的能量越多。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0459
摘要:
针对以中粗砂为分配层的传统成层式结构难以可靠控制作用于主体结构上荷载的缺陷，以及以泡沫混凝土为夹层的组合式防护结构抗爆机制不明等问题，开展了组合式防护结构预制孔装药爆炸试验，测得了特定位置处的爆炸波时程曲线和结构损伤破坏情况。然后基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的光滑粒子伽辽金（SPG）算法，开展了爆炸波在组合式防护结构中传播衰减规律和损伤破坏的数值模拟研究。试验和数值模拟结果表明：组合式防护结构的抗爆机制在于遮弹层和泡沫混凝土层之间的强波阻抗失配关系，通过“调控”爆炸能量的分配，使得爆炸能量大部分耗散在遮弹层中，大幅减少经泡沫混凝土层到达主体结构上的荷载和能量。研究结果可为抗新型钻地弹的防护设计提供重要参考。
针对以中粗砂为分配层的传统成层式结构难以可靠控制作用于主体结构上荷载的缺陷，以及以泡沫混凝土为夹层的组合式防护结构抗爆机制不明等问题，开展了组合式防护结构预制孔装药爆炸试验，测得了特定位置处的爆炸波时程曲线和结构损伤破坏情况。然后基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的光滑粒子伽辽金（SPG）算法，开展了爆炸波在组合式防护结构中传播衰减规律和损伤破坏的数值模拟研究。试验和数值模拟结果表明：组合式防护结构的抗爆机制在于遮弹层和泡沫混凝土层之间的强波阻抗失配关系，通过“调控”爆炸能量的分配，使得爆炸能量大部分耗散在遮弹层中，大幅减少经泡沫混凝土层到达主体结构上的荷载和能量。研究结果可为抗新型钻地弹的防护设计提供重要参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2024-0041
摘要:
为研究椭圆截面战斗部在不同起爆方式下破片速度的分布特性，建立了5种具有不同短长轴比的椭圆截面战斗部数值模拟模型。开展了端面中心单点、短(长)轴中点双点、短长轴中点4点以及端面面起爆5种起爆方式数值模拟研究，分析了不同起爆方式下椭圆截面战斗部破片的速度分布及能量输出特性。研究结果表明：在径向方向，战斗部在不同起爆方式下破片最大径向速度变化规律基本一致，均呈现由长轴至短轴方向对数增长，且随着短长轴比的增大，短长轴方向破片速度差值逐渐减小。然而，不同起爆方式下椭圆截面战斗部最大速度截面上破片速度平均值存在明显差异，具体表现为端面起爆时的破片径向平均速度最高，单点起爆最低，且随着起爆点数量的增加，最大速度截面上的破片的整体平均速度逐渐增大。在轴向方向，受端面稀疏波的影响，不同方位角最大破片速度均出现在靠近非起爆端1/4处，且起爆点在短轴轴线上相较于在长轴轴线上会提高靠近起爆端长轴方向的破片速度，但短轴方向沿轴向的破片速度分布无明显差异。此外，不同起爆方式对椭圆截面装药爆炸能量输出特性无明显影响，其中27%的装药能量转化为壳体动能，有50%的能量被壳体断裂变形以及空气冲击波消耗。
为研究椭圆截面战斗部在不同起爆方式下破片速度的分布特性，建立了5种具有不同短长轴比的椭圆截面战斗部数值模拟模型。开展了端面中心单点、短(长)轴中点双点、短长轴中点4点以及端面面起爆5种起爆方式数值模拟研究，分析了不同起爆方式下椭圆截面战斗部破片的速度分布及能量输出特性。研究结果表明：在径向方向，战斗部在不同起爆方式下破片最大径向速度变化规律基本一致，均呈现由长轴至短轴方向对数增长，且随着短长轴比的增大，短长轴方向破片速度差值逐渐减小。然而，不同起爆方式下椭圆截面战斗部最大速度截面上破片速度平均值存在明显差异，具体表现为端面起爆时的破片径向平均速度最高，单点起爆最低，且随着起爆点数量的增加，最大速度截面上的破片的整体平均速度逐渐增大。在轴向方向，受端面稀疏波的影响，不同方位角最大破片速度均出现在靠近非起爆端1/4处，且起爆点在短轴轴线上相较于在长轴轴线上会提高靠近起爆端长轴方向的破片速度，但短轴方向沿轴向的破片速度分布无明显差异。此外，不同起爆方式对椭圆截面装药爆炸能量输出特性无明显影响，其中27%的装药能量转化为壳体动能，有50%的能量被壳体断裂变形以及空气冲击波消耗。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0465
摘要:
为了探究典型金属粉末对燃料空气炸药（fuel air explosive，FAE）冲击波效应和热毁伤性能的影响，采用20 L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温方法，深入研究了不同金属粉种类和含量下环氧丙烷(epoxypropane，PO)的燃爆特性、火焰结构及温度分布特征。实验结果表明：纯环氧丙烷的最佳质量浓度为780 g/m3，最大爆燃超压∆pmax = 0.799 MPa，最大压力上升速率(dp/dt)max = 52.438 MPa/s。添加Al粉、Ti粉和Mg粉的环氧丙烷最大燃爆超压、最大压力上升速率和最大火焰平均温度均随着金属粉末质量比（I）的增加而增大，而最大压力上升时间的变化趋势则与之相反；最大燃爆超压和最大火焰平均温度的变化规律一致，从大到小依次为：Al/PO、Mg/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的∆pmax值相较于纯环氧丙烷分别增加了12.00%、8.41%和11.54%；此外，最大压力上升速率和燃烧速率的变化规律一致，从大到小依次为：Mg/PO、Al/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的(dp/dt)max值相较于纯环氧丙烷分别增加了41.91%、39.60%和45.29%。研究结果表明，不同高能金属粉末在改善环氧丙烷燃爆性能方面各有优势，在FAE的配方设计时，应根据毁伤性能指标合理选择金属粉末作为含能添加剂。
