2005年 25卷 第5期
2005, 25(5): 385-392.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0385-08
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本文被引
摘要:
对K9玻璃进行了冲击速度为150~400 m/s,倾斜角为10、15的纵剖试样斜撞击实验。结果表明，在加载剪切横波(S+)和卸载纵波(P-)之间有波速超过了纵波波速的波阵面存在，此波的存在对卸载纵波和卸载横波的幅值有一定的影响。由于失效波的产生与材料的表面性质密切相关，为消除纵剖试样中间界面的影响，模拟VISAR的实验条件，进行了冲击速度为70~300 m/s、倾斜角为10的横剖试样斜撞击实验。可以确定在此冲击范围失效波的波速在0.98~1.4 km/s，产生失效波的临界状态为：压应力0.86~1.01 GPa，对应剪应力0.053~0.071 GPa。表明剪应力的存在极大降低了失效波产生的阈值。在此基础上初步分析了撞击面的动摩擦因数和相对滑移速度。
对K9玻璃进行了冲击速度为150~400 m/s,倾斜角为10、15的纵剖试样斜撞击实验。结果表明，在加载剪切横波(S+)和卸载纵波(P-)之间有波速超过了纵波波速的波阵面存在，此波的存在对卸载纵波和卸载横波的幅值有一定的影响。由于失效波的产生与材料的表面性质密切相关，为消除纵剖试样中间界面的影响，模拟VISAR的实验条件，进行了冲击速度为70~300 m/s、倾斜角为10的横剖试样斜撞击实验。可以确定在此冲击范围失效波的波速在0.98~1.4 km/s，产生失效波的临界状态为：压应力0.86~1.01 GPa，对应剪应力0.053~0.071 GPa。表明剪应力的存在极大降低了失效波产生的阈值。在此基础上初步分析了撞击面的动摩擦因数和相对滑移速度。
2005, 25(5): 393-399.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0393-07
摘要:
给出细长尖头刚性弹（如尖卵、尖锥形）斜侵彻/穿甲金属靶的一个分析模型。在细长尖头弹对中厚度金属靶的斜穿甲中，韧性孔洞扩张为主要的穿甲机理；着靶初期，发生方向角的改变。研究表明，金属靶的斜穿甲仅由4个量纲一参数控制，即冲击函数I、弹体几何函数N、量纲一靶厚和撞击斜角。分析得到显式的侵彻深度、终点弹道极限、剩余速度和撞击方向改变角表达式。该模型可预期跳飞发生的临界条件。理论预期与实验结果吻合较好。
给出细长尖头刚性弹（如尖卵、尖锥形）斜侵彻/穿甲金属靶的一个分析模型。在细长尖头弹对中厚度金属靶的斜穿甲中，韧性孔洞扩张为主要的穿甲机理；着靶初期，发生方向角的改变。研究表明，金属靶的斜穿甲仅由4个量纲一参数控制，即冲击函数I、弹体几何函数N、量纲一靶厚和撞击斜角。分析得到显式的侵彻深度、终点弹道极限、剩余速度和撞击方向改变角表达式。该模型可预期跳飞发生的临界条件。理论预期与实验结果吻合较好。
2005, 25(5): 400-404.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0400-05
摘要:
用渗流法向开孔泡沫铝-硅合金和泡沫纯铝中充填硅橡胶获得含硅橡胶的泡沫材料, 在材料试验机和SHPB上对含硅橡胶的复合材料进行动态与准静态压缩实验。实验结果表明：含硅橡胶的泡沫复合材料只有弹性段和塑性段两个阶段，具有更高的应变率敏感性，其应力-应变曲线抖动幅度比较大。
用渗流法向开孔泡沫铝-硅合金和泡沫纯铝中充填硅橡胶获得含硅橡胶的泡沫材料, 在材料试验机和SHPB上对含硅橡胶的复合材料进行动态与准静态压缩实验。实验结果表明：含硅橡胶的泡沫复合材料只有弹性段和塑性段两个阶段，具有更高的应变率敏感性，其应力-应变曲线抖动幅度比较大。
2005, 25(5): 405-416.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0405-12
