• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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成层式防护结构抗超高速侵彻的数值分析
刘峥, 程怡豪, 邱艳宇, 邓国强, 王明洋
2018, 38(6): 1317-1324. doi: 10.11883/bzycj-2017-0181
采用SPH算法,基于AUTODYN-2D开展了钨杆弹对4种"花岗岩遮弹层-(空气)干砂分配层-混凝土结构层"形式的成层式防护结构的超高速打击数值计算分析,得到了结构的破坏特征和能量分配情况。结果表明:(1)增加打击速度会加剧遮弹层和分配层的破坏程度,但在一定速度区间内结构层的侵彻深度反而随着打击速度的增加而减小;(2)结构层的能量分配比例具有随着撞击速度增加而减小的趋势,这可以初步归结为竖向冲击动能在遮弹层和分配层的横向传递;(3)一定条件下,通过增加空气隔层可以减小结构层的侵彻深度、结构层分配能量的比例和绝对值。
关键词: 超高速侵彻, 成层式防护结构, 能量分配, SPH
方形空间可燃气体爆燃泄爆实验及三维数值模拟研究
郭强, 王明洋, 高康华, 赵天辉, 孙松
2018, 38(5): 1099-1105. doi: 10.11883/bzycj-2017-0087
为了研究大空间内预混可燃气体爆燃泄爆过程中的压力与火焰传播规律,在1.21 m3的方形空间内进行了不同体积分数乙烯气体和两种不同泄压面积的泄爆实验,针对泄压面积为0.18 m2、体积分数为7%的乙烯-空气预混气体爆燃泄爆过程进行了三维数值模拟研究。结果表明:不同泄爆条件下压力形式不同,小面积泄爆口开启后,压力先下降后上升且第2峰值较大,在高体积分数下超过第1峰值,大面积泄爆时第2峰值较小。数值模拟结果与实验得到的压力时程曲线趋势一致,与实验中观察到的外部火焰形态相似;泄爆口开启后引发的湍流效应,使得空间内火焰阵面变形和火焰传播速度显著加快,导致了小面积泄爆第2峰值压力较大。
关键词: 方形空间, 乙烯, 泄爆, 火焰传播
不同速度段弹体侵彻岩石靶体的理论分析
宋春明, 李干, 王明洋, 邱艳宇, 程怡豪
2018, 38(2): 250-257. doi: 10.11883/bzycj-2017-0198
随着撞击速度的增加,弹体对岩石类靶体的侵彻机制会发生显著变化,由刚体侵彻逐步转变为半流体侵彻和流体侵彻,3种侵彻机制各自适用的理论模型完全不同。在半流体侵彻阶段,弹体质量损失开始显著增加,造成侵彻效率严重下降,侵彻深度随撞击速度的增加急剧减小。基于提出的弹体质量与速度的理论模型以及弹体刚体段的侵彻阻抗,推导出考虑弹体质量损失的半流体侵彻深度计算公式。对于超高速撞击时的流体动力学侵彻段,通过对流体区和刚性区进行假定,建立动量守恒和伯努利方程,推导给出该阶段弹体的侵彻阻抗,结合弹体质量变化方程推导出侵彻深度的表达式。最后将3个阶段的理论计算结果与花岗岩侵彻试验数据进行了对比验证,侵深和弹体质量变化规律均吻合良好,而且各阶段模型计算结果反映出的侵彻变化规律与实验结果完全一致。
关键词: 撞击力学, 侵彻, 高速侵彻, 岩石靶体, 侵彻机制
大尺度泄爆构件对室内爆燃压力影响的实验研究
孙松, 王明洋, 高康华, 赵天辉, 郭强
2018, 38(2): 359-366. doi: 10.11883/bzycj-2016-0211
通过在尺寸为2 m×1.2 m×0.6 m的腔体一端安装泄爆板研究不同乙烯浓度下大尺度泄爆构件对腔体内压力变化的影响。选用开启静压不同的2种泄爆板,在乙烯体积分数为4%~11%条件下进行实验,得到3种典型压力时程曲线。实验发现:泄爆结构的实际击穿压力大于静载作用下的击穿压力,且存在使实际击穿压力最大的最佳乙烯体积分数;泄爆构件的开启时间会对腔体内压力变化产生重要影响,低浓度条件下开启时间可达数十毫秒,化学当量比条件下开启时间仅为数毫秒,此时李克山模型针对长方体容器大尺度泄爆仍具有较好适用性,乙烯浓度较高时大尺度泄爆构件会因泄压面积过大造成外部空气大量进入腔体并与未燃气体再次反应发生二次爆炸,高浓度条件下增大泄压面积反而会因二次爆炸对结构造成破坏。
关键词: 燃气爆炸, 大尺度泄爆构件, 乙烯, 爆燃压力
岩石的动态压缩行为与超高速动能弹毁伤效应计算
王明洋, 李杰, 李海波, 邱艳宇
2018, 38(6): 1200-1217. doi: 10.11883/bzycj-2018-0173
