2009年 29卷 第6期
2009, 29(6): 561-565.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0561-05
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本文被引
摘要:
提出并设计了用于研究材料在冲击拉伸加载下损伤演化过程的缺口膨胀环实验。通过数值模拟研究了缺口膨胀环的拉伸加载历程。研究表明,缺口膨胀环各位置经历拉伸加载时间的长度由其与缺口之间的距离决定，但加载时间长度不能简单按Mott卸载波的传播时间来估计，需要借助膨胀环各位置的速度历史来确定。
提出并设计了用于研究材料在冲击拉伸加载下损伤演化过程的缺口膨胀环实验。通过数值模拟研究了缺口膨胀环的拉伸加载历程。研究表明,缺口膨胀环各位置经历拉伸加载时间的长度由其与缺口之间的距离决定，但加载时间长度不能简单按Mott卸载波的传播时间来估计，需要借助膨胀环各位置的速度历史来确定。
2009, 29(6): 566-572.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0566-07
摘要:
结合复兴东路越江隧道浦西引导段地下连续墙爆破施工工程，给出了爆破施工对既有隧道振动影响的监测方案，包括测点布置、测试方法、测振系统。基于爆破振动监测数据，分析了3次不同位置和药量爆破下各测点的振动波形、速度、加速度响应、主频及主频域，根据判别标准得出了隧道在爆破振动下接近安全值底线的结论，同时归纳出不同爆破振动下结构的响应频谱特性，研究结果可为类似工程提供参考。
结合复兴东路越江隧道浦西引导段地下连续墙爆破施工工程，给出了爆破施工对既有隧道振动影响的监测方案，包括测点布置、测试方法、测振系统。基于爆破振动监测数据，分析了3次不同位置和药量爆破下各测点的振动波形、速度、加速度响应、主频及主频域，根据判别标准得出了隧道在爆破振动下接近安全值底线的结论，同时归纳出不同爆破振动下结构的响应频谱特性，研究结果可为类似工程提供参考。
2009, 29(6): 573-578.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0573-06
摘要:
采用SHPB（split Hopkinson pressure bar）实验技术测量了3种不同尺寸纯铁试样的动态压缩应力应变关系，根据实验结果提出一个经验模型,定量分析了SHPB实验中压杆/试样表面接触变形对应变测量的影响。分析表明，在轴向应力平衡条件下，表面的接触变形对弹性段的应变测量影响显著；对塑性段应变测量的影响与试样的强化模量和长度相关，当试样强化模量较大而长度较小时，这种影响将不可忽略，可根据影响量的经验分析模型对应变进行修正。
采用SHPB（split Hopkinson pressure bar）实验技术测量了3种不同尺寸纯铁试样的动态压缩应力应变关系，根据实验结果提出一个经验模型,定量分析了SHPB实验中压杆/试样表面接触变形对应变测量的影响。分析表明，在轴向应力平衡条件下，表面的接触变形对弹性段的应变测量影响显著；对塑性段应变测量的影响与试样的强化模量和长度相关，当试样强化模量较大而长度较小时，这种影响将不可忽略，可根据影响量的经验分析模型对应变进行修正。
2009, 29(6): 579-583.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0579-05
摘要:
对JOB-9003进行了SHPB压杆实验和逆向Taylor柱实验，研究其在冲击载荷下的动态特性，为进行JOB-9003的本构模型研究提供实验数据基础。通过对SHPB实验获得的应力应变曲线分析得出：在中低应变率范围，JOB-9003应变率对应力的影响成线性关系。通过对逆向Taylor柱实验获得的变形照片分析，发现破坏损伤对材料的力学性能影响显著，不可忽略。利用Taylor实验的结果对SHPB实验中获得的本构模型进行校核，发现该本构模型并不能准确描述处于高应变率下的材料压缩变形。
对JOB-9003进行了SHPB压杆实验和逆向Taylor柱实验，研究其在冲击载荷下的动态特性，为进行JOB-9003的本构模型研究提供实验数据基础。通过对SHPB实验获得的应力应变曲线分析得出：在中低应变率范围，JOB-9003应变率对应力的影响成线性关系。通过对逆向Taylor柱实验获得的变形照片分析，发现破坏损伤对材料的力学性能影响显著，不可忽略。利用Taylor实验的结果对SHPB实验中获得的本构模型进行校核，发现该本构模型并不能准确描述处于高应变率下的材料压缩变形。
