2008年 28卷 第2期
2008, 28(2): 97-104.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0097-08
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本文被引
摘要:
以实验为主，研究光滑直管中乙炔氧气爆轰波透射孔栅形成的高速爆燃波结构和行为。实验以基于纹影平台的高速转鼓摄影记录孔栅下游近场内初始爆燃波的结构和发展，并以压力传感器跟踪其后继走向。研究发现，高速爆燃波是前驱激波和火焰的组合结构，随着初始压力的提升，它分别表现为紧随于前驱激波的层流和湍流燃烧火焰。入射爆轰胞格尺度小于或与孔栅扰动尺度相当时，湍流燃烧在下游近场迅速形成；层流结构的爆燃波通常无法抵制背景稀疏波而走向衰弱，而湍流燃烧结构可发生加速和向爆轰的转捩；他们之间存在一个不稳定的临界状态，高速爆燃波得以以0.5~0.6倍CJ爆轰速度传播较长距离，这一状态对应于双间断Rankine-Hugoniot关系的等容燃烧解。
以实验为主，研究光滑直管中乙炔氧气爆轰波透射孔栅形成的高速爆燃波结构和行为。实验以基于纹影平台的高速转鼓摄影记录孔栅下游近场内初始爆燃波的结构和发展，并以压力传感器跟踪其后继走向。研究发现，高速爆燃波是前驱激波和火焰的组合结构，随着初始压力的提升，它分别表现为紧随于前驱激波的层流和湍流燃烧火焰。入射爆轰胞格尺度小于或与孔栅扰动尺度相当时，湍流燃烧在下游近场迅速形成；层流结构的爆燃波通常无法抵制背景稀疏波而走向衰弱，而湍流燃烧结构可发生加速和向爆轰的转捩；他们之间存在一个不稳定的临界状态，高速爆燃波得以以0.5~0.6倍CJ爆轰速度传播较长距离，这一状态对应于双间断Rankine-Hugoniot关系的等容燃烧解。
2008, 28(2): 105-109.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0105-05
摘要:
将VG损伤模型推广到二维情况，考虑了最大主应力方向对损伤演化的影响，并使用显式断裂算法对20钢管在GI-920炸药滑移爆轰驱动下层裂的问题进行二维数值模拟。分析了一维内爆和滑移爆轰两种加载方式下作用于钢管外表面的压力及钢管内部受力状态的区别，考察了滑移爆轰加载方式下钢管外表面的受力随炸药厚度变化的规律,进而研究了钢管内损伤的分布和演化,以及裂纹的产生和扩展现象。计算得到的层裂片初始厚度随炸药厚度的变化规律与实验结果符合较好。
将VG损伤模型推广到二维情况，考虑了最大主应力方向对损伤演化的影响，并使用显式断裂算法对20钢管在GI-920炸药滑移爆轰驱动下层裂的问题进行二维数值模拟。分析了一维内爆和滑移爆轰两种加载方式下作用于钢管外表面的压力及钢管内部受力状态的区别，考察了滑移爆轰加载方式下钢管外表面的受力随炸药厚度变化的规律,进而研究了钢管内损伤的分布和演化,以及裂纹的产生和扩展现象。计算得到的层裂片初始厚度随炸药厚度的变化规律与实验结果符合较好。
2008, 28(2): 110-115.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0110-06
摘要:
为直接确定平面冲击波实验中无氧铜的流动应力，测量了试件中的纵向应力和横向应力，得到了试件中流动应力随时间的变化。采用构建的7种本构模型对无氧铜平面冲击波实验进行数值模拟,比较了实验结果与理论计算结果。研究指出,由SHPB等确定的中等应变率本构并不能拓宽应用于平面冲击波实验。
为直接确定平面冲击波实验中无氧铜的流动应力，测量了试件中的纵向应力和横向应力，得到了试件中流动应力随时间的变化。采用构建的7种本构模型对无氧铜平面冲击波实验进行数值模拟,比较了实验结果与理论计算结果。研究指出,由SHPB等确定的中等应变率本构并不能拓宽应用于平面冲击波实验。
2008, 28(2): 116-223.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0116-08
摘要:
动能深侵彻弹攻击坚硬目标时，可能会引起弹体的屈曲而导致战斗部的破坏。采用LS-DYNA3D软件，对细长薄壁弹体撞击中厚钢板的屈曲破坏进行了数值研究。数值模拟再现了各型弹体在不同撞击情形下的屈曲破坏过程，证明了实验观察得到的长、短型弹体动塑性屈曲破坏存在轴向皱褶型和轴向外翻撕裂型两种基本模式，相应的屈曲破坏存在不同的特征过载曲线。给出了相关的屈曲破坏机动场描述和比实验结果更丰富的过程分析。