摘要:
基于基元反应和二维欧拉方程，对直管内胞格爆轰进行了数值模拟。采用5阶WENO(weighted essentially nonoscillatory scheme)求解对流项，采用2阶附加半隐的龙格-库塔法处理化学反应源相引起的刚性。获得了密度、压力、温度和典型组元质量分数流场及数值胞格结构等。结果表明：网格精度的差异明显影响胞格的规则性和爆轰的平衡模数，随着网格尺度的减小，胞格由不规则变为规则。预混气组成、初压、初温及管道宽度给定，三波点数收敛为确定值。足够强度的初始扰动可再现胞格爆轰，最终形成的自持胞格爆轰模数与初始扰动的形状、大小、位置均无关。沿胞格中心线，爆轰波速度变化范围为0.88DCJ~1.5DCJ，爆轰波平均速度与CJ爆轰速度仅偏差0.88％。峰值压力与初压之比为14~50。计算爆轰波平均速度、胞格宽长比与实验值基本一致，但计算胞格宽度比实验值略小。数值模拟加深了对横波的产生和发展、未反应气囊、爆轰胞格的二次起爆等胞格爆轰特性的认识。
基于基元反应和二维欧拉方程，对直管内胞格爆轰进行了数值模拟。采用5阶WENO(weighted essentially nonoscillatory scheme)求解对流项，采用2阶附加半隐的龙格-库塔法处理化学反应源相引起的刚性。获得了密度、压力、温度和典型组元质量分数流场及数值胞格结构等。结果表明：网格精度的差异明显影响胞格的规则性和爆轰的平衡模数，随着网格尺度的减小，胞格由不规则变为规则。预混气组成、初压、初温及管道宽度给定，三波点数收敛为确定值。足够强度的初始扰动可再现胞格爆轰，最终形成的自持胞格爆轰模数与初始扰动的形状、大小、位置均无关。沿胞格中心线，爆轰波速度变化范围为0.88DCJ~1.5DCJ，爆轰波平均速度与CJ爆轰速度仅偏差0.88％。峰值压力与初压之比为14~50。计算爆轰波平均速度、胞格宽长比与实验值基本一致，但计算胞格宽度比实验值略小。数值模拟加深了对横波的产生和发展、未反应气囊、爆轰胞格的二次起爆等胞格爆轰特性的认识。
2005, 25(5): 417-422.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0417-06
摘要:
进行了某型飞机圆弧风挡抗鸟撞试验研究，为了解风挡边界及相关附件的影响，实验系统包括飞机前舱较大范围的部件。采用高速摄像系统记录了风挡动力响应变形的全过程，得到了该机型圆弧风挡抗鸟撞极限速度的范围及响应过程中关注点的位移、应变-时间曲线等数据。分析了风挡关键点位移随撞击速度的变化规律，给出了撞击临界速度与应变之间的变化规律，同时计算了风挡受鸟撞时的动态应力值，为进一步设计研制具有高抗鸟撞能力的风挡提供了有价值的数据。
进行了某型飞机圆弧风挡抗鸟撞试验研究，为了解风挡边界及相关附件的影响，实验系统包括飞机前舱较大范围的部件。采用高速摄像系统记录了风挡动力响应变形的全过程，得到了该机型圆弧风挡抗鸟撞极限速度的范围及响应过程中关注点的位移、应变-时间曲线等数据。分析了风挡关键点位移随撞击速度的变化规律，给出了撞击临界速度与应变之间的变化规律，同时计算了风挡受鸟撞时的动态应力值，为进一步设计研制具有高抗鸟撞能力的风挡提供了有价值的数据。
2005, 25(5): 423-429.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0423-07
摘要:
用实验及数值模拟方法研究了电磁内爆套筒的屈曲响应规律。用电容器组脉冲发生器装置作为驱动源，设计4种不同材料、不同尺寸的金属套筒，通过调节电容器组的充电电压得到不同的加载电流，研究材料及几何参数、加载脉冲特性对套筒屈曲的影响；采用瞬态非线性有限元方法对实验结果进行了数值模拟。研究表明，在同样加载电流作用下相同材料套筒形成的屈曲波数随半径/厚度比增大而增大，不同材料套筒的屈曲波数随屈服强度/塑性强化模量比值增大而增大，而相同材料的屈曲波数不随加载电流的大小而改变；模拟计算结果与实验结果基本吻合。
