2008年 28卷 第6期
2008, 28(6): 481-487.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0481-07
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本文被引
摘要:
通过实验比较了理想球形钨珠和经历爆轰驱动的钨珠（初始为球形）主要终点弹道性能的差异，结果表明：(1) 钨珠经爆轰驱动后，发生轻微的质量损失和变形现象，直径6.0 mm和7.5 mm钨珠的质量损失平均为8.4%；(2) 对于理想球形钨珠，在同一初始速度条件下，衰减系数为常数，空气阻力系数仅与初始速度有关，两者成线性关系，而对于经历爆轰驱动的钨珠，衰减系数不再为常数，空气阻力系数与飞行速度有关，两者成线性关系；(3) 爆轰驱动明显降低了钨珠的穿甲能力，但长距离飞行后，钨珠仍具有较强的穿甲能力，是破片式战斗部或杀爆战斗部较理想的选择。
通过实验比较了理想球形钨珠和经历爆轰驱动的钨珠（初始为球形）主要终点弹道性能的差异，结果表明：(1) 钨珠经爆轰驱动后，发生轻微的质量损失和变形现象，直径6.0 mm和7.5 mm钨珠的质量损失平均为8.4%；(2) 对于理想球形钨珠，在同一初始速度条件下，衰减系数为常数，空气阻力系数仅与初始速度有关，两者成线性关系，而对于经历爆轰驱动的钨珠，衰减系数不再为常数，空气阻力系数与飞行速度有关，两者成线性关系；(3) 爆轰驱动明显降低了钨珠的穿甲能力，但长距离飞行后，钨珠仍具有较强的穿甲能力，是破片式战斗部或杀爆战斗部较理想的选择。
2008, 28(6): 488-493.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0488-06
摘要:
用离散元法在颗粒尺度模拟了塑料粘接炸药的冲击响应。炸药的细观结构基于Voronoi拼图建成。以含孔洞和不含孔洞的炸药模型为例，说明细观结构对热点的形成和分布有重要影响。在这些算例中，粘塑性变形是温度局域化的主要原因，而摩擦和体积粘性等机制可以忽略。
用离散元法在颗粒尺度模拟了塑料粘接炸药的冲击响应。炸药的细观结构基于Voronoi拼图建成。以含孔洞和不含孔洞的炸药模型为例，说明细观结构对热点的形成和分布有重要影响。在这些算例中，粘塑性变形是温度局域化的主要原因，而摩擦和体积粘性等机制可以忽略。
2008, 28(6): 494-502.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0494-09
摘要:
研究了面内冲击载荷作用下胞元微拓扑结构对蜂窝材料动态冲击性能的影响。首先，在胞元边长、厚度一致的条件下，讨论了不同形状胞元、以及胞元形状相同但排列方式不同的蜂窝材料的动态冲击性能，并给出了试件及其微结构的动态演化过程。在此基础上，讨论了胞元微观排列方式对蜂窝材料的能量吸收能力的影响。计算结果表明，除了胞元基本结构参数（边长、壁厚等），胞元形状及排布方式也是影响蜂窝材料动态性能的重要因素。由于三角形单胞的稳定性，三角形填充蜂窝材料与四边形填充蜂窝材料相比，表现出更强的能量吸收能力。而交错排布则对应着更加均匀的变形和稳定的平台区。同时，局部拓扑结构的变化，交错排布的试件在冲击压缩的过程中表现出独特的颈缩现象。此结论将为蜂窝材料微结构的动力学优化设计提供指导和依据。
研究了面内冲击载荷作用下胞元微拓扑结构对蜂窝材料动态冲击性能的影响。首先，在胞元边长、厚度一致的条件下，讨论了不同形状胞元、以及胞元形状相同但排列方式不同的蜂窝材料的动态冲击性能，并给出了试件及其微结构的动态演化过程。在此基础上，讨论了胞元微观排列方式对蜂窝材料的能量吸收能力的影响。计算结果表明，除了胞元基本结构参数（边长、壁厚等），胞元形状及排布方式也是影响蜂窝材料动态性能的重要因素。由于三角形单胞的稳定性，三角形填充蜂窝材料与四边形填充蜂窝材料相比，表现出更强的能量吸收能力。而交错排布则对应着更加均匀的变形和稳定的平台区。同时，局部拓扑结构的变化，交错排布的试件在冲击压缩的过程中表现出独特的颈缩现象。此结论将为蜂窝材料微结构的动力学优化设计提供指导和依据。
