2008年 28卷 第5期
2008, 28(5): 385-390.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0385-06
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本文被引
摘要:
利用高速纹影摄像等技术探讨了密闭管道内不同当量比的甲烷/空气预混气体火焰的传播特征。结果表明，当甲烷含量接近当量值时，预混气体火焰传播中会发生火焰阵面由向未燃区弯曲到向已燃区弯曲的转折过程，逐渐由层流燃烧转变成湍流燃烧，并形成Tulip火焰结构；当甲烷含量偏离当量值一定程度时，预混火焰呈现出典型的层流燃烧特征，不会发生火焰阵面由向未燃区弯曲到向已燃区弯曲的转折过程。Tulip火焰结构形成于火焰传播速度迅速降低的区间里，且只有当减速阶段的最大加速度的绝对值大于某一数值时才能形成；Tulip火焰结构是预混火焰由层流燃烧向湍流燃烧转变的一个中间过程。
利用高速纹影摄像等技术探讨了密闭管道内不同当量比的甲烷/空气预混气体火焰的传播特征。结果表明，当甲烷含量接近当量值时，预混气体火焰传播中会发生火焰阵面由向未燃区弯曲到向已燃区弯曲的转折过程，逐渐由层流燃烧转变成湍流燃烧，并形成Tulip火焰结构；当甲烷含量偏离当量值一定程度时，预混火焰呈现出典型的层流燃烧特征，不会发生火焰阵面由向未燃区弯曲到向已燃区弯曲的转折过程。Tulip火焰结构形成于火焰传播速度迅速降低的区间里，且只有当减速阶段的最大加速度的绝对值大于某一数值时才能形成；Tulip火焰结构是预混火焰由层流燃烧向湍流燃烧转变的一个中间过程。
2008, 28(5): 391-400.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0391-10
摘要:
将水中爆炸气泡运动阶段周围流场假设为无粘、无旋、不可压缩的理想流体，运用边界元法模拟自由场中气泡的运动，在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术，避免因网格扭曲而导致的数值发散，并开发计算程序。计算值与实验值吻合良好，误差小于10%。从自由场水中爆炸气泡的基本现象入手，基于本文中开发的程序系统地研究了自由场中气泡的动力学特性。对流场中不同方位的压力进行分析，得出气泡中心的迁移方向及射流的攻击方向压力载荷比其他方向均大，说明气泡射流的攻击方向压力载荷最大，对水中结构造成严重毁伤，表明了气泡载荷的不对称性。计算了流场中不同位置的速度变化曲线，结果表明随着距气泡中心距离的增大，气泡运动引起的滞后流的速度迅速减小，且随着气泡的膨胀和坍塌，滞后流的方向逆转，总结了滞后流的衰减及变化规律。
将水中爆炸气泡运动阶段周围流场假设为无粘、无旋、不可压缩的理想流体，运用边界元法模拟自由场中气泡的运动，在气泡运动模拟过程中引入数值光顺技术及弹性网格技术，避免因网格扭曲而导致的数值发散，并开发计算程序。计算值与实验值吻合良好，误差小于10%。从自由场水中爆炸气泡的基本现象入手，基于本文中开发的程序系统地研究了自由场中气泡的动力学特性。对流场中不同方位的压力进行分析，得出气泡中心的迁移方向及射流的攻击方向压力载荷比其他方向均大，说明气泡射流的攻击方向压力载荷最大，对水中结构造成严重毁伤，表明了气泡载荷的不对称性。计算了流场中不同位置的速度变化曲线，结果表明随着距气泡中心距离的增大，气泡运动引起的滞后流的速度迅速减小，且随着气泡的膨胀和坍塌，滞后流的方向逆转，总结了滞后流的衰减及变化规律。
2008, 28(5): 401-406.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0401-06
摘要:
给出了二维弯曲爆轰波后产物流场计算方法。爆轰波阵面传播规律满足Detonation Shock Dynamics (DSD)理论并用level set (LS)方法计算，波阵面传播规律与波后流场的耦合通过程序燃烧法实现，反应进程变量可作为LS函数的函数给出。爆轰波从刚性细管道向粗管道传播产生绕射的二维计算结果表明，化学反应速率不影响波后流场分布，只影响反应区结构。此方法可用于钝感炸药的驱动计算问题。
给出了二维弯曲爆轰波后产物流场计算方法。爆轰波阵面传播规律满足Detonation Shock Dynamics (DSD)理论并用level set (LS)方法计算，波阵面传播规律与波后流场的耦合通过程序燃烧法实现，反应进程变量可作为LS函数的函数给出。爆轰波从刚性细管道向粗管道传播产生绕射的二维计算结果表明，化学反应速率不影响波后流场分布，只影响反应区结构。此方法可用于钝感炸药的驱动计算问题。
2008, 28(5): 407-414.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0407-08
摘要:
采用高精度的多介质Ghost-Fluid方法，对马赫数为1.15的激波分别作用于单模大扰动Air-CO2、Air-SF6、Air-N2和Air-He界面后的Richtmyer-Meshkov不稳定现象进行了数值研究，得到了不同时刻扰动界面的演化图像，给出了流场的密度等值线和密度纹影图，同实验结果吻合较好。给出了界面的扰动增长随时间变化的情况，并同理论模型进行了对比。对激波从轻气体进入重气体的情况，扰动增长可采用Sadot模型描述线性阶段和早期非线性阶段；对于弱激波同密度接近的气体界面的相互作用，线性阶段时间较长，可用线性模型描述。
采用高精度的多介质Ghost-Fluid方法，对马赫数为1.15的激波分别作用于单模大扰动Air-CO2、Air-SF6、Air-N2和Air-He界面后的Richtmyer-Meshkov不稳定现象进行了数值研究，得到了不同时刻扰动界面的演化图像，给出了流场的密度等值线和密度纹影图，同实验结果吻合较好。给出了界面的扰动增长随时间变化的情况，并同理论模型进行了对比。对激波从轻气体进入重气体的情况，扰动增长可采用Sadot模型描述线性阶段和早期非线性阶段；对于弱激波同密度接近的气体界面的相互作用，线性阶段时间较长，可用线性模型描述。
2008, 28(5): 415-420.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0415-06
摘要:
对适用于长杆弹在混凝土介质中侵彻和爆炸全过程的三维数值模拟方法和技术进行了研究。描述了进行相应数值模拟的有关方法和关键技术。确定了靶体C30混凝土材料所使用的本构模型及其相应的参数。对卵形头长杆弹在C30混凝土中侵彻到一定深度再爆炸的全物理过程进行了三维数值模拟，分别给出了C30混凝土靶体在侵彻和爆炸作用下的破坏效应图像。将侵彻计算图像与实验结果进行了比较，两者定性符合。
对适用于长杆弹在混凝土介质中侵彻和爆炸全过程的三维数值模拟方法和技术进行了研究。描述了进行相应数值模拟的有关方法和关键技术。确定了靶体C30混凝土材料所使用的本构模型及其相应的参数。对卵形头长杆弹在C30混凝土中侵彻到一定深度再爆炸的全物理过程进行了三维数值模拟，分别给出了C30混凝土靶体在侵彻和爆炸作用下的破坏效应图像。将侵彻计算图像与实验结果进行了比较，两者定性符合。
2008, 28(5): 421-426.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0421-06
摘要:
分别在电子万能实验机和SHPB（split Hopkinson press bar）实验装置上对2D-C/SiC复合材料进行了静态、动态实验，探讨了该材料在10-4~2.8103 s-1的应变率范围内的层向压缩力学性能。实验结果表明，在动态加载条件下，2D-C/SiC复合材料的应力应变呈非线性关系。随着应变率的提高，破坏强度提高、失效应变减小，弹性模量增加。弹性模量与对数应变率基本呈线性关系。提出了一个含有与应变率相关的损伤变量的动态本构方程，该方程与实验结果吻合较好。
