2017年 37卷 第3期
2017, 37(3): 377-386.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0377-10
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摘要:
为研究混凝土细观因素对刚性弹正侵彻弹道偏转的影响，基于骨料随机投放的思路建立混凝土三维细观几何模型，分析刚性弹正侵彻过程中发生弹道偏转的原因及可能影响因素，定量讨论混凝土细观因素对弹道偏转的影响。结果表明：混凝土细观数值模型可以较好地反映弹体正侵彻过程中弹道偏转等典型物理现象，且细观参数对于弹体弹道偏转有显著影响。刚性弹正侵彻细观混凝土时，存在一个弹体直径/骨料最大粒径比的特征比值。
为研究混凝土细观因素对刚性弹正侵彻弹道偏转的影响，基于骨料随机投放的思路建立混凝土三维细观几何模型，分析刚性弹正侵彻过程中发生弹道偏转的原因及可能影响因素，定量讨论混凝土细观因素对弹道偏转的影响。结果表明：混凝土细观数值模型可以较好地反映弹体正侵彻过程中弹道偏转等典型物理现象，且细观参数对于弹体弹道偏转有显著影响。刚性弹正侵彻细观混凝土时，存在一个弹体直径/骨料最大粒径比的特征比值。
2017, 37(3): 387-395.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0387-09
摘要:
针对中国自主研发的桥梁柔性抗船撞装置，构建该装置模型：由两个相似的六边形梁为内外钢围以及均布且垂直于六边形各边的防撞圈构成。分析该模型得到在冲击载荷作用下六边形梁的控制方程及相应的初边值条件。利用Laplace变换和数值Laplace逆变换对该方程进行求解，揭示六边形梁在冲击载荷作用下的动态响应。并进一步分析外钢围等效抗弯刚度对抗船撞装置动态响应的影响，发现外刚围结构在冲击载荷作用下存在临界等效抗弯刚度。当外钢围等效抗弯刚度达到该临界值后，该外钢围在冲击载荷作用下可以近似为刚性。
针对中国自主研发的桥梁柔性抗船撞装置，构建该装置模型：由两个相似的六边形梁为内外钢围以及均布且垂直于六边形各边的防撞圈构成。分析该模型得到在冲击载荷作用下六边形梁的控制方程及相应的初边值条件。利用Laplace变换和数值Laplace逆变换对该方程进行求解，揭示六边形梁在冲击载荷作用下的动态响应。并进一步分析外钢围等效抗弯刚度对抗船撞装置动态响应的影响，发现外刚围结构在冲击载荷作用下存在临界等效抗弯刚度。当外钢围等效抗弯刚度达到该临界值后，该外钢围在冲击载荷作用下可以近似为刚性。
2017, 37(3): 396-404.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0396-09
摘要:
运用一维非线性塑性冲击波模型和细观有限元模型对密度梯度多胞牺牲层的抗爆炸性能进行了分析。基于率无关的刚性-塑性硬化模型，建立了描述冲击波在多胞牺牲层中传播的控制方程，分别给出了正、负密度梯度多胞材料在指数型爆炸载荷作用下的响应特性。研究了可正好吸收爆炸能量的梯度多胞牺牲层的临界厚度与载荷强度、覆盖层质量、多胞材料的密度梯度等参数之间的关系，给出了以临界厚度和支撑端应力峰值为指标的密度梯度设计图。运用二维细观有限元模型验证了基于非线性塑性冲击波模型的抗爆炸分析的有效性。
运用一维非线性塑性冲击波模型和细观有限元模型对密度梯度多胞牺牲层的抗爆炸性能进行了分析。基于率无关的刚性-塑性硬化模型，建立了描述冲击波在多胞牺牲层中传播的控制方程，分别给出了正、负密度梯度多胞材料在指数型爆炸载荷作用下的响应特性。研究了可正好吸收爆炸能量的梯度多胞牺牲层的临界厚度与载荷强度、覆盖层质量、多胞材料的密度梯度等参数之间的关系，给出了以临界厚度和支撑端应力峰值为指标的密度梯度设计图。运用二维细观有限元模型验证了基于非线性塑性冲击波模型的抗爆炸分析的有效性。