动能深侵彻弹攻击坚硬目标时，可能会引起弹体的屈曲而导致战斗部的破坏。采用LS-DYNA3D软件，对细长薄壁弹体撞击中厚钢板的屈曲破坏进行了数值研究。数值模拟再现了各型弹体在不同撞击情形下的屈曲破坏过程，证明了实验观察得到的长、短型弹体动塑性屈曲破坏存在轴向皱褶型和轴向外翻撕裂型两种基本模式，相应的屈曲破坏存在不同的特征过载曲线。给出了相关的屈曲破坏机动场描述和比实验结果更丰富的过程分析。
2008, 28(2): 124-130.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0124-07
摘要:
模拟了近壁、近自由面的水下爆炸气泡的非线性动态特性，假定水下爆炸气泡脉动阶段的流场是无旋、不可压缩的，采用高阶曲面三角形单元离散三维气泡表面，用边界积分法求解气泡的运动，在计算奇异积分时通过重新构造双层位势的主值积分消除双层奇异积分的奇异性，得到更精确的结果，并通过合理的加权方法精确的求解边界面上各节点的真实速度，结合弹性网格技术（elastic mesh technique, EMT）得到优化速度，在整个模拟过程中不需要采用数值光顺。将本文的三维模型与轴对称模型进行的对比分析表明，两种模型计算结果吻合很好，并用三维模型模拟了气泡与自由表面及圆筒的相互作用，水下爆炸气泡在自由表面及圆筒的联合作用下呈现出强非线性。
模拟了近壁、近自由面的水下爆炸气泡的非线性动态特性，假定水下爆炸气泡脉动阶段的流场是无旋、不可压缩的，采用高阶曲面三角形单元离散三维气泡表面，用边界积分法求解气泡的运动，在计算奇异积分时通过重新构造双层位势的主值积分消除双层奇异积分的奇异性，得到更精确的结果，并通过合理的加权方法精确的求解边界面上各节点的真实速度，结合弹性网格技术（elastic mesh technique, EMT）得到优化速度，在整个模拟过程中不需要采用数值光顺。将本文的三维模型与轴对称模型进行的对比分析表明，两种模型计算结果吻合很好，并用三维模型模拟了气泡与自由表面及圆筒的相互作用，水下爆炸气泡在自由表面及圆筒的联合作用下呈现出强非线性。
2008, 28(2): 131-137.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0131-07
摘要:
在爆轰等离子体中存在一个由化学反应放热非平衡导致的非平衡电离区。由于电子质量远小于重粒子质量，使得在电离区中电子与重粒子的能量与动量交换效率较低，这也加剧了这种非平衡特性。建立了爆轰等离子体非平衡电离区中的电子和重粒子的双流体模型，并通过该模型研究爆轰等离子体中的非平衡现象。以氢氧爆轰为例计算不同氢氧摩尔比和初始压力条件下，爆轰非平衡区中重粒子参数和电子参数的变化情况。
在爆轰等离子体中存在一个由化学反应放热非平衡导致的非平衡电离区。由于电子质量远小于重粒子质量，使得在电离区中电子与重粒子的能量与动量交换效率较低，这也加剧了这种非平衡特性。建立了爆轰等离子体非平衡电离区中的电子和重粒子的双流体模型，并通过该模型研究爆轰等离子体中的非平衡现象。以氢氧爆轰为例计算不同氢氧摩尔比和初始压力条件下，爆轰非平衡区中重粒子参数和电子参数的变化情况。
2008, 28(2): 138-143.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0138-06
摘要:
用二维有限差分欧拉程序MEPH2Y模拟了聚能装药的作用过程，包括爆轰波的形成、传播及与其他介质的相互作用，高温高压下射流（或射弹）的形成、延展、减压、断裂，射流（或射弹）对靶的侵彻及靶的成坑和动态响应等过程。介绍了程序所用的数学模型、数值方法，以及模拟的部分问题与实验结果的比较。结果表明，数值模拟结果与实验结果符合较好。
用二维有限差分欧拉程序MEPH2Y模拟了聚能装药的作用过程，包括爆轰波的形成、传播及与其他介质的相互作用，高温高压下射流（或射弹）的形成、延展、减压、断裂，射流（或射弹）对靶的侵彻及靶的成坑和动态响应等过程。介绍了程序所用的数学模型、数值方法，以及模拟的部分问题与实验结果的比较。结果表明，数值模拟结果与实验结果符合较好。
2008, 28(2): 144-148.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0144-05