2008, 28(6): 503-506.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0503-04
摘要:
采用激光速度干涉仪（VISAR）和X光联合测试技术，在冲击压力远高于相变应力加载下，实验研究低相变阈值金属FeMnNi合金的相变层裂特性，结果发现等厚对称碰撞加载下FeMnNi合金出现反常的层裂行为。针对该反常的层裂行为，利用塑性波、相变波、稀疏波和逆相变引发的稀疏冲击波的相互作用过程进行分析，结果表明，该实验状态下FeMnNi合金样品存在相变和逆相变行为，逆相变引发的稀疏冲击波是导致反常层裂行为的主要因素。
采用激光速度干涉仪（VISAR）和X光联合测试技术，在冲击压力远高于相变应力加载下，实验研究低相变阈值金属FeMnNi合金的相变层裂特性，结果发现等厚对称碰撞加载下FeMnNi合金出现反常的层裂行为。针对该反常的层裂行为，利用塑性波、相变波、稀疏波和逆相变引发的稀疏冲击波的相互作用过程进行分析，结果表明，该实验状态下FeMnNi合金样品存在相变和逆相变行为，逆相变引发的稀疏冲击波是导致反常层裂行为的主要因素。
2008, 28(6): 507-514.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0507-08
摘要:
采用基于时域粘弹性人工边界的Rayleigh波输入方法，对具有不同宽度、不同剪切波速的垂直断层破碎带的场地进行了Rayleigh波作用下的动力时程反应分析，研究了垂直断层的宽度与剪切波速变化对Rayleigh波传播及场地地震动反应的影响。计算结果表明：在Rayleigh波入射一侧的中远场地表面，断层宽度与剪切波速的变化对地面峰值位移反应影响很小；在Rayleigh波入射一侧的断层角点以及距角点较近处，随着断层宽度的增大或剪切波速的减小，峰值位移反应均增大；在另一侧中远场地面的峰值位移反应随着断层宽度的增大或剪切波速的减小而减小，且水平位移峰值减小的程度略大于竖向位移峰值。由此可以看到，软弱的断层破碎带对通过的Rayleigh波有削弱作用，且破碎带越宽或剪切波速越小削弱作用越明显。
采用基于时域粘弹性人工边界的Rayleigh波输入方法，对具有不同宽度、不同剪切波速的垂直断层破碎带的场地进行了Rayleigh波作用下的动力时程反应分析，研究了垂直断层的宽度与剪切波速变化对Rayleigh波传播及场地地震动反应的影响。计算结果表明：在Rayleigh波入射一侧的中远场地表面，断层宽度与剪切波速的变化对地面峰值位移反应影响很小；在Rayleigh波入射一侧的断层角点以及距角点较近处，随着断层宽度的增大或剪切波速的减小，峰值位移反应均增大；在另一侧中远场地面的峰值位移反应随着断层宽度的增大或剪切波速的减小而减小，且水平位移峰值减小的程度略大于竖向位移峰值。由此可以看到，软弱的断层破碎带对通过的Rayleigh波有削弱作用，且破碎带越宽或剪切波速越小削弱作用越明显。
2008, 28(6): 515-520.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0515-06
摘要:
采用有限元与离散元相结合的方法模拟了塑料粘结炸药在冲击载荷下热点生成的细观过程,计算中炸药晶体采用有限元法，粘结剂采用离散元法。结果表明热点多集中在晶体间变形较大的粘结剂部分，粘结剂与晶体间冲击波的相互作用是热点生成的重要原因；HMX晶体温度明显低于粘结剂，且晶体边界温度高于内部温度。
采用有限元与离散元相结合的方法模拟了塑料粘结炸药在冲击载荷下热点生成的细观过程,计算中炸药晶体采用有限元法，粘结剂采用离散元法。结果表明热点多集中在晶体间变形较大的粘结剂部分，粘结剂与晶体间冲击波的相互作用是热点生成的重要原因；HMX晶体温度明显低于粘结剂，且晶体边界温度高于内部温度。