2017, 37(3): 405-414.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0405-10
摘要:
采用霍普金森压杆装置对高温后钢管活性粉末混凝土(reactive powder concrete-filled steel tube，RPC-FST)进行冲击压缩实验，分析了应变率效应及温度效应对试件动态力学性能的影响。结果表明：高温(200、300 ℃)后RPC-FST仍具有较好的抗冲击能力、延性和完整性；冲击荷载作用下，RPC-FST的应变率效应明显弱于RPC的应变率效应；随着过火温度的提高，RPC-FST的峰值应力逐渐增大，变形能力增强，抗冲击能力提高。动力提高系数随过火温度的提高而增大，说明高温后RPC-FST的应变率效应更显著。
采用霍普金森压杆装置对高温后钢管活性粉末混凝土(reactive powder concrete-filled steel tube，RPC-FST)进行冲击压缩实验，分析了应变率效应及温度效应对试件动态力学性能的影响。结果表明：高温(200、300 ℃)后RPC-FST仍具有较好的抗冲击能力、延性和完整性；冲击荷载作用下，RPC-FST的应变率效应明显弱于RPC的应变率效应；随着过火温度的提高，RPC-FST的峰值应力逐渐增大，变形能力增强，抗冲击能力提高。动力提高系数随过火温度的提高而增大，说明高温后RPC-FST的应变率效应更显著。
2017, 37(3): 415-421.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0415-07
摘要:
采用激光干涉测试技术和楔形炸药构型, 对新型钝感高能炸药JBO-9021的爆轰反应区宽度进行了实验研究。实验中在楔形JBO-9021炸药后加镀膜LiF晶体作为测试窗口, 测试受试炸药与测试窗口界面的粒子速度剖面。将粒子速度剖面对时间进行二阶求导, 通过粒子速度剖面的二阶求导曲线上等于零的时刻判读CJ点的时刻, 从而得到化学反应区宽度。研究结果表明, 新型钝感高能炸药JBO-9021的化学反应持续时间为(238±13) ns, 相应的化学反应区宽度为(1.52±0.09) mm。
采用激光干涉测试技术和楔形炸药构型, 对新型钝感高能炸药JBO-9021的爆轰反应区宽度进行了实验研究。实验中在楔形JBO-9021炸药后加镀膜LiF晶体作为测试窗口, 测试受试炸药与测试窗口界面的粒子速度剖面。将粒子速度剖面对时间进行二阶求导, 通过粒子速度剖面的二阶求导曲线上等于零的时刻判读CJ点的时刻, 从而得到化学反应区宽度。研究结果表明, 新型钝感高能炸药JBO-9021的化学反应持续时间为(238±13) ns, 相应的化学反应区宽度为(1.52±0.09) mm。
2017, 37(3): 422-430.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0422-09
摘要:
采用磁流体力学(magnetohydrodynamics, MHD)方程组对非理想情况下磁场对球形重质气体物理爆炸的作用过程进行数值模拟，同时，为了保证每一步中磁场散度为零，引入由12-solve CTU算法衍生出的CTU+CT算法。结果清晰地显示了重质气体团在磁场影响下的整个爆炸过程。在非理想情况下，爆炸过程中气体团界面产生液滴状结构，随着气体团被压缩，不稳定性现象最终得到抑制。从结果中看出，电阻和双极扩散效应会阻碍磁场对气体团的作用，同时，双极扩散效应还会增大磁压力的作用范围。
采用磁流体力学(magnetohydrodynamics, MHD)方程组对非理想情况下磁场对球形重质气体物理爆炸的作用过程进行数值模拟，同时，为了保证每一步中磁场散度为零，引入由12-solve CTU算法衍生出的CTU+CT算法。结果清晰地显示了重质气体团在磁场影响下的整个爆炸过程。在非理想情况下，爆炸过程中气体团界面产生液滴状结构，随着气体团被压缩，不稳定性现象最终得到抑制。从结果中看出，电阻和双极扩散效应会阻碍磁场对气体团的作用，同时，双极扩散效应还会增大磁压力的作用范围。