用实验及数值模拟方法研究了电磁内爆套筒的屈曲响应规律。用电容器组脉冲发生器装置作为驱动源，设计4种不同材料、不同尺寸的金属套筒，通过调节电容器组的充电电压得到不同的加载电流，研究材料及几何参数、加载脉冲特性对套筒屈曲的影响；采用瞬态非线性有限元方法对实验结果进行了数值模拟。研究表明，在同样加载电流作用下相同材料套筒形成的屈曲波数随半径/厚度比增大而增大，不同材料套筒的屈曲波数随屈服强度/塑性强化模量比值增大而增大，而相同材料的屈曲波数不随加载电流的大小而改变；模拟计算结果与实验结果基本吻合。
2005, 25(5): 430-436.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0430-07
摘要:
应用连续小波变换的离散化关系，针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数，给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法，并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明，在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽，而其他时刻的振动频率相对较为集中，时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外，还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。
应用连续小波变换的离散化关系，针对一个改进的L-P（littlewood-paley）小波基函数，给出了一种实现频率完全分割的时频特征分析方法，并对爆炸振动时频特征进行了研究。80 kg TNT地面爆炸时地面垂向振动速度的时间能量密度分布情况表明，在质点振动峰值速度到达时刻爆炸振动的频率范围比较宽，而其他时刻的振动频率相对较为集中，时频能量分布的峰值正好对应于爆炸振动速度的峰值到达时间。基于小波变换的爆炸振动频谱特征与Fourier变换的结果具有良好的一致性。此外，还给出了利用小波变换结果建立爆炸振动随机演变理论模型的基本方法。
2005, 25(5): 437-444.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0437-08
摘要:
以二维轴对称多组分Euler方程为基础，采用非正交结构化网格和改进的波传播算法，模拟了激波在抛物形反射壁面聚焦反射诱导点火和爆轰的过程，描述了其流场形态。讨论了预混气组成、入射激波强度及反射壁面形状对点火和爆轰的影响。结果表明，激波在抛物形反射壁面顶点处聚焦反射可形成局部高温高压区域，该区域在一定条件下可点燃预混气甚至形成爆轰，其中低稀释剂浓度的预混气、较大的入射激波Mach数和较深的反射壁面有利于可燃预混气形成爆轰。
以二维轴对称多组分Euler方程为基础，采用非正交结构化网格和改进的波传播算法，模拟了激波在抛物形反射壁面聚焦反射诱导点火和爆轰的过程，描述了其流场形态。讨论了预混气组成、入射激波强度及反射壁面形状对点火和爆轰的影响。结果表明，激波在抛物形反射壁面顶点处聚焦反射可形成局部高温高压区域，该区域在一定条件下可点燃预混气甚至形成爆轰，其中低稀释剂浓度的预混气、较大的入射激波Mach数和较深的反射壁面有利于可燃预混气形成爆轰。
2005, 25(5): 445-450.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0445-06
摘要:
结合实验和数值模拟方法，对以脉冲爆轰发动机为背景的爆轰波通过扩张喷管的流动进行了系列研究。实验采用双曝光全息干涉方法对爆轰波绕射流场进行测量，得到了比传统的纹影法更清晰和可定量化的照片。发展了基于非结构四边形网格自适应有限体积程序,结合基元化学反应模型对扩张喷管中爆轰化学反应流场进行了数值模拟，模拟结果与实验照片吻合较好。实验和数值模拟结果表明,爆轰波绕射具有许多和激波绕射不同的流场特征，其中包括二次起爆现象、化学反应面与前导激波相脱离而引起的复杂流场等，同时初始压力和扩张角度变化也对爆轰波绕射过程产生较大影响，初始压力越低，化学反应区和前导激波分离现象越明显，且前导激波的曲率越大。