摘要:
为了解决原来的ghost fluid方法在计算强激波和界面相互作用时界面附近出现的速度和压力振荡问题，对原来的ghost fluid方法进行了改进，通过在界面处构造Riemann问题并求出界面的压力和速度，ghost fluid流体的压力和速度分别用界面的压力和速度代替,ghost流体的密度通过熵常数外推得到。改进的ghost fluid保持了原来的ghost fluid的简单性，对一维强激波与气-气、气-液界面的相互作用问题以及射流问题进行了数值计算，得到了分辨率较高的计算结果。
为了解决原来的ghost fluid方法在计算强激波和界面相互作用时界面附近出现的速度和压力振荡问题，对原来的ghost fluid方法进行了改进，通过在界面处构造Riemann问题并求出界面的压力和速度，ghost fluid流体的压力和速度分别用界面的压力和速度代替,ghost流体的密度通过熵常数外推得到。改进的ghost fluid保持了原来的ghost fluid的简单性，对一维强激波与气-气、气-液界面的相互作用问题以及射流问题进行了数值计算，得到了分辨率较高的计算结果。
2008, 28(2): 149-153.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0149-05
摘要:
应用分离式Hopkinson拉伸实验技术研究了圆柱形冲击拉伸试件的长径比(L/D)对实验结果的影响，其中长径比从1到5。研究结果表明：对于LY12材料,L/D2.67的试件满足材料实验的要求，L/D2不能得到准确的材料参数。
应用分离式Hopkinson拉伸实验技术研究了圆柱形冲击拉伸试件的长径比(L/D)对实验结果的影响，其中长径比从1到5。研究结果表明：对于LY12材料,L/D2.67的试件满足材料实验的要求，L/D2不能得到准确的材料参数。
2008, 28(2): 154-160.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0154-07
摘要:
为了解决当炸弹在近场爆炸时爆轰波驱动破碎的弹片共同作用于混凝土墙壁的过程中所涉及的多物理场计算和多相介质耦合分析等问题，利用物质点法(material point method, MPM)不需要考虑物质间的分界面、耦合条件自动满足等特点，应用无网格MPM法对两种类型的炸弹（带金属外壳和不带金属壳）产生的爆炸场、弹片破碎和混凝土墙壁的破坏进行数值模拟。数值结果表明，无网格MPM法是计算多相介质爆炸效应的一种有效的算法。
为了解决当炸弹在近场爆炸时爆轰波驱动破碎的弹片共同作用于混凝土墙壁的过程中所涉及的多物理场计算和多相介质耦合分析等问题，利用物质点法(material point method, MPM)不需要考虑物质间的分界面、耦合条件自动满足等特点，应用无网格MPM法对两种类型的炸弹（带金属外壳和不带金属壳）产生的爆炸场、弹片破碎和混凝土墙壁的破坏进行数值模拟。数值结果表明，无网格MPM法是计算多相介质爆炸效应的一种有效的算法。
2008, 28(2): 161-165.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0161-05
摘要:
采用固体随行装药技术提高现役大口径火炮初速，为工程应用提供理论指导。基于随行装药在30 mm弹道炮上的实验和数值模拟取得的良好结果，在100 mm加农炮火炮构造参数和装填条件不变的条件下，采用固体随行装药方案,考虑弹丸改变质量，建立固体随行装药零维模型，并依据模型编写模拟软件对内弹道性能进行了模拟分析，探讨了不同随行装药量、不同点火延迟时间以及不同形状火药对火炮膛压、初速的影响。模拟结果可以用来指导100 mm加农炮随行装药的设计和实验。
采用固体随行装药技术提高现役大口径火炮初速，为工程应用提供理论指导。基于随行装药在30 mm弹道炮上的实验和数值模拟取得的良好结果，在100 mm加农炮火炮构造参数和装填条件不变的条件下，采用固体随行装药方案,考虑弹丸改变质量，建立固体随行装药零维模型，并依据模型编写模拟软件对内弹道性能进行了模拟分析，探讨了不同随行装药量、不同点火延迟时间以及不同形状火药对火炮膛压、初速的影响。模拟结果可以用来指导100 mm加农炮随行装药的设计和实验。