2017, 37(3): 431-438.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0431-08
摘要:
在Hamilton体系下，基于Euler梁理论研究了功能梯度材料梁受热冲击载荷作用时的动力屈曲问题；将非均匀功能梯度复合材料的物性参数假设为厚度坐标的幂函数形式，采用Laplace变换法和幂级数法解析求得热冲击下功能梯度梁内的动态温度场：首先将功能梯度梁的屈曲问题归结为辛空间中系统的零本征值问题，梁的屈曲载荷与屈曲模态分别对应于Hamilton体系下的辛本征值和本征解问题，由分叉条件求得屈曲模态和屈曲热轴力，根据屈曲热轴力求解临界屈曲升温载荷。给出了热冲击载荷作用下一类非均匀梯度材料梁屈曲特性的辛方法研究过程，讨论了材料的梯度特性、结构几何参数和热冲击载荷参数对临界温度的影响。
在Hamilton体系下，基于Euler梁理论研究了功能梯度材料梁受热冲击载荷作用时的动力屈曲问题；将非均匀功能梯度复合材料的物性参数假设为厚度坐标的幂函数形式，采用Laplace变换法和幂级数法解析求得热冲击下功能梯度梁内的动态温度场：首先将功能梯度梁的屈曲问题归结为辛空间中系统的零本征值问题，梁的屈曲载荷与屈曲模态分别对应于Hamilton体系下的辛本征值和本征解问题，由分叉条件求得屈曲模态和屈曲热轴力，根据屈曲热轴力求解临界屈曲升温载荷。给出了热冲击载荷作用下一类非均匀梯度材料梁屈曲特性的辛方法研究过程，讨论了材料的梯度特性、结构几何参数和热冲击载荷参数对临界温度的影响。
2017, 37(3): 439-446.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0439-08
摘要:
为了研究细长体水下高速运动时空泡的产生、闭合及脱落特性，及影响细长体空泡形态及弹道特性的复杂因素等，初步开展了细长体模型水下高速运动的实验研究，分析了不同初始空化数下细长体模型在水中高速运动的一系列流动现象，重点研究了空泡的发展、闭合、尾部回射流和尾部脱落特性，以及轴对称细长体模型弹道特性与空泡形态变化之间的关系和转动特性随时间的变化历程等。结果表明：细长体水下高速运动时形成超空泡，空泡头部光滑透明，尾部凝结有汽水混合物且有交替脱落的含气漩涡；初始空化数对细长体的速度衰减有所影响；受初始扰动影响，细长体水下运动伴随有绕头部的转动且初始扰动影响细长体俯仰角随时间的变化历程。
为了研究细长体水下高速运动时空泡的产生、闭合及脱落特性，及影响细长体空泡形态及弹道特性的复杂因素等，初步开展了细长体模型水下高速运动的实验研究，分析了不同初始空化数下细长体模型在水中高速运动的一系列流动现象，重点研究了空泡的发展、闭合、尾部回射流和尾部脱落特性，以及轴对称细长体模型弹道特性与空泡形态变化之间的关系和转动特性随时间的变化历程等。结果表明：细长体水下高速运动时形成超空泡，空泡头部光滑透明，尾部凝结有汽水混合物且有交替脱落的含气漩涡；初始空化数对细长体的速度衰减有所影响；受初始扰动影响，细长体水下运动伴随有绕头部的转动且初始扰动影响细长体俯仰角随时间的变化历程。
2017, 37(3): 447-452.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0447-06
摘要:
建立了长2 800 mm、内径为50 mm的圆管内爆轰波传播实验装置，采用光电二极管探测火焰锋面以获得爆轰波的传播速度，采用烟迹法记录爆轰波的胞格结构。通过在管道不同位置设置阻塞率为1的聚丙烯薄膜，研究不同初始压力下不同氩气稀释浓度的C2H2+2.5O2+nAr预混气体爆轰波在通过全阻塞障碍物前后传播速度及胞格结构的变化。结果表明，气相爆轰波在达到稳态爆轰后，在通过全阻塞薄膜障碍物的过程中会产生2种不同的传播形式：速度亏损和爆轰失效。气相爆轰波穿过不同区域的传播过程可以分为3个阶段：稳态传播阶段、速度亏损阶段或爆轰失效阶段、过驱爆轰阶段。