为了探究典型金属粉末对燃料空气炸药（fuel air explosive，FAE）冲击波效应和热毁伤性能的影响，采用20 L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温方法，深入研究了不同金属粉种类和含量下环氧丙烷(epoxypropane，PO)的燃爆特性、火焰结构及温度分布特征。实验结果表明：纯环氧丙烷的最佳质量浓度为780 g/m3，最大爆燃超压∆pmax = 0.799 MPa，最大压力上升速率(dp/dt)max = 52.438 MPa/s。添加Al粉、Ti粉和Mg粉的环氧丙烷最大燃爆超压、最大压力上升速率和最大火焰平均温度均随着金属粉末质量比（I）的增加而增大，而最大压力上升时间的变化趋势则与之相反；最大燃爆超压和最大火焰平均温度的变化规律一致，从大到小依次为：Al/PO、Mg/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的∆pmax值相较于纯环氧丙烷分别增加了12.00%、8.41%和11.54%；此外，最大压力上升速率和燃烧速率的变化规律一致，从大到小依次为：Mg/PO、Al/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的(dp/dt)max值相较于纯环氧丙烷分别增加了41.91%、39.60%和45.29%。研究结果表明，不同高能金属粉末在改善环氧丙烷燃爆性能方面各有优势，在FAE的配方设计时，应根据毁伤性能指标合理选择金属粉末作为含能添加剂。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0438
摘要:
非均匀介质在自然界中十分常见，针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系，提出了描述材料非均匀性的耦合系数，并建立了广义波动方程。广义波动方程数值分析表明，耦合系数的正负、取值和组合与应力/应变张量共同影响耦合波动传播过程。作为算例，给出了一阶近似的压剪耦合参数确定的本构关系以及3个压剪耦合特征波速的表达式，并利用有限差分法得到了耦合压缩波和剪切波的传播过程。研究了4个非均匀性耦合系数对应力状态、耦合波速和波传播过程的影响。耦合压缩波速反映了剪切对压缩的耦合效应和体积压实效应2种机制的竞争，耦合剪切波速反映了压缩对剪切的耦合效应和介质持续畸变带来的剪切弱化效应2种机制的竞争。这些机制可通过压剪耦合参数的不同组合来实现。应用真三轴实验系统测量了花岗岩、由砂浆制成的模型材料、具有粗骨料的水泥砂浆制成的材料3种非均匀介质在不同压剪应力下的纵波波速。结果表明，体积压实效应普遍存在，而非均匀程度越高，材料伸缩的同时完成切向的畸变导致压缩波的速度显著降低，剪切对纵波波速的影响越占据主导。理论计算结果与实验结果整体趋势基本一致。本研究可为非均匀材料的波速和动态力学性能研究提供物理机制方面的解释。
非均匀介质在自然界中十分常见，针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系，提出了描述材料非均匀性的耦合系数，并建立了广义波动方程。广义波动方程数值分析表明，耦合系数的正负、取值和组合与应力/应变张量共同影响耦合波动传播过程。作为算例，给出了一阶近似的压剪耦合参数确定的本构关系以及3个压剪耦合特征波速的表达式，并利用有限差分法得到了耦合压缩波和剪切波的传播过程。研究了4个非均匀性耦合系数对应力状态、耦合波速和波传播过程的影响。耦合压缩波速反映了剪切对压缩的耦合效应和体积压实效应2种机制的竞争，耦合剪切波速反映了压缩对剪切的耦合效应和介质持续畸变带来的剪切弱化效应2种机制的竞争。这些机制可通过压剪耦合参数的不同组合来实现。应用真三轴实验系统测量了花岗岩、由砂浆制成的模型材料、具有粗骨料的水泥砂浆制成的材料3种非均匀介质在不同压剪应力下的纵波波速。结果表明，体积压实效应普遍存在，而非均匀程度越高，材料伸缩的同时完成切向的畸变导致压缩波的速度显著降低，剪切对纵波波速的影响越占据主导。理论计算结果与实验结果整体趋势基本一致。本研究可为非均匀材料的波速和动态力学性能研究提供物理机制方面的解释。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0252
摘要:
针对飞机典型部位在遭到高速破片攻击后结构整体的战伤状态及破片的剩余行为开展数值模拟。应用LS-DYNA软件，结合有限单元方法（finite element method, FEM）和光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）两者的优势，建立自适应的FEM-SPH耦合模拟方法，并构建两种飞机典型部位的计算模型，采用六面体网格局部细化方法实现了核心位置的精确模拟，并进行试验来验证数值模型；开展了一系列高速冲击战伤模拟，对比了不同工况下破片高速冲击结构后形成的碎片云和破口形貌，并对破片的剩余速度和质量进行分析，确定了破片在结构蒙皮上的临界跳飞角。结果表明：自适应FEM-SPH耦合算法的计算结果与试验结果吻合良好，能够对破片高速冲击战伤进行有效准确模拟；碎片云分布形状随破片速度增加变得狭长，冲击角度会改变碎片云和结构破口形状朝向；碎片云高度和扩散速度随破片速度或角度的变化趋势基本一致并都呈线性关系；破片的速度减少量不随初始速度变化，质量减少量则与冲击速度成正相关，两者与冲击角度都成负相关；破片临界跳飞角与冲击速度大小基本呈线性关系。研究成果可为飞机战伤后破口预测和快速维修提供一定参考。