2009, 29(6): 584-589.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0584-06
摘要:
根据刚性弹侵彻动力学的量纲一侵彻深度公式，分析了刚性弹侵彻过程中弹丸所受的靶板阻力，并从冲量角度讨论了常阻力假设适用的撞击速度阈值vc，得出统一的表达式，求出了针对不同弹靶系统的相应vc值。根据相关数值模拟结果，进一步验证了所求vc值的正确性，同时也检验了不同侵彻深度公式的适用范围。
根据刚性弹侵彻动力学的量纲一侵彻深度公式，分析了刚性弹侵彻过程中弹丸所受的靶板阻力，并从冲量角度讨论了常阻力假设适用的撞击速度阈值vc，得出统一的表达式，求出了针对不同弹靶系统的相应vc值。根据相关数值模拟结果，进一步验证了所求vc值的正确性，同时也检验了不同侵彻深度公式的适用范围。
2009, 29(6): 590-595.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0590-06
摘要:
采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层合板作为内、外面板，以PVC泡沫作为芯材，构造了双层夹芯复合材料结构。采用落锤冲击实验，得到了冲击过程的撞击力历史；研究了在不同的冲击能量下，双层夹芯结构的冲击响应及内面板位置对双层夹芯结构冲击响应的影响。实验结果表明，内面板的引入及内面板的位置显著影响双层夹芯结构的撞击力历史，根据该撞击力历史可以优化设计出抗冲击性能优异的新型双层夹芯复合材料结构。
采用玻璃纤维增强环氧树脂复合材料层合板作为内、外面板，以PVC泡沫作为芯材，构造了双层夹芯复合材料结构。采用落锤冲击实验，得到了冲击过程的撞击力历史；研究了在不同的冲击能量下，双层夹芯结构的冲击响应及内面板位置对双层夹芯结构冲击响应的影响。实验结果表明，内面板的引入及内面板的位置显著影响双层夹芯结构的撞击力历史，根据该撞击力历史可以优化设计出抗冲击性能优异的新型双层夹芯复合材料结构。
2009, 29(6): 596-600.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0596-05
摘要:
针对膨胀环的碎裂问题，以Mott碎裂理论和Grady能量平衡理论为基础，利用裂纹张开位移碎裂模型（crack opening displacement model，COD）描述脆性无氧铜环的碎裂特性，并推导了碎片尺寸和数目表达式。利用电磁膨胀环加载技术，完成了不同应变率的脆性无氧铜（TU1）环碎裂实验，实验结果与理论计算结果符合较好，可为脆性金属环膨胀碎裂特性描述提供参考。
针对膨胀环的碎裂问题，以Mott碎裂理论和Grady能量平衡理论为基础，利用裂纹张开位移碎裂模型（crack opening displacement model，COD）描述脆性无氧铜环的碎裂特性，并推导了碎片尺寸和数目表达式。利用电磁膨胀环加载技术，完成了不同应变率的脆性无氧铜（TU1）环碎裂实验，实验结果与理论计算结果符合较好，可为脆性金属环膨胀碎裂特性描述提供参考。
2009, 29(6): 601-606.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0601-06
摘要:
利用CE/SE(conservation element and solution element )格式研究了柱面会聚波在气体中传播时间断面的不稳定问题和波阵面的演变问题，并利用level set函数追踪了驱动气体与低压气体间断面的发展过程。得到了间断面的Rayleigh-Taylor(R-T)和Richtmyer-Meshkov(R-M)不稳定性发展成典型的尖钉和气泡结构的图像，初始正弦扰动下的会聚波产生尖角和尖瓣结构。结果表明，CE/SE格式在涉及会聚波的数值计算中是可行的。
利用CE/SE(conservation element and solution element )格式研究了柱面会聚波在气体中传播时间断面的不稳定问题和波阵面的演变问题，并利用level set函数追踪了驱动气体与低压气体间断面的发展过程。得到了间断面的Rayleigh-Taylor(R-T)和Richtmyer-Meshkov(R-M)不稳定性发展成典型的尖钉和气泡结构的图像，初始正弦扰动下的会聚波产生尖角和尖瓣结构。结果表明，CE/SE格式在涉及会聚波的数值计算中是可行的。
2009, 29(6): 607-612.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0607-06
摘要:
针对传统光滑粒子法在计算高速碰撞问题时会出现近邻粒子逸出核函数影响域而产生数值破坏这一缺陷，提出了一种根据粒子间距变化自动添加、合并粒子的SPH自适应粒子分布算法。采用该方法对Taylor碰撞和超高速碰撞问题进行了数值模拟，结果表明，该方法可以有效地消除计算中出现的数值破坏，提高计算精度。
针对传统光滑粒子法在计算高速碰撞问题时会出现近邻粒子逸出核函数影响域而产生数值破坏这一缺陷，提出了一种根据粒子间距变化自动添加、合并粒子的SPH自适应粒子分布算法。采用该方法对Taylor碰撞和超高速碰撞问题进行了数值模拟，结果表明，该方法可以有效地消除计算中出现的数值破坏，提高计算精度。
2009, 29(6): 613-616.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0613-04
摘要:
提出一种能同时满足火工品发火可靠性和安全可靠性的设计方法，把火工品可靠性指标转换成感度分布参数的取值范围，通过对感度的调节使产品满足发火可靠性和安全可靠性要求，为火工品可靠性设计提供了一条新思路。推导出了常见火工品感度在正态分布、逻辑斯谛分布、对数正态分布和对数逻辑斯谛分布等常见分布条件下把可靠性指标转换为感度分布参数的表达式，实例证明这种方法对火工品研制有指导作用。
提出一种能同时满足火工品发火可靠性和安全可靠性的设计方法，把火工品可靠性指标转换成感度分布参数的取值范围，通过对感度的调节使产品满足发火可靠性和安全可靠性要求，为火工品可靠性设计提供了一条新思路。推导出了常见火工品感度在正态分布、逻辑斯谛分布、对数正态分布和对数逻辑斯谛分布等常见分布条件下把可靠性指标转换为感度分布参数的表达式，实例证明这种方法对火工品研制有指导作用。
2009, 29(6): 617-624.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0617-08
摘要:
基于凝聚炸药冲击起爆的Lee-Tarver模型，利用AUTODYN有限元计算软件对夹层聚能装药作用过程进行了数值模拟。分别对夹层聚能装药爆轰波形传播过程及其特性参数进行了数值计算,对典型聚能装药采用单一结构装药、夹层装药的射流成型过程进行了数值研究,最后对不同爆速炸药匹配关系的夹层聚能装药射流参数进行了计算分析。计算结果表明,相对于单一结构装药，夹层装药射流头部速度提高了20%,夹层聚能装药能有效提高聚能金属射流头部速度、提高侵彻深度、增加炸药装药的作功能力。
基于凝聚炸药冲击起爆的Lee-Tarver模型，利用AUTODYN有限元计算软件对夹层聚能装药作用过程进行了数值模拟。分别对夹层聚能装药爆轰波形传播过程及其特性参数进行了数值计算,对典型聚能装药采用单一结构装药、夹层装药的射流成型过程进行了数值研究,最后对不同爆速炸药匹配关系的夹层聚能装药射流参数进行了计算分析。计算结果表明,相对于单一结构装药，夹层装药射流头部速度提高了20%,夹层聚能装药能有效提高聚能金属射流头部速度、提高侵彻深度、增加炸药装药的作功能力。
2009, 29(6): 625-631.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0625-07
摘要:
采用直线聚焦型光电倍增管（PMT），研制了用于冲击波温度测量的8通道辐射高温计。改进后的PMT分压器电路使系统各通道脉冲输出线性均大于8 mA（-800 V高压），饱和光强域值达到约100 W量级，响应时间（上升沿）小于3 ns。该系统对光谱辐亮度值的相对测量不确定度为约3%，已成功用于测量50 kK以内的高温辐射历史和冲击波温度。
采用直线聚焦型光电倍增管（PMT），研制了用于冲击波温度测量的8通道辐射高温计。改进后的PMT分压器电路使系统各通道脉冲输出线性均大于8 mA（-800 V高压），饱和光强域值达到约100 W量级，响应时间（上升沿）小于3 ns。该系统对光谱辐亮度值的相对测量不确定度为约3%，已成功用于测量50 kK以内的高温辐射历史和冲击波温度。
2009, 29(6): 632-636.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0632-05
摘要:
利用动态光弹性方法，以Lamb模型为依据，研究了不同荷载形式下，模型内应力波的传播、相互作用规律以及刻槽的拦截效应。实验结果与弹性动力学解答基本一致：(1)倾斜冲击荷载作用下，模型内传播的有P波、S波和Rayleigh波，其中P波和Rayleigh波对岩爆有突出贡献；(2)等差条纹图的分布规律，可以合理解释岩爆高发区段与开挖面的位置关系；(3)模型表面的刻槽，可以实现对Rayleigh波的大量拦截，说明隧道表面切槽的岩爆控制方法理论上是可行的。