2008, 28(2): 166-171.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0166-06
摘要:
由于泡沫铝合金具有可压缩性，经典的Taylor理论模型已不适用于描述该类材料。在适当假设的基础上建立了泡沫铝合金Taylor撞击实验分析的理论模型，并利用Taylor撞击实验数据验证了该模型的有效性，研究了泡沫铝合金的动态力学特性。实验结果表明，所考察的泡沫铝合金的应变率敏感性不强。
由于泡沫铝合金具有可压缩性，经典的Taylor理论模型已不适用于描述该类材料。在适当假设的基础上建立了泡沫铝合金Taylor撞击实验分析的理论模型，并利用Taylor撞击实验数据验证了该模型的有效性，研究了泡沫铝合金的动态力学特性。实验结果表明，所考察的泡沫铝合金的应变率敏感性不强。
2008, 28(2): 172-177.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0172-06
摘要:
基于纤维增强层合材料的一种三维连续损伤本构模型（continuum damage constitutive model, CDM），采用动态有限元程序LS-DYNA对Kevlar纤维增强层合材料的弹道侵彻过程进行了数值模拟，预测了弹丸的剩余速度以及靶板的变形和破坏模式，给出了弹道冲击下不同损伤模式的分布及演化。通过与实验结果的比较验证了数值计算的有效性和合理性。
基于纤维增强层合材料的一种三维连续损伤本构模型（continuum damage constitutive model, CDM），采用动态有限元程序LS-DYNA对Kevlar纤维增强层合材料的弹道侵彻过程进行了数值模拟，预测了弹丸的剩余速度以及靶板的变形和破坏模式，给出了弹道冲击下不同损伤模式的分布及演化。通过与实验结果的比较验证了数值计算的有效性和合理性。
2008, 28(2): 178-185.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0178-08
摘要:
为考察素混凝土及钢纤维混凝土（钢纤维为平直型与端钩型，体积分数0.01~0.05）抗侵彻贯穿特性，采用12.7 mm弹道炮-测速靶系统开展了初速297~848 m/s的弹道冲击实验，获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度、弹坑直径、靶体（板）破坏形态等实验参数，并利用高速摄影系统记录了靶体（板）的动态破坏过程。实验结果的对比表明，靶板的抗侵彻贯穿性能和破坏模式与钢纤维类型及含量密切相关。当钢纤维体积分数为0.05时,端钩型钢纤维混凝土的侵彻深度与相同强度等级素混凝土相比降低约52%，且贯穿破坏后靶板碎片的数量及飞散角度大幅降低，显示了高含量异型钢纤维混凝土在抗侵彻贯穿方面的适用性。
为考察素混凝土及钢纤维混凝土（钢纤维为平直型与端钩型，体积分数0.01~0.05）抗侵彻贯穿特性，采用12.7 mm弹道炮-测速靶系统开展了初速297~848 m/s的弹道冲击实验，获得了弹丸着靶速度及对应的最大侵彻深度、弹坑直径、靶体（板）破坏形态等实验参数，并利用高速摄影系统记录了靶体（板）的动态破坏过程。实验结果的对比表明，靶板的抗侵彻贯穿性能和破坏模式与钢纤维类型及含量密切相关。当钢纤维体积分数为0.05时,端钩型钢纤维混凝土的侵彻深度与相同强度等级素混凝土相比降低约52%，且贯穿破坏后靶板碎片的数量及飞散角度大幅降低，显示了高含量异型钢纤维混凝土在抗侵彻贯穿方面的适用性。
2008, 28(2): 186-192.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)02-0186-07
摘要:
利用水中爆炸冲击波使水泥试样损伤破坏，模拟爆炸采油时激波使岩石损伤开裂的现象。实验获得了适合本实验条件的激波峰压衰减规律pm8.2(W1/3/R)1.46，得知压碎区尺度为集中装药特征尺度的2～5倍、拉伸损伤区尺度为集中装药特征尺度的20～30倍，激波使水泥试样破碎、拉裂的能量占总能量的2%～7%。
利用水中爆炸冲击波使水泥试样损伤破坏，模拟爆炸采油时激波使岩石损伤开裂的现象。实验获得了适合本实验条件的激波峰压衰减规律pm8.2(W1/3/R)1.46，得知压碎区尺度为集中装药特征尺度的2～5倍、拉伸损伤区尺度为集中装药特征尺度的20～30倍，激波使水泥试样破碎、拉裂的能量占总能量的2%～7%。