结合实验和数值模拟方法，对以脉冲爆轰发动机为背景的爆轰波通过扩张喷管的流动进行了系列研究。实验采用双曝光全息干涉方法对爆轰波绕射流场进行测量，得到了比传统的纹影法更清晰和可定量化的照片。发展了基于非结构四边形网格自适应有限体积程序,结合基元化学反应模型对扩张喷管中爆轰化学反应流场进行了数值模拟，模拟结果与实验照片吻合较好。实验和数值模拟结果表明,爆轰波绕射具有许多和激波绕射不同的流场特征，其中包括二次起爆现象、化学反应面与前导激波相脱离而引起的复杂流场等，同时初始压力和扩张角度变化也对爆轰波绕射过程产生较大影响，初始压力越低，化学反应区和前导激波分离现象越明显，且前导激波的曲率越大。
2005, 25(5): 451-456.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0451-06
摘要:
运用静态实验机和SHPB装置，对45钢在常温～750C、应变率为10-4～103 s-1下的力学行为进行了研究，拟合得到了Johnson-Cook本构模型参量。开展了Taylor圆柱撞击的火炮实验，运用LS-DYNA进行了相应的数值模拟，通过二者的比较对本构模型参量进行了验证，表明所得模型参量可以较好地描述材料在高速变形下的大应变力学行为。
运用静态实验机和SHPB装置，对45钢在常温～750C、应变率为10-4～103 s-1下的力学行为进行了研究，拟合得到了Johnson-Cook本构模型参量。开展了Taylor圆柱撞击的火炮实验，运用LS-DYNA进行了相应的数值模拟，通过二者的比较对本构模型参量进行了验证，表明所得模型参量可以较好地描述材料在高速变形下的大应变力学行为。
2005, 25(5): 457-460.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0457-04
摘要:
详细分析了测量任意反射面的激光干涉测速系统(VISAR)中信号光纤的模式色散对速度测量的影响，建立了数学分析模型，数值模拟了色散对比度因子与测速系统所使用的条纹常数和被测速度增量之间的关系。研究结果表明：（1）测速时使用的条纹常数越大，信号光纤模式色散的影响越小；（2）被测速度越大，信号光纤模式色散的影响越大；（3）阶跃折射率光纤的色散影响比剃度折射率光纤大得多。通过本项研究，给出了减小信号光纤模式色散的有效措施，对提高VISAR的干涉图对比度及测试精确度具有重要作用。
详细分析了测量任意反射面的激光干涉测速系统(VISAR)中信号光纤的模式色散对速度测量的影响，建立了数学分析模型，数值模拟了色散对比度因子与测速系统所使用的条纹常数和被测速度增量之间的关系。研究结果表明：（1）测速时使用的条纹常数越大，信号光纤模式色散的影响越小；（2）被测速度越大，信号光纤模式色散的影响越大；（3）阶跃折射率光纤的色散影响比剃度折射率光纤大得多。通过本项研究，给出了减小信号光纤模式色散的有效措施，对提高VISAR的干涉图对比度及测试精确度具有重要作用。
2005, 25(5): 461-466.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0461-06
摘要:
为了掌握航天器防护结构受空间碎片高速撞击的损伤破坏模式及其防护性能，采用二级轻气炮发射球形弹丸，对铝合金Whipple防护结构进行高速撞击实验研究。根据实验结果分析了铝合金Whipple防护结构的防护屏和舱壁在不同速度区间的损伤模式特征，以及薄铝板防护屏高速撞击穿孔和舱壁弹坑分布随弹丸直径、弹丸撞击速度变化的规律。通过固定弹丸直径，改变弹丸撞击速度，寻找临界撞击速度的方法获得了铝合金Whipple防护结构在0.5~5.5 km/s撞击速度区间内的撞击极限曲线，并与由Christiansen撞击极限方程得到的撞击极限曲线进行了比较，结果表明，实验最小临界弹丸直径略大于预测值。