2008, 28(6): 521-526.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0521-06
摘要:
考虑介质处于内摩擦状态下，利用球腔膨胀理论及内摩擦介质侵彻近区运动方程求得刚性弹体在侵彻过程中的阻力。在此基础上，考虑自由表面对弹体斜侵彻的影响，将斜侵彻分为3个阶段，推导了斜向侵入弹体表面上任一点的应力公式，进而得出了新的刚性弹体的斜侵彻解析解。该解与别列赞公式在形式上一致，计算结果也符合较好，从而在理论上对别列赞经验公式进行了解释。
考虑介质处于内摩擦状态下，利用球腔膨胀理论及内摩擦介质侵彻近区运动方程求得刚性弹体在侵彻过程中的阻力。在此基础上，考虑自由表面对弹体斜侵彻的影响，将斜侵彻分为3个阶段，推导了斜向侵入弹体表面上任一点的应力公式，进而得出了新的刚性弹体的斜侵彻解析解。该解与别列赞公式在形式上一致，计算结果也符合较好，从而在理论上对别列赞经验公式进行了解释。
2008, 28(6): 527-531.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0527-05
摘要:
利用带有温度调控系统的SHPB实验装置测定了0Cr17Mn5Ni4Mo3Al不锈钢在3种应变率(300、1 000、2 700 s-1)、4种环境温度（25、300、500和700 ℃）下的应力应变关系；在液压伺服材料试验机(MTS)上进行了3种温度下的准静态（0.0005 s-1）压缩实验。实验结果表明：该不锈钢有明显的应变率强化效应和温度软化效应，并且随着环境温度的升高，应变率强化效应减弱。对Johnson-Cook模型进行了修正，考虑了冲击过程中绝热温升引起的软化效应。修正后的Johnson-Cook模型与实验结果吻合较好。
利用带有温度调控系统的SHPB实验装置测定了0Cr17Mn5Ni4Mo3Al不锈钢在3种应变率(300、1 000、2 700 s-1)、4种环境温度（25、300、500和700 ℃）下的应力应变关系；在液压伺服材料试验机(MTS)上进行了3种温度下的准静态（0.0005 s-1）压缩实验。实验结果表明：该不锈钢有明显的应变率强化效应和温度软化效应，并且随着环境温度的升高，应变率强化效应减弱。对Johnson-Cook模型进行了修正，考虑了冲击过程中绝热温升引起的软化效应。修正后的Johnson-Cook模型与实验结果吻合较好。
2008, 28(6): 532-538.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0532-07
摘要:
采用60％的超细工业废渣取代水泥制备了抗压强度达200 MPa的生态型活性粉末混凝土（RPC），采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的RPC材料进行了4种方式的多次冲击压缩实验。定义了材料多次冲击压缩标准化强度，揭示了冲击次数、冲击方式、纤维掺量对材料抗多次冲击性能的影响规律。研究表明随着纤维掺量的提高，材料抗多次冲击的能力不断提高。随着冲击次数的增加，材料的损伤程度不断增大，标准化强度不断下降。随着冲击方式的改变，材料首次冲击的损伤增加，第2次和第3次冲击下材料峰值应力下降速度提高。
采用60％的超细工业废渣取代水泥制备了抗压强度达200 MPa的生态型活性粉末混凝土（RPC），采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维掺量的RPC材料进行了4种方式的多次冲击压缩实验。定义了材料多次冲击压缩标准化强度，揭示了冲击次数、冲击方式、纤维掺量对材料抗多次冲击性能的影响规律。研究表明随着纤维掺量的提高，材料抗多次冲击的能力不断提高。随着冲击次数的增加，材料的损伤程度不断增大，标准化强度不断下降。随着冲击方式的改变，材料首次冲击的损伤增加，第2次和第3次冲击下材料峰值应力下降速度提高。