针对飞机典型部位在遭到高速破片攻击后结构整体的战伤状态及破片的剩余行为开展数值模拟。应用LS-DYNA软件，结合有限单元方法（finite element method, FEM）和光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）两者的优势，建立自适应的FEM-SPH耦合模拟方法，并构建两种飞机典型部位的计算模型，采用六面体网格局部细化方法实现了核心位置的精确模拟，并进行试验来验证数值模型；开展了一系列高速冲击战伤模拟，对比了不同工况下破片高速冲击结构后形成的碎片云和破口形貌，并对破片的剩余速度和质量进行分析，确定了破片在结构蒙皮上的临界跳飞角。结果表明：自适应FEM-SPH耦合算法的计算结果与试验结果吻合良好，能够对破片高速冲击战伤进行有效准确模拟；碎片云分布形状随破片速度增加变得狭长，冲击角度会改变碎片云和结构破口形状朝向；碎片云高度和扩散速度随破片速度或角度的变化趋势基本一致并都呈线性关系；破片的速度减少量不随初始速度变化，质量减少量则与冲击速度成正相关，两者与冲击角度都成负相关；破片临界跳飞角与冲击速度大小基本呈线性关系。研究成果可为飞机战伤后破口预测和快速维修提供一定参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0440
摘要:
冲击波在水土交界面的透射、反射压力计算尚缺乏可靠的计算理论，利用质量守恒方程、动量守恒方程以及水、土的状态方程，分别推导得到冲击波在水、土介质中传播的Hugoniot关系以及p-u曲线，进而从理论上解析得到冲击波在水土交界面处的透射和反射压力。分别建立了水中自由场、水-土分层介质场的二维数值计算模型，其中水、土参数与理论推导时采用的三相介质饱和土计算模型中的参数保持一致。计算结果表明，水土交界面透射、反射压力的理论解与数值解具有高度一致性。采用80 g TNT炸药，距离水土交界面0.1～0.9 m（比例爆距为0.232～2.089 m/kg1/3）爆炸时，得到的透射、反射压力的理论解与数值解误差均小于7%，根据解析解得出反射压力与水中入射压力之比，反射压力系数在1.6～1.8范围内；距离水土交界面0.5 m时，饱和土的含气量在0～10%范围内变化，得到的透射、反射压力的范围为63.8～70.0 MPa，此时其反射压力系数在1.55～1.70范围内。推导得出的冲击波在水土交界面透射、反射压力的计算方法，物理意义明确、计算精度高，可为开展水下爆炸对水底土中工程结构的毁伤评估提供理论基础。
冲击波在水土交界面的透射、反射压力计算尚缺乏可靠的计算理论，利用质量守恒方程、动量守恒方程以及水、土的状态方程，分别推导得到冲击波在水、土介质中传播的Hugoniot关系以及p-u曲线，进而从理论上解析得到冲击波在水土交界面处的透射和反射压力。分别建立了水中自由场、水-土分层介质场的二维数值计算模型，其中水、土参数与理论推导时采用的三相介质饱和土计算模型中的参数保持一致。计算结果表明，水土交界面透射、反射压力的理论解与数值解具有高度一致性。采用80 g TNT炸药，距离水土交界面0.1～0.9 m（比例爆距为0.232～2.089 m/kg1/3）爆炸时，得到的透射、反射压力的理论解与数值解误差均小于7%，根据解析解得出反射压力与水中入射压力之比，反射压力系数在1.6～1.8范围内；距离水土交界面0.5 m时，饱和土的含气量在0～10%范围内变化，得到的透射、反射压力的范围为63.8～70.0 MPa，此时其反射压力系数在1.55～1.70范围内。推导得出的冲击波在水土交界面透射、反射压力的计算方法，物理意义明确、计算精度高，可为开展水下爆炸对水底土中工程结构的毁伤评估提供理论基础。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0424
摘要:
为探究碳纳米管增强混凝土在冲击荷载作用下的动态压缩行为，采用\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
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为探究碳纳米管增强混凝土在冲击荷载作用下的动态压缩行为，采用
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0380
摘要:
霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式，研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响；进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法，分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的影响。结果表明：试件弹性阶段曲线及杨氏模量的准确性与试件两端应力差的变化趋势有关，但并不完全依赖试件两端应力差，与入射波斜率、形状特征以及试件屈服强度等因素耦合相关；线性加载波斜率增大，切线模量和割线模量与实际值的差异均增大，在斜率较大时，割线模量的准确性要高于切线模量；入射波形状以正弦波为参考，曲线的初始斜率低时，切线模量的准确性高于割线模量，曲线的初始斜率高时则相反。
霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式，研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响；进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法，分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的影响。结果表明：试件弹性阶段曲线及杨氏模量的准确性与试件两端应力差的变化趋势有关，但并不完全依赖试件两端应力差，与入射波斜率、形状特征以及试件屈服强度等因素耦合相关；线性加载波斜率增大，切线模量和割线模量与实际值的差异均增大，在斜率较大时，割线模量的准确性要高于切线模量；入射波形状以正弦波为参考，曲线的初始斜率低时，切线模量的准确性高于割线模量，曲线的初始斜率高时则相反。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0365
摘要:
固体介质，如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性，揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律，对于材料设计、安全防护等具有重要意义。本文从广义Taylor公式出发，推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程，引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解，结果表明：当控制方程中的等效分数阶阶数越小，计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性，并进一步研究非连续介质的波传播规律，在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上，基于Abaqus软件建立了随机多孔介质模型。分析发现：多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响，但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关，因此其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据。等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小，孔洞相对数量分布大致相同的情况下，其统计关系近似呈线性关系。研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路。
固体介质，如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性，揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律，对于材料设计、安全防护等具有重要意义。本文从广义Taylor公式出发，推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程，引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解，结果表明：当控制方程中的等效分数阶阶数越小，计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性，并进一步研究非连续介质的波传播规律，在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上，基于Abaqus软件建立了随机多孔介质模型。分析发现：多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响，但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关，因此其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据。等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小，孔洞相对数量分布大致相同的情况下，其统计关系近似呈线性关系。研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路。
2024, 44(8).
PDF (13)
摘要:
2024, 44(8): 1-2.
摘要:
2024, 44(8): 081401.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0233
摘要:
2024, 44(8): 081402.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0000
摘要:
2024, 44(8): 081411.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0086
摘要:
多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构，具有轻质、高比吸能等特性，广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控，满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述，着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先，介绍了梯度多胞材料的分类，较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究，阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯性效应存在的竞争机制。其次，以冲击波模型为力学原理指导梯度多胞材料/结构设计，介绍了梯度多胞材料耐撞性反向设计、多种抗爆炸夹芯结构设计、计及弹靶耦合效应的爆炸载荷模拟器设计等策略，实现了最佳防护效果或载荷精准控制，为抗冲击/抗爆炸防护设计和快速评估提供理论基础和技术支撑。最后，展望了梯度多胞材料在极端环境加载、大能量冲击和强非线性载荷调控等需求下冲击防护领域的应用前景。
多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构，具有轻质、高比吸能等特性，广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控，满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述，着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先，介绍了梯度多胞材料的分类，较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究，阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯性效应存在的竞争机制。其次，以冲击波模型为力学原理指导梯度多胞材料/结构设计，介绍了梯度多胞材料耐撞性反向设计、多种抗爆炸夹芯结构设计、计及弹靶耦合效应的爆炸载荷模拟器设计等策略，实现了最佳防护效果或载荷精准控制，为抗冲击/抗爆炸防护设计和快速评估提供理论基础和技术支撑。最后，展望了梯度多胞材料在极端环境加载、大能量冲击和强非线性载荷调控等需求下冲击防护领域的应用前景。