建立了长2 800 mm、内径为50 mm的圆管内爆轰波传播实验装置，采用光电二极管探测火焰锋面以获得爆轰波的传播速度，采用烟迹法记录爆轰波的胞格结构。通过在管道不同位置设置阻塞率为1的聚丙烯薄膜，研究不同初始压力下不同氩气稀释浓度的C2H2+2.5O2+nAr预混气体爆轰波在通过全阻塞障碍物前后传播速度及胞格结构的变化。结果表明，气相爆轰波在达到稳态爆轰后，在通过全阻塞薄膜障碍物的过程中会产生2种不同的传播形式：速度亏损和爆轰失效。气相爆轰波穿过不同区域的传播过程可以分为3个阶段：稳态传播阶段、速度亏损阶段或爆轰失效阶段、过驱爆轰阶段。
2017, 37(3): 453-458.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0453-06
摘要:
为了研究不同初始条件对甲烷-空气混合物爆炸极限的影响，利用容积为20 L的爆炸罐，在不同初始温度(25~200 ℃)和初始压力(0.1~1.0 MPa)条件下测定了甲烷-空气混合物的爆炸极限。实验结果表明，随着初始温度和初始压力的升高，爆炸上限升高，爆炸下限降低，爆炸极限范围扩大。在实验温度和压力范围内，常压/常温条件下，爆炸上限和下限与初始温度/初始压力呈线性相关。爆炸上限与初始温度的相关性受初始压力的影响，其与初始压力的相关性也与初始温度有关。然而，初始压力/初始温度对爆炸下限的影响与初始温度/初始压力的相关性并不显著。初始温度和初始压力对爆炸极限的耦合影响比单一因素对其的影响大，且相较而言，其对爆炸上限的影响更为显著。本文中绘制了影响曲面来描述初始温度和初始压力如何影响甲烷-空气混合物的爆炸极限。
为了研究不同初始条件对甲烷-空气混合物爆炸极限的影响，利用容积为20 L的爆炸罐，在不同初始温度(25~200 ℃)和初始压力(0.1~1.0 MPa)条件下测定了甲烷-空气混合物的爆炸极限。实验结果表明，随着初始温度和初始压力的升高，爆炸上限升高，爆炸下限降低，爆炸极限范围扩大。在实验温度和压力范围内，常压/常温条件下，爆炸上限和下限与初始温度/初始压力呈线性相关。爆炸上限与初始温度的相关性受初始压力的影响，其与初始压力的相关性也与初始温度有关。然而，初始压力/初始温度对爆炸下限的影响与初始温度/初始压力的相关性并不显著。初始温度和初始压力对爆炸极限的耦合影响比单一因素对其的影响大，且相较而言，其对爆炸上限的影响更为显著。本文中绘制了影响曲面来描述初始温度和初始压力如何影响甲烷-空气混合物的爆炸极限。
2017, 37(3): 459-463.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0459-05
摘要:
通过试样组件尺寸匹配设计的被动围压SHPB实验，获得了99.8%纯铈在1.7GPa静水压内的、包含γ↔α相变和逆相变过渡区的室温动态静水压-体应变连续曲线。研究显示：室温铈γ→α相变是具有明显滞后现象的一级相变，而非以往研究认为的体积跃变的一级相变；相变过渡区的静水压范围是0.8~1.3GPa。逆相变过渡区的静水压范围是0.6~1.1GPa；逆相变过渡区的静水压-体应变曲线滞后于相变过渡区的静水压-体应变曲线0.15GPa静水压；在相变和逆相变过渡区内，静水压-体应变曲线按照约4.2GPa体积模量的线性关系演化；演化机制为γ和α两相均匀混合、静水压驱动两相组份转化。基于该演化机制，构建了描述相变前后和相变过程的静水压-体应变响应的三段线性模型。