2008, 28(6): 539-543.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0539-05
摘要:
通过TNT药柱水中爆炸实验，建立了利用高速相机测量水中爆炸近场冲击波的实验方法，得到了药柱轴向的扫描图像，并对图像进行了数字化分析；利用Rankine-Hugoniot关系从冲击波的扫描轨迹求得冲击波阵面压力，并外推至冲击波的初始压力；用LS-DYNA计算了柱形装药近场压力沿轴向的衰减曲线；用锰铜压力传感器测量了冲击波的初始压力。研究结果表明，测试结果与计算结果比较符合，TNT药柱的近场轴向压力遵循指数衰减规律。
通过TNT药柱水中爆炸实验，建立了利用高速相机测量水中爆炸近场冲击波的实验方法，得到了药柱轴向的扫描图像，并对图像进行了数字化分析；利用Rankine-Hugoniot关系从冲击波的扫描轨迹求得冲击波阵面压力，并外推至冲击波的初始压力；用LS-DYNA计算了柱形装药近场压力沿轴向的衰减曲线；用锰铜压力传感器测量了冲击波的初始压力。研究结果表明，测试结果与计算结果比较符合，TNT药柱的近场轴向压力遵循指数衰减规律。
2008, 28(6): 544-551.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0544-08
摘要:
采用两种圆孔裂缝平台巴西圆盘试件(一种为直径分别为42、80、122、155 mm的几何相似试件，另一种为直径80 mm、仅裂缝长度不同的单一尺寸试件)对岩石动态断裂韧度的尺寸效应进行了研究。给出了在霍普金森压杆系统上对试件进行径向撞击产生的应变波形和断裂模式。实验结果表明，对于几何相似试件，动态断裂韧度的测试值随着尺寸的增大而增大，而对于单一尺寸试件，其测试值随着中心裂缝长度的增加呈现先增大后减小的趋势。裂缝前端的断裂过程区长度和孕育时间是岩石动态断裂韧度测试值表现为尺寸效应的主要原因，为了减小尺寸效应，建立了考虑这两个参数在空间-时间域对动态应力强度因子的分布进行积分后再平均来确定岩石动态断裂韧度的方法。
采用两种圆孔裂缝平台巴西圆盘试件(一种为直径分别为42、80、122、155 mm的几何相似试件，另一种为直径80 mm、仅裂缝长度不同的单一尺寸试件)对岩石动态断裂韧度的尺寸效应进行了研究。给出了在霍普金森压杆系统上对试件进行径向撞击产生的应变波形和断裂模式。实验结果表明，对于几何相似试件，动态断裂韧度的测试值随着尺寸的增大而增大，而对于单一尺寸试件，其测试值随着中心裂缝长度的增加呈现先增大后减小的趋势。裂缝前端的断裂过程区长度和孕育时间是岩石动态断裂韧度测试值表现为尺寸效应的主要原因，为了减小尺寸效应，建立了考虑这两个参数在空间-时间域对动态应力强度因子的分布进行积分后再平均来确定岩石动态断裂韧度的方法。
2008, 28(6): 552-556.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0552-05
摘要:
采用复变函数法和多极坐标方法，研究了弯曲波对含有多圆孔薄板的散射问题。通过板的弯曲波动方程和内力方程的推导，求出在入射弯曲波条件下该问题的一般解的函数逼近序列和边界条件的表达式。用展开正交函数的方法将待解的问题归结为对一组无穷代数方程组的求解。最后，给出了含3圆孔薄板的孔边动应力集中系数的结果，并分析了孔间距和波数对动应力分布的影响。
采用复变函数法和多极坐标方法，研究了弯曲波对含有多圆孔薄板的散射问题。通过板的弯曲波动方程和内力方程的推导，求出在入射弯曲波条件下该问题的一般解的函数逼近序列和边界条件的表达式。用展开正交函数的方法将待解的问题归结为对一组无穷代数方程组的求解。最后，给出了含3圆孔薄板的孔边动应力集中系数的结果，并分析了孔间距和波数对动应力分布的影响。
2008, 28(6): 557-560.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0557-04
摘要:
利用柔爆索爆炸加载模拟脉冲X射线辐照产生的汽化反冲冲量进行结构响应实验研究，需要对柔爆索载荷的分布特征进行直接的实验测定。按照优化设计结果在圆柱壳体周围排布一定数量的柔爆索，测量柔爆索爆炸在圆柱壳体表面不同角度处产生的冲量。测量结果表明通过优化设计柔爆索间距及柔爆索与圆柱壳体之间的距离可得到沿圆柱壳体周向呈余弦分布的冲量载荷。
利用柔爆索爆炸加载模拟脉冲X射线辐照产生的汽化反冲冲量进行结构响应实验研究，需要对柔爆索载荷的分布特征进行直接的实验测定。按照优化设计结果在圆柱壳体周围排布一定数量的柔爆索，测量柔爆索爆炸在圆柱壳体表面不同角度处产生的冲量。测量结果表明通过优化设计柔爆索间距及柔爆索与圆柱壳体之间的距离可得到沿圆柱壳体周向呈余弦分布的冲量载荷。
2008, 28(6): 561-564.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0561-04
摘要:
水泥砂浆等脆性材料的力学性能与所受围压的大小密切相关。为了研究水泥砂浆在围压下的动态力学性能，研制了适于分立式Hopkinson压杆加载的主动围压装置，最大预加载主动围压大于30 MPa。实验得到了水泥砂浆在不同围压、不同应变率下的轴向应力应变曲线，发现材料在围压作用下抗压强度和韧性大大提高并且整体进入了伪塑性，而材料的应变率效应也是显著的。
水泥砂浆等脆性材料的力学性能与所受围压的大小密切相关。为了研究水泥砂浆在围压下的动态力学性能，研制了适于分立式Hopkinson压杆加载的主动围压装置，最大预加载主动围压大于30 MPa。实验得到了水泥砂浆在不同围压、不同应变率下的轴向应力应变曲线，发现材料在围压作用下抗压强度和韧性大大提高并且整体进入了伪塑性，而材料的应变率效应也是显著的。
2008, 28(6): 565-571.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0565-07
摘要:
针对顺倾岩质边坡爆破引起软弱夹层冲刷、压密而影响边坡稳定的问题，应用爆轰气体等熵绝热膨胀理论，建立深孔爆破过程中软弱顺倾边坡的准静态力学模型，导出了爆炸作用在软弱夹层内形成爆腔后的准静态压力和软弱层临界层裂长度计算公式。通过分析爆轰气体楔入层面内对边坡岩体产生的抬动作用，推得了边坡潜在滑体的稳定系数与装药参数、岩体力学参数和边坡几何尺寸的定量关系。将提出的准静态力学模型应用于两个典型顺倾岩质边坡的爆破动力稳定分析，得到了与工程实际相符合的计算结果。
针对顺倾岩质边坡爆破引起软弱夹层冲刷、压密而影响边坡稳定的问题，应用爆轰气体等熵绝热膨胀理论，建立深孔爆破过程中软弱顺倾边坡的准静态力学模型，导出了爆炸作用在软弱夹层内形成爆腔后的准静态压力和软弱层临界层裂长度计算公式。通过分析爆轰气体楔入层面内对边坡岩体产生的抬动作用，推得了边坡潜在滑体的稳定系数与装药参数、岩体力学参数和边坡几何尺寸的定量关系。将提出的准静态力学模型应用于两个典型顺倾岩质边坡的爆破动力稳定分析，得到了与工程实际相符合的计算结果。
2008, 28(6): 572-576.
doi: 10.11883/1001-1455(2008)06-0572-05
摘要:
在实验水箱中采用高速摄影技术获得了炸药水中爆炸气泡脉动过程图像。实验结果表明：短长径比（1.05）PETN炸药水中爆炸产生的气泡形状近似球形，气泡脉动周期和半径随炸药质量的增加而增大。在膨胀阶段，气泡中心位置保持不变，随着体积的不断缩小，气泡上浮越来越明显。受重力影响，气泡下表面收缩速度高于上表面，在收缩至最小时下表面向上冲顶，气泡溃灭形成水射流。
在实验水箱中采用高速摄影技术获得了炸药水中爆炸气泡脉动过程图像。实验结果表明：短长径比（1.05）PETN炸药水中爆炸产生的气泡形状近似球形，气泡脉动周期和半径随炸药质量的增加而增大。在膨胀阶段，气泡中心位置保持不变，随着体积的不断缩小，气泡上浮越来越明显。受重力影响，气泡下表面收缩速度高于上表面，在收缩至最小时下表面向上冲顶，气泡溃灭形成水射流。