2024, 44(8): 081421.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0437
摘要:
梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程，推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法，解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解，随后利用极点留数法，得到时间域内温度场的第一类解析解。在第一类解析解的基础上，由简化欧拉方程解得第二类解析解。结合拉普拉斯数值逆变换方法，验证了解析解的准确性。以高温阻热梯度材料Mo-ZrC的应用为例，讨论了一般温度边界条件以及温度脉冲载荷作用下幂律梯度材料的热弛豫响应行为。分析发现，在所研究范围内温度场具备波动和传导衰减的双重特性。响应时间和温度幅值随着热弛豫时间系数的增大而增大，温度场分布和单元波形与梯度结构相关。
梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程，推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法，解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解，随后利用极点留数法，得到时间域内温度场的第一类解析解。在第一类解析解的基础上，由简化欧拉方程解得第二类解析解。结合拉普拉斯数值逆变换方法，验证了解析解的准确性。以高温阻热梯度材料Mo-ZrC的应用为例，讨论了一般温度边界条件以及温度脉冲载荷作用下幂律梯度材料的热弛豫响应行为。分析发现，在所研究范围内温度场具备波动和传导衰减的双重特性。响应时间和温度幅值随着热弛豫时间系数的增大而增大，温度场分布和单元波形与梯度结构相关。
2024, 44(8): 081422.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0469
摘要:
动载荷下剪切失稳控制的扩散行为是岩石局部大变形发展和宏观力学性能劣化的诱因。基于广义变分原理建立剪切载荷作用下界面动态失稳的力学模型，得到了关于界面失稳的判别式和扩散方程。基于判别方程得到了剪切力和动力效应对失稳界面角度的影响，结果表明：随着外部剪切作用力的增大，剪切变形带角度有一定程度的增大；随着局部动力系数的增大，即局部惯性作用力的增大，剪切带角度明显减小。结合本征位移求解扩散方程，初步得到其位移解析表达式，位移随加载时间的增加逐渐增大。为了验证理论模型的可靠性，并进一步研究界面失稳的变形行为和对波传播的影响，建立了数值分析模型。分析结果表明：界面失稳为局部剪切破坏滑移的先导条件；界面厚度和剪切力越大，局部位移越大；界面剪切扩散行为极大降低了透射波的幅值，同时也改变了透射波的频率。研究结果可为岩石局部化变形、岩石动态强度等研究提供理论参考。
动载荷下剪切失稳控制的扩散行为是岩石局部大变形发展和宏观力学性能劣化的诱因。基于广义变分原理建立剪切载荷作用下界面动态失稳的力学模型，得到了关于界面失稳的判别式和扩散方程。基于判别方程得到了剪切力和动力效应对失稳界面角度的影响，结果表明：随着外部剪切作用力的增大，剪切变形带角度有一定程度的增大；随着局部动力系数的增大，即局部惯性作用力的增大，剪切带角度明显减小。结合本征位移求解扩散方程，初步得到其位移解析表达式，位移随加载时间的增加逐渐增大。为了验证理论模型的可靠性，并进一步研究界面失稳的变形行为和对波传播的影响，建立了数值分析模型。分析结果表明：界面失稳为局部剪切破坏滑移的先导条件；界面厚度和剪切力越大，局部位移越大；界面剪切扩散行为极大降低了透射波的幅值，同时也改变了透射波的频率。研究结果可为岩石局部化变形、岩石动态强度等研究提供理论参考。
2024, 44(8): 081423.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0454
摘要:
为加深理解波源距离和非完全粘结对地震波散射的影响规律，结合位移不连续模型、波函数展开法、Graf公式和镜像方法推导了反平面线源荷载下浅埋圆形非完全粘结隧道动力响应的级数解，并通过衬砌内外边界条件残余量与级数解截断项数的关系校验了该解的精度。通过对该级数解进行参数分析，系统地探讨了衬砌与围岩的接触刚度、衬砌模量、衬砌厚度、隧道埋深和波源距离等因素对衬砌内表面位移和周向剪应力的影响。结果表明：衬砌与围岩的接触刚度对隧道的动力响应具有显著的影响，尤其在某些较小接触刚度情况下隧道动力响应幅值可能非常大；增大衬砌模量会减小位移，但同时会导致周向剪应力增加；增大衬砌厚度能同时减小位移和周向剪应力；增大隧道埋深会使最大位移和周向剪应力向隧道拱顶附近移动；增大线源与隧道的水平距离会使隧道背波侧相对幅值增大。
为加深理解波源距离和非完全粘结对地震波散射的影响规律，结合位移不连续模型、波函数展开法、Graf公式和镜像方法推导了反平面线源荷载下浅埋圆形非完全粘结隧道动力响应的级数解，并通过衬砌内外边界条件残余量与级数解截断项数的关系校验了该解的精度。通过对该级数解进行参数分析，系统地探讨了衬砌与围岩的接触刚度、衬砌模量、衬砌厚度、隧道埋深和波源距离等因素对衬砌内表面位移和周向剪应力的影响。结果表明：衬砌与围岩的接触刚度对隧道的动力响应具有显著的影响，尤其在某些较小接触刚度情况下隧道动力响应幅值可能非常大；增大衬砌模量会减小位移，但同时会导致周向剪应力增加；增大衬砌厚度能同时减小位移和周向剪应力；增大隧道埋深会使最大位移和周向剪应力向隧道拱顶附近移动；增大线源与隧道的水平距离会使隧道背波侧相对幅值增大。