通过试样组件尺寸匹配设计的被动围压SHPB实验，获得了99.8%纯铈在1.7GPa静水压内的、包含γ↔α相变和逆相变过渡区的室温动态静水压-体应变连续曲线。研究显示：室温铈γ→α相变是具有明显滞后现象的一级相变，而非以往研究认为的体积跃变的一级相变；相变过渡区的静水压范围是0.8~1.3GPa。逆相变过渡区的静水压范围是0.6~1.1GPa；逆相变过渡区的静水压-体应变曲线滞后于相变过渡区的静水压-体应变曲线0.15GPa静水压；在相变和逆相变过渡区内，静水压-体应变曲线按照约4.2GPa体积模量的线性关系演化；演化机制为γ和α两相均匀混合、静水压驱动两相组份转化。基于该演化机制，构建了描述相变前后和相变过程的静水压-体应变响应的三段线性模型。
2017, 37(3): 464-470.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0464-07
摘要:
利用复变函数理论对SH波作用下含圆孔径向非均匀压电介质的反平面动力特性进行了研究。压电介质的密度沿径向按幂函数形式变化，但压电参数、弹性参数、介电参数均为常数。利用变量替换法将非均匀压电介质的变系数波动方程组转化为标准的Helmholtz方程组，得到了满足边界条件的波函数解析表达式。通过数值算例分析了入射角度、入射波频率、幂次等对应力集中系数和电场强度集中系数的影响，并与已有文献进行比较。结果表明，某些参数组合下，动应力集中系数与电场强度集中系数均随幂次增大而增大。
利用复变函数理论对SH波作用下含圆孔径向非均匀压电介质的反平面动力特性进行了研究。压电介质的密度沿径向按幂函数形式变化，但压电参数、弹性参数、介电参数均为常数。利用变量替换法将非均匀压电介质的变系数波动方程组转化为标准的Helmholtz方程组，得到了满足边界条件的波函数解析表达式。通过数值算例分析了入射角度、入射波频率、幂次等对应力集中系数和电场强度集中系数的影响，并与已有文献进行比较。结果表明，某些参数组合下，动应力集中系数与电场强度集中系数均随幂次增大而增大。
2017, 37(3): 471-478.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0471-08
摘要:
通过对铝合金圆环的纵向冲击压缩研究发现，一定条件下在试件的宏观塑性硬化阶段会出现明显的应力降过程。为揭示此应力降的发生机制，对润滑、细磨、粗磨3种端面粗糙条件下，外径、内径和高度比值为6:3:2的LY12铝合金圆环进行系统的Hopkinson压杆纵向冲击实验。结果表明：应力降主要发生在较大的应变和较高的应变率条件。进一步对实验样品的金相观察发现：应力降产生的内在机制为绝热剪切带的形成和发展，此现象是一种动态塑性失稳的过程。以上结果为金属材料在冲击条件下绝热剪切带产生的研究提供了参考。
通过对铝合金圆环的纵向冲击压缩研究发现，一定条件下在试件的宏观塑性硬化阶段会出现明显的应力降过程。为揭示此应力降的发生机制，对润滑、细磨、粗磨3种端面粗糙条件下，外径、内径和高度比值为6:3:2的LY12铝合金圆环进行系统的Hopkinson压杆纵向冲击实验。结果表明：应力降主要发生在较大的应变和较高的应变率条件。进一步对实验样品的金相观察发现：应力降产生的内在机制为绝热剪切带的形成和发展，此现象是一种动态塑性失稳的过程。以上结果为金属材料在冲击条件下绝热剪切带产生的研究提供了参考。
2017, 37(3): 479-486.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0479-08
摘要:
钻井液中加入体积分数为1%~3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石，实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩，有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件，基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics，SPH)方法，考虑流体对粒子射流冲击的影响，建立了粒子射流冲击破岩的物理模型，获得了粒子射流参数对破岩体积的影响规律，进行了室内实验验证，验证了SPH方法的有效性。结果表明：粒子射流冲击岩石表面形成规则的V型冲击坑；同条件下粒子射流破岩体积是水射流破岩体积的2~4倍；随着粒子射流冲蚀时间的增加，粒子射流破岩体积不断增加，但破岩效率降低；粒子射流压力大于10 MPa后，粒子射流破岩效率迅速增大；喷射角度大于6°后，破岩效率迅速减小。