目前正在研制的超高速动能武器对地打击速度达(5~15)马赫左右, 具有侵彻机理独特, 毁伤效应倍增的特点, 现有理论难以准确描述。本文系统总结了侵爆近区岩石介质的动态可压缩性行为, 发现(5~15)马赫超高速弹侵彻近区岩石介质介于流体和固体弹塑性之间的内摩擦侧限压力状态, 创新提出流体弹塑性内摩擦侵彻理论模型, 填补了低应力弹塑区到高应力流体区之间的应力状态表征空区, 首次获得随弹体侵速变化的弹靶相互作用全过程阻抗演变公式, 界定了钻地弹固体侵彻、拟流体侵彻和流体侵彻的最小动能阈值, 系统提出了超高速动能弹打击侵深、成坑及地冲击安全厚度的计算方法。通过弹体侵速1 100~4 200 m/s的(超)高速侵彻实验, 验证了理论计算公式的准确性。
关键词: 超高速动能弹, 内摩擦, 侵彻深度, 撞击成坑
钙质砂的SHPB实验技术及其动态力学性能
吕亚茹, 王明洋, 魏久淇, 廖斌
2018, 38(6): 1262-1270. doi: 10.11883/bzycj-2017-0179
开展了11组南海钙质砂和福建石英砂的分离式霍普金森压杆(SHPB)实验,试样相对密实度为90%,厚度分别为10、30和50 mm,得到了冲击荷载下钙质砂和石英砂的应变率时程曲线、应变时程曲线和应力应变关系。实验结果表明:通过严格装样技术可以减小实验设备产生的误差,改变试样厚度、子弹长度、整形器等是实现钙质砂应力平衡和恒应变率的主要手段。在相同的密实度和加载条件下,钙质砂的体积模量和剪切模量约为石英砂的10%,压缩强度和抗剪强度约为石英砂的30%。冲击荷载作用下钙质砂的动态力学性能与石英砂存在较大的差异,因此不能将已有石英砂的研究结果直接用于钙质砂。
关键词: 钙质砂, 霍普金森压杆, 冲击特性, 应力应变曲线
基于块系构造的大规模地下爆炸不可逆位移计算方法
李杰, 陈伟, 施存程, 王明洋
2018, 38(6): 1271-1277. doi: 10.11883/bzycj-2017-0201
岩体是复杂的等级构造地质体,本文中假设岩体构造符合Sadovsky院士块系构造等级学说,即岩体中存在稳定的不变量λμ,从而采用简化的分析模型研究构成岩体的岩块在爆炸地冲击扰动作用下的平动和转动,指出Kocharyan激活块体尺度计算式中忽略的条件,重新推导给出了大规模地下爆炸诱发远区局部不可逆位移计算公式。
关键词: 大规模地下爆炸, 岩体块系构造, 等效平均动能, 局部不可逆变形
大当量浅埋地下爆炸抛掷成坑效应的缩比模拟实验装置
徐小辉, 邱艳宇, 王明洋, 邵鲁中
2018, 38(6): 1333-1343. doi: 10.11883/bzycj-2017-0144
针对当前地下爆炸物理模型实验无法模拟大当量地下爆炸抛掷弹坑和疏松鼓包现象的难题,基于相似理论,采用地下爆炸效应真空室模型实验方法,研制了考虑重力影响的大当量地下爆炸效应模拟实验装置。整套装置由容器罐体、快开门密闭机构、爆源系统、真空泵组、量测控制系统等组成,提出的新型爆源模拟装置可以实现精确起爆控制。该装置可模拟0.1~100 kt TNT、埋深20~400 m范围内不同比尺的地下核爆炸成坑和隆起实验,同时也能够模拟不同装药配置方案、不同地质条件下的大当量地下浅埋化爆抛掷实验。典型的核爆抛掷成坑模型实验结果表明,装置实验参数精确可调,实验过程可控,实验结果可信,为钻地核武器地下爆炸毁伤效应分析和大型工程爆破效果预测预报提供了实验室模拟和科学研究设备,填补了爆炸离心机无法模拟大当量地下爆炸抛掷成坑效应的空白。
关键词: 大当量浅埋爆炸, 相似模型实验, 装置研制, 地下核爆炸, 工程爆破
钙质砂的准一维应变压缩试验研究
文祝, 邱艳宇, 紫民, 赵章泳, 王明洋
2019, 39(3): 033101. doi: 10.11883/bzycj-2018-0015
利用$\varnothing $100 mm的Hopkinson压杆研究了不同预压力条件下,受侧限约束的钙质砂在500~800 s−1应变率范围、0~200 MPa压力范围内的动态力学特性,并利用HUT106D万能材料试验机研究了相同条件钙质砂在2×10−3 s−1应变率、0~120 MPa压力范围内的静态力学特性。研究发现,当再次加载超过一定值后,预压力对钙质砂力学特性的影响不大;Tait物态方程可以描述钙质砂的静态容变关系及高压下的动态容变关系;钙质砂的体积压缩过程存在应变率效应。
关键词: 钙质砂, Hopkinson压杆, 预压, 物态方程, 应变率效应