2024, 44(8): 081431.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0004
摘要:
通过弹塑性波分析求得HLLC（Harten-Lax-van Leer-contact）近似黎曼解，提出了SPH（smoothed particle hydrodynamics）与一维理想弹塑性体模型下近似的HLLC黎曼求解器耦合的一种构造简单的算法。在SPH计算中，支持域内每个粒子对都存在一个黎曼间断问题，它的黎曼解被代入控制方程中计算。其中一维理想弹塑性体的HLLC近似黎曼解的思想是：先假设整体处于弹性状态计算黎曼解，然后对计算结果进行塑性条件修正，最后用修正后的物理变量计算HLLC近似黎曼解。将提出的SPH-HLLC耦合算法与传统SPH算法在一维算例下的计算结果进行对比，结果表明，该算法能有效模拟一维理想弹塑性体材料的碰撞，并能有效抑制在不同材料之间的压强和偏应力震荡，这是传统SPH方法很难做到的。
通过弹塑性波分析求得HLLC（Harten-Lax-van Leer-contact）近似黎曼解，提出了SPH（smoothed particle hydrodynamics）与一维理想弹塑性体模型下近似的HLLC黎曼求解器耦合的一种构造简单的算法。在SPH计算中，支持域内每个粒子对都存在一个黎曼间断问题，它的黎曼解被代入控制方程中计算。其中一维理想弹塑性体的HLLC近似黎曼解的思想是：先假设整体处于弹性状态计算黎曼解，然后对计算结果进行塑性条件修正，最后用修正后的物理变量计算HLLC近似黎曼解。将提出的SPH-HLLC耦合算法与传统SPH算法在一维算例下的计算结果进行对比，结果表明，该算法能有效模拟一维理想弹塑性体材料的碰撞，并能有效抑制在不同材料之间的压强和偏应力震荡，这是传统SPH方法很难做到的。
2024, 44(8): 081432.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0026
摘要:
为探究跨介质枪弹的致伤威力，选用明胶为人体模拟靶标，借助LS-DYNA软件对设计的7.62 mm多环境枪弹侵彻模拟靶标过程进行了数值模拟，分析了弹头的运动规律和靶标空腔的变化特性，通过三自由度刚体运动模型，获得了弹头运动的理论曲线。采用多参数同步测量技术，开展了枪弹侵彻靶标实验。结果表明，数值模拟与实验现象一致，较好地再现了多环境枪弹侵彻靶标的过程和致伤效果。理论模型与实验结果误差较小，能准确预测枪弹在靶标中的运动规律。空化槽结构提高了枪弹跨介质运动的稳定性，相较传统的56式7.62 mm普通弹，多环境枪弹在靶标中稳定飞行时间长、距离远、速度衰减慢，翻滚阶段出靶角度小，最大空腔、永久空腔和能量传递效率基本一致，具有一定的致伤效果。研究成果可为新型轻武器弹药优化设计提供数据支撑。
为探究跨介质枪弹的致伤威力，选用明胶为人体模拟靶标，借助LS-DYNA软件对设计的7.62 mm多环境枪弹侵彻模拟靶标过程进行了数值模拟，分析了弹头的运动规律和靶标空腔的变化特性，通过三自由度刚体运动模型，获得了弹头运动的理论曲线。采用多参数同步测量技术，开展了枪弹侵彻靶标实验。结果表明，数值模拟与实验现象一致，较好地再现了多环境枪弹侵彻靶标的过程和致伤效果。理论模型与实验结果误差较小，能准确预测枪弹在靶标中的运动规律。空化槽结构提高了枪弹跨介质运动的稳定性，相较传统的56式7.62 mm普通弹，多环境枪弹在靶标中稳定飞行时间长、距离远、速度衰减慢，翻滚阶段出靶角度小，最大空腔、永久空腔和能量传递效率基本一致，具有一定的致伤效果。研究成果可为新型轻武器弹药优化设计提供数据支撑。
2024, 44(8): 081433.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0470
摘要:
长脉宽爆炸波与结构作用的波传播及其载荷分布规律是大型爆炸防护设计与安全评估的重要基础。为了掌握长脉宽爆炸波与圆柱壳的相互作用机制及其作用下圆柱壳表面的载荷分布规律，开展了100 ms级冲击波圆柱绕流的激波管试验，并采用大涡模拟方法和高阶WENO-TCD（weighted essentially non-oscillatory-tuned centered difference）混合格式进一步对150 ms长脉宽冲击波与圆柱作用过程的波系演化与压力分布进行了数值分析。结果表明：数值仿真与压力实测结果吻合较好，长脉宽作用下圆柱壳载荷分布呈现出明显的角度和高度相关性，背面压力高于侧面甚至与迎爆面相当，具有不同于传统短脉宽冲击波传播中的压力衰减模式。流场的压力云纹和波系三维结构演化揭示了侧端面的突然扩张是压力初期震荡及相比于正面和背面压力更低的主要原因；系列绕射激波在壳体背面碰撞与反射，以及序列减速激波在135°相位附近的驻定与叠加作用，是引起背面压力呈现出载荷整体提升的主要机制。此外，背风面上尾涡结构的形成与演化过程受边界效应的影响是导致长脉宽圆柱壳载荷分布沿高度方向出现差异的关键因素。
长脉宽爆炸波与结构作用的波传播及其载荷分布规律是大型爆炸防护设计与安全评估的重要基础。为了掌握长脉宽爆炸波与圆柱壳的相互作用机制及其作用下圆柱壳表面的载荷分布规律，开展了100 ms级冲击波圆柱绕流的激波管试验，并采用大涡模拟方法和高阶WENO-TCD（weighted essentially non-oscillatory-tuned centered difference）混合格式进一步对150 ms长脉宽冲击波与圆柱作用过程的波系演化与压力分布进行了数值分析。结果表明：数值仿真与压力实测结果吻合较好，长脉宽作用下圆柱壳载荷分布呈现出明显的角度和高度相关性，背面压力高于侧面甚至与迎爆面相当，具有不同于传统短脉宽冲击波传播中的压力衰减模式。流场的压力云纹和波系三维结构演化揭示了侧端面的突然扩张是压力初期震荡及相比于正面和背面压力更低的主要原因；系列绕射激波在壳体背面碰撞与反射，以及序列减速激波在135°相位附近的驻定与叠加作用，是引起背面压力呈现出载荷整体提升的主要机制。此外，背风面上尾涡结构的形成与演化过程受边界效应的影响是导致长脉宽圆柱壳载荷分布沿高度方向出现差异的关键因素。