利用动态光弹性方法，以Lamb模型为依据，研究了不同荷载形式下，模型内应力波的传播、相互作用规律以及刻槽的拦截效应。实验结果与弹性动力学解答基本一致：(1)倾斜冲击荷载作用下，模型内传播的有P波、S波和Rayleigh波，其中P波和Rayleigh波对岩爆有突出贡献；(2)等差条纹图的分布规律，可以合理解释岩爆高发区段与开挖面的位置关系；(3)模型表面的刻槽，可以实现对Rayleigh波的大量拦截，说明隧道表面切槽的岩爆控制方法理论上是可行的。
2009, 29(6): 637-641.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0637-05
摘要:
采用VISAR、X射线衍射和金相处理联合测试分析技术，开展等厚对称碰撞实验，研究了纯铁材料的冲击相变与层裂行为特征。结果发现，冲击加载压力大于纯铁材料相变阈值(13 GPa)时，等厚对称碰撞样品发生反常2次层裂。结合相关文献的实验结果，从应力波相互作用的角度分析了反常层裂形成的原因，指出纯铁材料的冲击相变和卸载逆转变及引发的稀疏冲击波是导致反常2次层裂的物理机制。
采用VISAR、X射线衍射和金相处理联合测试分析技术，开展等厚对称碰撞实验，研究了纯铁材料的冲击相变与层裂行为特征。结果发现，冲击加载压力大于纯铁材料相变阈值(13 GPa)时，等厚对称碰撞样品发生反常2次层裂。结合相关文献的实验结果，从应力波相互作用的角度分析了反常层裂形成的原因，指出纯铁材料的冲击相变和卸载逆转变及引发的稀疏冲击波是导致反常2次层裂的物理机制。
2009, 29(6): 642-647.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0642-06
摘要:
运用非线性动力学有限元软件PAM-CRASH对鸟撞击蜂窝夹芯结构雷达罩的过程进行了数值分析。在有限元建模中对材料模型的选取做了详细的讨论。根据适航标准，使用1.80 kg的鸟体进行鸟撞分析。在不考虑材料应变率强化作用的情况下，计算了鸟体对结构上21个不同位置的撞击，给出了雷达罩结构吸收冲击能量随撞击位置的变化规律。对玻璃纤维面板材料的应变率强化作用进行讨论，对比分析了应变率强化作用对计算结果的影响，数值模拟结果可为雷达罩鸟撞实验提供参考。
运用非线性动力学有限元软件PAM-CRASH对鸟撞击蜂窝夹芯结构雷达罩的过程进行了数值分析。在有限元建模中对材料模型的选取做了详细的讨论。根据适航标准，使用1.80 kg的鸟体进行鸟撞分析。在不考虑材料应变率强化作用的情况下，计算了鸟体对结构上21个不同位置的撞击，给出了雷达罩结构吸收冲击能量随撞击位置的变化规律。对玻璃纤维面板材料的应变率强化作用进行讨论，对比分析了应变率强化作用对计算结果的影响，数值模拟结果可为雷达罩鸟撞实验提供参考。
2009, 29(6): 648-653.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0648-06
摘要:
利用一维球对称有限差分数值计算源程序模拟了硬岩中地下强爆炸的震源函数，给出了弹性半径处的位移、径向压力波形，得到了地下爆炸的折合位移势及其源频谱。相关计算结果与已有文献给出的结果一致。同时，对介质剪切强度与地下爆炸震源强度之间的关系进行了数值分析。研究结果可为硬岩中地下强爆炸地震耦合效应的计算提供参考。
利用一维球对称有限差分数值计算源程序模拟了硬岩中地下强爆炸的震源函数，给出了弹性半径处的位移、径向压力波形，得到了地下爆炸的折合位移势及其源频谱。相关计算结果与已有文献给出的结果一致。同时，对介质剪切强度与地下爆炸震源强度之间的关系进行了数值分析。研究结果可为硬岩中地下强爆炸地震耦合效应的计算提供参考。
2009, 29(6): 654-658.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0654-05
摘要:
采用开孔结构泡沫铝填充到薄壁圆形铝管中，制备出开孔泡沫铝夹芯铝管，并进行压缩实验，研究了这种结构材料的压缩力学行为和变形特征以及材料的结构特征参数对压缩力学性能和能量吸收特性的影响。在压缩过程中，泡沫铝夹芯铝管的载荷-位移曲线呈现出弹性段、波动的屈服平台段和压实段3个阶段特征；铝管的径厚比及泡沫铝本身的参数和强度对填充管的屈服强度、平均压溃力和吸能特性均有着非常显著的影响。填充泡沫铝后铝管的压缩变形方式发生改变，管壁只发生向外翻折变形，产生的环状褶皱减少。