分别在电子万能实验机和SHPB（split Hopkinson press bar）实验装置上对2D-C/SiC复合材料进行了静态、动态实验，探讨了该材料在10-4~2.8103 s-1的应变率范围内的层向压缩力学性能。实验结果表明，在动态加载条件下，2D-C/SiC复合材料的应力应变呈非线性关系。随着应变率的提高，破坏强度提高、失效应变减小，弹性模量增加。弹性模量与对数应变率基本呈线性关系。提出了一个含有与应变率相关的损伤变量的动态本构方程，该方程与实验结果吻合较好。
2008, 28(5): 427-432.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0427-06
摘要:
为了高精度地测量空气冲击波形，采用声振耦合分析对该测量系统的频响特性进行了理论计算，并在激波管中进行了动态响应实验。通过上述研究，得出了探头在3个不同量程时的适宜阻尼孔径。结果表明，探头的阻尼孔直径和波形上升时间的计算值与实验值都是基本符合的，并且该测量系统在强爆炸中测得的冲击波压力波形也具有良好的频响特性。
为了高精度地测量空气冲击波形，采用声振耦合分析对该测量系统的频响特性进行了理论计算，并在激波管中进行了动态响应实验。通过上述研究，得出了探头在3个不同量程时的适宜阻尼孔径。结果表明，探头的阻尼孔直径和波形上升时间的计算值与实验值都是基本符合的，并且该测量系统在强爆炸中测得的冲击波压力波形也具有良好的频响特性。
2008, 28(5): 433-437.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0433-05
摘要:
采用高速运动分析系统观察了高能炸药、含铝炸药和温压炸药爆炸产物抛撒的过程；比较了这3种炸药的爆炸产物抛撒运动及后燃特点，通过比较直观地观察到温压炸药爆炸和后燃2个过程，以及后燃火球的成长历程；根据实验结果确定了温压炸药爆炸产物抛撒半径随时间变化的数学表达式。
采用高速运动分析系统观察了高能炸药、含铝炸药和温压炸药爆炸产物抛撒的过程；比较了这3种炸药的爆炸产物抛撒运动及后燃特点，通过比较直观地观察到温压炸药爆炸和后燃2个过程，以及后燃火球的成长历程；根据实验结果确定了温压炸药爆炸产物抛撒半径随时间变化的数学表达式。
2008, 28(5): 438-442.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0438-05
摘要:
采用基于自适应Cartesian网格的level set方法对多介质流动问题进行数值模拟。采用基于四叉树的方法来生成自适应Cartesian网格。采用有限体积法求解Euler方程，控制面通量的计算采用HLLC（Hartern, Lax, van Leer, Contact）近似黎曼解方法。level set方程也采用有限体积法求解，采用Lax-Friedchs方法计算通量，通过窄带方法来减少计算量，界面的处理采用ghost fluid方法。Runge-Kutta显式时间推进，时间、空间都是二阶精度。对两种不同比热比介质激波管问题进行数值模拟，其结果和精确解吻合；对空气/氦气泡相互作用等问题进行模拟，取得令人满意的结果。
采用基于自适应Cartesian网格的level set方法对多介质流动问题进行数值模拟。采用基于四叉树的方法来生成自适应Cartesian网格。采用有限体积法求解Euler方程，控制面通量的计算采用HLLC（Hartern, Lax, van Leer, Contact）近似黎曼解方法。level set方程也采用有限体积法求解，采用Lax-Friedchs方法计算通量，通过窄带方法来减少计算量，界面的处理采用ghost fluid方法。Runge-Kutta显式时间推进，时间、空间都是二阶精度。对两种不同比热比介质激波管问题进行数值模拟，其结果和精确解吻合；对空气/氦气泡相互作用等问题进行模拟，取得令人满意的结果。