2024, 44(8): 081441.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0389
摘要:
准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB（split Hopkinson pressure bar）精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统，分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化，定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明：首先，弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位，纯弹性波的透反射与传播反而影响较小；其次，当入射波加载区间有一定的宽度时，杆2中弹性波在两个界面上的多次透反射对反射波造成衰减的同时对透射波进一步强化，这种衰减使得半正弦波对应的反射波峰值并不是在0.5个无量纲时间时，而是有所提前；第三，与传统SHPB分析中弹性波在界面上透反射的初步规律不同，无论是矩形波、梯形波还是半正弦波入射时，试件材料的杨氏模量与密度改变虽然明显影响其弹性波的阻抗比，但对透反射波波形及其峰值强度影响并不明显。研究结果可为SHPB的精细化设计与数据的精准分析提供科学依据。
准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB（split Hopkinson pressure bar）精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统，分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化，定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明：首先，弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位，纯弹性波的透反射与传播反而影响较小；其次，当入射波加载区间有一定的宽度时，杆2中弹性波在两个界面上的多次透反射对反射波造成衰减的同时对透射波进一步强化，这种衰减使得半正弦波对应的反射波峰值并不是在0.5个无量纲时间时，而是有所提前；第三，与传统SHPB分析中弹性波在界面上透反射的初步规律不同，无论是矩形波、梯形波还是半正弦波入射时，试件材料的杨氏模量与密度改变虽然明显影响其弹性波的阻抗比，但对透反射波波形及其峰值强度影响并不明显。研究结果可为SHPB的精细化设计与数据的精准分析提供科学依据。
2024, 44(8): 081442.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0392
摘要:
相对于入射波加载阶段透反射分析过程，入射波平台段持续时间长且弹塑性传播与演化行为复杂得多，此阶段试件内弹塑性波相互作用的影响非常明显。开展了矩形入射波作用下试件内弹塑性波的相互作用及其在两个界面上的弹塑性透反射行为计算，定量研究了夹心杆系统中反射波的衰减特征。结果表明：强入射波作用下，由于弹塑性波相互作用，试件内形成了曲线型弹塑性交界面，使透射端达到屈服状态的时间明显提前，该弹塑性交界面以大于弹性声速的速度向反射端变速传播；在塑性阶段，反射波的衰减是试件截面积增大引起的广义波阻抗增大和压缩引起的塑性波往返次数增加两个方面导致的衰减量之和。计算显示，试件的密度变化虽然明显影响其波速和广义波阻抗，但两个方面引起的衰减量之和正好接近于零，使得密度变化对透反射波平台段变化的影响可以忽略；塑性模量的增大使得反射波在平台端衰减更快，而试件直径对反射波衰减速度的影响并不是单调的，从4 mm增大到10 mm，反射波衰减速度增大，但增大到12 mm后衰减量反而有所减小。研究结果可为分离式Hopkinson压杆试验透反射波形的深入分析以及精细化试验设计与数据处理提供参考。
相对于入射波加载阶段透反射分析过程，入射波平台段持续时间长且弹塑性传播与演化行为复杂得多，此阶段试件内弹塑性波相互作用的影响非常明显。开展了矩形入射波作用下试件内弹塑性波的相互作用及其在两个界面上的弹塑性透反射行为计算，定量研究了夹心杆系统中反射波的衰减特征。结果表明：强入射波作用下，由于弹塑性波相互作用，试件内形成了曲线型弹塑性交界面，使透射端达到屈服状态的时间明显提前，该弹塑性交界面以大于弹性声速的速度向反射端变速传播；在塑性阶段，反射波的衰减是试件截面积增大引起的广义波阻抗增大和压缩引起的塑性波往返次数增加两个方面导致的衰减量之和。计算显示，试件的密度变化虽然明显影响其波速和广义波阻抗，但两个方面引起的衰减量之和正好接近于零，使得密度变化对透反射波平台段变化的影响可以忽略；塑性模量的增大使得反射波在平台端衰减更快，而试件直径对反射波衰减速度的影响并不是单调的，从4 mm增大到10 mm，反射波衰减速度增大，但增大到12 mm后衰减量反而有所减小。研究结果可为分离式Hopkinson压杆试验透反射波形的深入分析以及精细化试验设计与数据处理提供参考。
2024, 44(8): 081443.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0449
摘要:
为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理，开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验，研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律；基于Lemaitre应变等效原理，提出了能够综合考虑循环冲击和冻融影响的累积损伤因子的计算方法，分析了冻融和循环冲击作用后红砂岩的微观结构特征。结果表明：循环冲击荷载下不同冻融次数处理后的红砂岩试样均呈拉伸破坏模式；红砂岩试样可承受的循环冲击次数与冻融次数呈负相关，冻融75次后试样在首次冲击后即达到破坏状态；循环冲击次数主要影响透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅以及反射波的振幅，而冻融循环次数对第一次冲击时透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅影响较大；红砂岩试样累积损伤因子与动态峰值应力呈现较好的负相关变化规律；冻融和循环冲击复合作用后红砂岩内部裂纹沿颗粒边界扩展且与孔洞连接形成较为复杂的网络。
为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理，开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验，研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律；基于Lemaitre应变等效原理，提出了能够综合考虑循环冲击和冻融影响的累积损伤因子的计算方法，分析了冻融和循环冲击作用后红砂岩的微观结构特征。结果表明：循环冲击荷载下不同冻融次数处理后的红砂岩试样均呈拉伸破坏模式；红砂岩试样可承受的循环冲击次数与冻融次数呈负相关，冻融75次后试样在首次冲击后即达到破坏状态；循环冲击次数主要影响透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅以及反射波的振幅，而冻融循环次数对第一次冲击时透射波的起跳点、峰值点对应的横坐标和振幅影响较大；红砂岩试样累积损伤因子与动态峰值应力呈现较好的负相关变化规律；冻融和循环冲击复合作用后红砂岩内部裂纹沿颗粒边界扩展且与孔洞连接形成较为复杂的网络。
2024, 44(8): 081444.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0003
摘要:
为研究自由面对水下爆炸冲击波、气泡行为和由气泡与自由面强耦合作用形成水幕的影响，设计了小当量PETN球形装药近水面水下爆炸实验系统，开展了5种典型工况水下爆炸实验，采用高速相机和压力传感器分别获取了气泡和水幕形态演变过程、水中测点压力时间历程。根据冲击波、气泡时序特征分别分析了其自由面效应，冲击波主要变现为截断效应，气泡与自由面相互作用表现为复杂的气泡形态演化和水幕生成及演化，通过高速图像结合压力时间历程分析，进一步从气泡水平半径、中心偏移位移和水幕最大高度定量分析气泡自由面效应。结果表明：随着爆深的减小，水面反射波程差减小，自由面对冲击波的截断效应增强，即冲击波正压作用时间减小，实测截断时间差与计算时间差的最大偏差为6.81%；随着比例爆深减小，自由面效应加剧，气泡和水幕形态趋于复杂化；气泡由球形演变为卵形以及更加复杂的形态，水幕由单一的水冢，逐渐转变为水冢-顶端飞溅水柱、水冢-垂直喷射水柱-水射流等复杂形态；气泡水平半径从第2个脉动周期不再保持脉动特征过渡到第1个脉动周期，甚至到第1次气泡膨胀阶段；气泡水平半径中心偏移位移呈现出两段式变化规律，在前期偏移位移快速增加阶段（偏移位移范围0~20 mm），4种比例爆深偏移位移呈现出近似线性变化规律，线性系数相近。
为研究自由面对水下爆炸冲击波、气泡行为和由气泡与自由面强耦合作用形成水幕的影响，设计了小当量PETN球形装药近水面水下爆炸实验系统，开展了5种典型工况水下爆炸实验，采用高速相机和压力传感器分别获取了气泡和水幕形态演变过程、水中测点压力时间历程。根据冲击波、气泡时序特征分别分析了其自由面效应，冲击波主要变现为截断效应，气泡与自由面相互作用表现为复杂的气泡形态演化和水幕生成及演化，通过高速图像结合压力时间历程分析，进一步从气泡水平半径、中心偏移位移和水幕最大高度定量分析气泡自由面效应。结果表明：随着爆深的减小，水面反射波程差减小，自由面对冲击波的截断效应增强，即冲击波正压作用时间减小，实测截断时间差与计算时间差的最大偏差为6.81%；随着比例爆深减小，自由面效应加剧，气泡和水幕形态趋于复杂化；气泡由球形演变为卵形以及更加复杂的形态，水幕由单一的水冢，逐渐转变为水冢-顶端飞溅水柱、水冢-垂直喷射水柱-水射流等复杂形态；气泡水平半径从第2个脉动周期不再保持脉动特征过渡到第1个脉动周期，甚至到第1次气泡膨胀阶段；气泡水平半径中心偏移位移呈现出两段式变化规律，在前期偏移位移快速增加阶段（偏移位移范围0~20 mm），4种比例爆深偏移位移呈现出近似线性变化规律，线性系数相近。
2024, 44(8): 081445.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0442
摘要:
根据材料受冲击载荷时的压力-冲量函数，推导得到了适用于水下爆炸冲击载荷的压力时程公式。通过水下爆炸实验方法测量不同药量、不同距离的压力时程曲线，使用MATLAB软件对实验数据进行拟合，由此计算冲击波冲量和能量参数，并与通用的Cole与Орленко理论计算结果进行对比，验证拟合曲线的准确性。相较于Cole和Орленко理论，新方法得到的压力衰减曲线更接近实验值。计算水下爆炸冲击波的比冲量和比冲击波能时，新模型具有较高的计算精度，其中：比冲量与实验值的误差不超过4%，与Орленко理论相比，精度提高了5%~10%；比冲击波能与实验值的误差不超过1%，计算精度与通用理论相当。
根据材料受冲击载荷时的压力-冲量函数，推导得到了适用于水下爆炸冲击载荷的压力时程公式。通过水下爆炸实验方法测量不同药量、不同距离的压力时程曲线，使用MATLAB软件对实验数据进行拟合，由此计算冲击波冲量和能量参数，并与通用的Cole与Орленко理论计算结果进行对比，验证拟合曲线的准确性。相较于Cole和Орленко理论，新方法得到的压力衰减曲线更接近实验值。计算水下爆炸冲击波的比冲量和比冲击波能时，新模型具有较高的计算精度，其中：比冲量与实验值的误差不超过4%，与Орленко理论相比，精度提高了5%~10%；比冲击波能与实验值的误差不超过1%，计算精度与通用理论相当。