采用开孔结构泡沫铝填充到薄壁圆形铝管中，制备出开孔泡沫铝夹芯铝管，并进行压缩实验，研究了这种结构材料的压缩力学行为和变形特征以及材料的结构特征参数对压缩力学性能和能量吸收特性的影响。在压缩过程中，泡沫铝夹芯铝管的载荷-位移曲线呈现出弹性段、波动的屈服平台段和压实段3个阶段特征；铝管的径厚比及泡沫铝本身的参数和强度对填充管的屈服强度、平均压溃力和吸能特性均有着非常显著的影响。填充泡沫铝后铝管的压缩变形方式发生改变，管壁只发生向外翻折变形，产生的环状褶皱减少。
2009, 29(6): 659-664.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0659-06
摘要:
设计了一套可燃液体爆炸特性实验装置，利用该装置和立式爆轰管对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的爆炸特性、1301惰性气体对这3种燃料的抑制进行了研究。结果表明：RP-5油料、RP-3油料及工业酒精爆炸的体积分数范围分别为1.53%～7.73%、0.82%～7.17%及 3.38%～18.25%；酒精云雾爆轰的临界起爆能为2.11 MJ/m2、爆速和爆压分别为1 609 m/s 、1 480 kPa，爆轰波传播的胞格宽度为14.5 mm，长度为16.2 mm。1301惰性气体对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的最小惰化体积分数分别为6.75%、6.8%及 5.56%；二氧化碳和氮气对RP-3油料的最小惰化体积分数分别为45%和49%；1301惰性气体对油料爆炸抑制效果明显好于二氧化碳与氮气。
设计了一套可燃液体爆炸特性实验装置，利用该装置和立式爆轰管对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的爆炸特性、1301惰性气体对这3种燃料的抑制进行了研究。结果表明：RP-5油料、RP-3油料及工业酒精爆炸的体积分数范围分别为1.53%～7.73%、0.82%～7.17%及 3.38%～18.25%；酒精云雾爆轰的临界起爆能为2.11 MJ/m2、爆速和爆压分别为1 609 m/s 、1 480 kPa，爆轰波传播的胞格宽度为14.5 mm，长度为16.2 mm。1301惰性气体对RP-5油料、RP-3油料及工业酒精的最小惰化体积分数分别为6.75%、6.8%及 5.56%；二氧化碳和氮气对RP-3油料的最小惰化体积分数分别为45%和49%；1301惰性气体对油料爆炸抑制效果明显好于二氧化碳与氮气。
2009, 29(6): 665-668.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0665-04
摘要:
采用不同工艺方法制备出了3种具有不同微观结构特征的超细TATB炸药粉体，用2％(质量分数)的F2311作粘结剂，压制出了不同密度的TATB基炸药试样。采用飞片短脉冲冲击起爆装置，研究了TATB基炸药中爆轰波的传播性能。研究结果表明，在一定的短脉冲冲击起爆条件下，TATB微观结构对炸药爆轰波传播性能影响较为明显。
采用不同工艺方法制备出了3种具有不同微观结构特征的超细TATB炸药粉体，用2％(质量分数)的F2311作粘结剂，压制出了不同密度的TATB基炸药试样。采用飞片短脉冲冲击起爆装置，研究了TATB基炸药中爆轰波的传播性能。研究结果表明，在一定的短脉冲冲击起爆条件下，TATB微观结构对炸药爆轰波传播性能影响较为明显。
2009, 29(6): 669-672.
doi: 10.11883/1001-1455(2009)06-0669-04
摘要:
为了提高小样本下火工品可靠性评估的精度，研究了升降法实验及其数据分析方法。结合火工品升降法实验数据的特点，给出了一种数据填充方法，把二元成败型数据转化为虚拟完全样本数据。模拟结果表明，与基于二元成败型数据的估计相比，基于虚拟完全样本数据的位置参数估计基本一致，而刻度参数估计具有更优的统计性质。利用该虚拟样本数据，结合信仰推断方法，给出了火工品可靠性评估方法。最后将该方法应用于某产品的可靠性评估，并与大样本评估方法进行了比较，表明该方法可以在较小样本下实现对高可靠性火工品的可靠性评估。
为了提高小样本下火工品可靠性评估的精度，研究了升降法实验及其数据分析方法。结合火工品升降法实验数据的特点，给出了一种数据填充方法，把二元成败型数据转化为虚拟完全样本数据。模拟结果表明，与基于二元成败型数据的估计相比，基于虚拟完全样本数据的位置参数估计基本一致，而刻度参数估计具有更优的统计性质。利用该虚拟样本数据，结合信仰推断方法，给出了火工品可靠性评估方法。最后将该方法应用于某产品的可靠性评估，并与大样本评估方法进行了比较，表明该方法可以在较小样本下实现对高可靠性火工品的可靠性评估。