2008, 28(5): 443-447.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0443-05
摘要:
基于微损伤发展的NAG(nucleation and growth)模型，从唯相角度，得到了一种微孔洞损伤演化方程。在考虑损伤软化和温度软化的基础上得到了材料含损伤本构关系。将损伤演化方程和材料本构关系引入ABAQUS有限元软件对D6AC和921两种钢板撞击层裂问题进行数值模拟。模拟结果与实验结果吻合。
基于微损伤发展的NAG(nucleation and growth)模型，从唯相角度，得到了一种微孔洞损伤演化方程。在考虑损伤软化和温度软化的基础上得到了材料含损伤本构关系。将损伤演化方程和材料本构关系引入ABAQUS有限元软件对D6AC和921两种钢板撞击层裂问题进行数值模拟。模拟结果与实验结果吻合。
2008, 28(5): 448-454.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0448-07
摘要:
针对SHPB试验中试件的轴向应力均匀性问题，采用一维弹性波理论，推导了具有任意形状前沿的入射波加载下，试件内应力的时空分布计算公式。以脉冲前沿的上升时间为参数，将矩形、梯形和坡形3种典型的输入脉冲统一表示为梯形波的形式，计算了不同入射波上升时间和不同试件-压杆波阻抗比情况下试件中的应力传播过程，得到了相应的应力均匀度时程曲线以及应力平衡时间。分析了入射波上升时间和试件-压杆波阻抗比对应力平衡时间的影响，得到了一些有意义的认识，为SHPB试验的设计与分析提供了一定的理论依据。
针对SHPB试验中试件的轴向应力均匀性问题，采用一维弹性波理论，推导了具有任意形状前沿的入射波加载下，试件内应力的时空分布计算公式。以脉冲前沿的上升时间为参数，将矩形、梯形和坡形3种典型的输入脉冲统一表示为梯形波的形式，计算了不同入射波上升时间和不同试件-压杆波阻抗比情况下试件中的应力传播过程，得到了相应的应力均匀度时程曲线以及应力平衡时间。分析了入射波上升时间和试件-压杆波阻抗比对应力平衡时间的影响，得到了一些有意义的认识，为SHPB试验的设计与分析提供了一定的理论依据。
2008, 28(5): 455-461.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0455-07
摘要:
介绍了设计的新型圆台式压头及配套的衬片加载部件，推导了采用新的加载部件进行冲击断裂实验时的断裂韧度计算公式。采用SHPB实验装置，用新加载部件对带有V形切口的无烟煤短棒试件的裂纹尖端施加拉伸载荷，测定了无烟煤的动态断裂韧度。结合准静态实验数据得到了无烟煤断裂韧度随加载率lg(dF/dt)的总体变化规律:当lg(dF/dt)6时，无烟煤的断裂韧度缓慢上升，但当lg(dF/dt)6以后，无烟煤的断裂韧度随加载率的增加快速增大。实验表明：圆台式加载比刀刃式加载更具优越性和适应性，是测试岩石类材料短棒试件动态断裂韧度较好的方法。
介绍了设计的新型圆台式压头及配套的衬片加载部件，推导了采用新的加载部件进行冲击断裂实验时的断裂韧度计算公式。采用SHPB实验装置，用新加载部件对带有V形切口的无烟煤短棒试件的裂纹尖端施加拉伸载荷，测定了无烟煤的动态断裂韧度。结合准静态实验数据得到了无烟煤断裂韧度随加载率lg(dF/dt)的总体变化规律:当lg(dF/dt)6时，无烟煤的断裂韧度缓慢上升，但当lg(dF/dt)6以后，无烟煤的断裂韧度随加载率的增加快速增大。实验表明：圆台式加载比刀刃式加载更具优越性和适应性，是测试岩石类材料短棒试件动态断裂韧度较好的方法。
2008, 28(5): 462-466.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0462-05
摘要:
通过热处理方式制备了3种不同晶粒度的纯铝样品。利用分离式霍普金森压杆加载装置测量了3种纯铝在应变率102～104 s-1范围内的应力应变曲线。实验曲线表明,纯铝的屈服应力和流动应力随晶粒度的增大而减小；根据实验数据拟合了纯铝在动态下的Hall-Petch公式。同时采用一级轻气炮对3种纯铝进行了层裂实验，结果表明晶粒度对纯铝的层裂特性几乎没有影响。
通过热处理方式制备了3种不同晶粒度的纯铝样品。利用分离式霍普金森压杆加载装置测量了3种纯铝在应变率102～104 s-1范围内的应力应变曲线。实验曲线表明,纯铝的屈服应力和流动应力随晶粒度的增大而减小；根据实验数据拟合了纯铝在动态下的Hall-Petch公式。同时采用一级轻气炮对3种纯铝进行了层裂实验，结果表明晶粒度对纯铝的层裂特性几乎没有影响。
2008, 28(5): 467-470.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0467-04
摘要:
为提高铵油炸药(ANFO)雷管起爆感度和作功能力，向ANFO中加入不同的添加剂。借鉴板痕试验原理，设计了用于比较ANFO雷管起爆感度和作功能力的试验装置和方法，采用该方法测试了含添加剂的改性ANFO的起爆感度和作功能力。实验结果表明，所选择的几种添加剂对ANFO雷管起爆均有敏化作用，同时也都能提高ANFO的作功能力，其中Al、高氯酸铵(AP)提高ANFO作功能力的效果比NaNO2、玻璃微球和AC发泡剂更显著。分析了添加剂对ANFO雷管起爆感度和作用能力影响的机理。
为提高铵油炸药(ANFO)雷管起爆感度和作功能力，向ANFO中加入不同的添加剂。借鉴板痕试验原理，设计了用于比较ANFO雷管起爆感度和作功能力的试验装置和方法，采用该方法测试了含添加剂的改性ANFO的起爆感度和作功能力。实验结果表明，所选择的几种添加剂对ANFO雷管起爆均有敏化作用，同时也都能提高ANFO的作功能力，其中Al、高氯酸铵(AP)提高ANFO作功能力的效果比NaNO2、玻璃微球和AC发泡剂更显著。分析了添加剂对ANFO雷管起爆感度和作用能力影响的机理。
2008, 28(5): 471-475.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0471-05
摘要:
根据温压炸药的爆炸特性，采用红外热成像仪研究温压炸药的爆炸温度。通过对实验结果的分析发现，与等量TNT相比，温压炸药爆炸云团温度较高，高温持续时间是TNT的2~5倍，高温云团体积可达TNT的2~10倍，体现了温压炸药相对于传统高能炸药的温度场优势。药剂被引发后所形成的高温环境，足以维持其中铝粉的后续快速燃烧反应，从而为增强爆炸冲击波提供帮助。
根据温压炸药的爆炸特性，采用红外热成像仪研究温压炸药的爆炸温度。通过对实验结果的分析发现，与等量TNT相比，温压炸药爆炸云团温度较高，高温持续时间是TNT的2~5倍，高温云团体积可达TNT的2~10倍，体现了温压炸药相对于传统高能炸药的温度场优势。药剂被引发后所形成的高温环境，足以维持其中铝粉的后续快速燃烧反应，从而为增强爆炸冲击波提供帮助。
2008, 28(5): 476-480.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)05-0476-05
摘要:
根据大型舰船的多层防护结构，制作了具有多层隔舱的模型，在外层板中心分别进行了3种药量的接触爆炸。通过分析破口的形状、破坏程度来研究舰船多层防护的作用。通过试验得出，多层防护的空舱对爆轰产物和爆炸冲击波具有良好的膨胀衰减作用，液舱则对粒子流、爆轰产物和冲击波的衰减作用明显。舰船的多层防护体系对减小爆炸冲击的损伤具有重要作用。
根据大型舰船的多层防护结构，制作了具有多层隔舱的模型，在外层板中心分别进行了3种药量的接触爆炸。通过分析破口的形状、破坏程度来研究舰船多层防护的作用。通过试验得出，多层防护的空舱对爆轰产物和爆炸冲击波具有良好的膨胀衰减作用，液舱则对粒子流、爆轰产物和冲击波的衰减作用明显。舰船的多层防护体系对减小爆炸冲击的损伤具有重要作用。