为了掌握航天器防护结构受空间碎片高速撞击的损伤破坏模式及其防护性能，采用二级轻气炮发射球形弹丸，对铝合金Whipple防护结构进行高速撞击实验研究。根据实验结果分析了铝合金Whipple防护结构的防护屏和舱壁在不同速度区间的损伤模式特征，以及薄铝板防护屏高速撞击穿孔和舱壁弹坑分布随弹丸直径、弹丸撞击速度变化的规律。通过固定弹丸直径，改变弹丸撞击速度，寻找临界撞击速度的方法获得了铝合金Whipple防护结构在0.5~5.5 km/s撞击速度区间内的撞击极限曲线，并与由Christiansen撞击极限方程得到的撞击极限曲线进行了比较，结果表明，实验最小临界弹丸直径略大于预测值。
2005, 25(5): 467-471.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0467-05
摘要:
在平面一维弹塑性流动有限差分计算程序中加入4种延性金属层裂模型，对平板撞击层裂实验进行数值模拟。结果表明：简单最大拉伸应力模型和简单损伤累积模型能定性反映层裂的物理现象，由于忽略损伤对本构的影响，计算结果和实验有偏差，但模型要求参数较少，对于一些精度要求不是很高的工程问题，可以采用；从材料损伤断裂物理本质出发，采用微损伤统计方法得到的NAG模型和封加波损伤度函数模型，能很好地再现实测的自由面速度剖面,数值计算结果与实验吻合很好。
在平面一维弹塑性流动有限差分计算程序中加入4种延性金属层裂模型，对平板撞击层裂实验进行数值模拟。结果表明：简单最大拉伸应力模型和简单损伤累积模型能定性反映层裂的物理现象，由于忽略损伤对本构的影响，计算结果和实验有偏差，但模型要求参数较少，对于一些精度要求不是很高的工程问题，可以采用；从材料损伤断裂物理本质出发，采用微损伤统计方法得到的NAG模型和封加波损伤度函数模型，能很好地再现实测的自由面速度剖面,数值计算结果与实验吻合很好。
2005, 25(5): 472-476.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0472-05
摘要:
根据小隔板试验的拉氏传感器测试结果，用拉氏分析方法求得了粗颗粒包复TNT炸药中的冲击波成长过程和熄灭过程的流场分布，用实验结果确定了点火增长模型中的待定参数。利用拉氏分析方法时，对未反应炸药和已反应产物的状态方程都采用JWL状态方程，使确定的参数可以直接用于有限元程序LSDYAN计算。通过拉氏分析得到了各迹线上的反应度，结果表明，冲击波在熄灭过程中仍能引起炸药的局部化学反应。
根据小隔板试验的拉氏传感器测试结果，用拉氏分析方法求得了粗颗粒包复TNT炸药中的冲击波成长过程和熄灭过程的流场分布，用实验结果确定了点火增长模型中的待定参数。利用拉氏分析方法时，对未反应炸药和已反应产物的状态方程都采用JWL状态方程，使确定的参数可以直接用于有限元程序LSDYAN计算。通过拉氏分析得到了各迹线上的反应度，结果表明，冲击波在熄灭过程中仍能引起炸药的局部化学反应。
2005, 25(5): 477-480.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)05-0477-04
摘要:
介绍了利用LS-DYNA进行球形破片侵彻靶板的网格划分方法，确定了钨球破片和LY-12铝合金的材料模型，利用不同尺寸的球形破片对不同厚度的靶板进行了仿真分析，得出了不同情况下破片对靶板的穿透曲线图、正向跳飞曲线图和破片穿透靶板时的临界入射角和正向跳飞时的临界入射角，并对破片的剩余速度和末角度进行了分析。
介绍了利用LS-DYNA进行球形破片侵彻靶板的网格划分方法，确定了钨球破片和LY-12铝合金的材料模型，利用不同尺寸的球形破片对不同厚度的靶板进行了仿真分析，得出了不同情况下破片对靶板的穿透曲线图、正向跳飞曲线图和破片穿透靶板时的临界入射角和正向跳飞时的临界入射角，并对破片的剩余速度和末角度进行了分析。