钻井液中加入体积分数为1%~3%的钢质粒子在钻头喷嘴处高速喷出冲击岩石，实现了粒子射流冲击和钻头机械联合破岩，有效提高了破岩效率。利用瞬态非线性动力学有限元模拟软件，基于光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics，SPH)方法，考虑流体对粒子射流冲击的影响，建立了粒子射流冲击破岩的物理模型，获得了粒子射流参数对破岩体积的影响规律，进行了室内实验验证，验证了SPH方法的有效性。结果表明：粒子射流冲击岩石表面形成规则的V型冲击坑；同条件下粒子射流破岩体积是水射流破岩体积的2~4倍；随着粒子射流冲蚀时间的增加，粒子射流破岩体积不断增加，但破岩效率降低；粒子射流压力大于10 MPa后，粒子射流破岩效率迅速增大；喷射角度大于6°后，破岩效率迅速减小。
2017, 37(3): 487-495.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0487-09
摘要:
在强冲击波荷载作用下门框墙转角处会产生明显的应力集中，影响门框墙体系甚至整个防护结构的安全。为解决该问题，提出在迎爆面门框墙和衬砌结合部位设置薄弱层的构造方法，从而减小冲击荷载引起的过大的拉应力。运用考虑了剪切变形的悬臂梁理论分析表明，梁端部约束刚度的变化可以影响结构的破坏形态以及结构的内力分布，降低端部的约束刚度可以有效降低端部区域的内力峰值，延缓结构发生破坏的时间。利用有限元模拟的方法，分析了在出入口门框墙位置设置薄弱层对门框墙动力响应和破坏规律的影响。分析结果表明，设置薄弱层可以有效降低门框墙转角处的应力，降低门框墙结构破坏的风险，进而提高门框墙的抗力水平。
在强冲击波荷载作用下门框墙转角处会产生明显的应力集中，影响门框墙体系甚至整个防护结构的安全。为解决该问题，提出在迎爆面门框墙和衬砌结合部位设置薄弱层的构造方法，从而减小冲击荷载引起的过大的拉应力。运用考虑了剪切变形的悬臂梁理论分析表明，梁端部约束刚度的变化可以影响结构的破坏形态以及结构的内力分布，降低端部的约束刚度可以有效降低端部区域的内力峰值，延缓结构发生破坏的时间。利用有限元模拟的方法，分析了在出入口门框墙位置设置薄弱层对门框墙动力响应和破坏规律的影响。分析结果表明，设置薄弱层可以有效降低门框墙转角处的应力，降低门框墙结构破坏的风险，进而提高门框墙的抗力水平。
2017, 37(3): 496-501.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0496-06
摘要:
采用20 L近球形爆炸实验系统对锆粉尘云的爆炸特性开展了实验研究，分别分析了初始点火能量、点火延迟时间、粉尘云浓度3种因素对锆粉尘云爆炸强度的影响，揭示了锆粉尘云在密闭容器中的爆炸特性。在本实验条件下，结果表明：初始点火能量对锆粉尘云最大爆炸压力有显著影响，锆粉尘云最大爆炸压力随初始点火能量的增大而增大；随点火延迟时间的增加，锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小，存在最佳点火延迟时间；随粉尘云浓度的增大，锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小，存在最佳锆粉尘云浓度，得到锆粉尘云的爆炸下限为18~20 g/m3。
采用20 L近球形爆炸实验系统对锆粉尘云的爆炸特性开展了实验研究，分别分析了初始点火能量、点火延迟时间、粉尘云浓度3种因素对锆粉尘云爆炸强度的影响，揭示了锆粉尘云在密闭容器中的爆炸特性。在本实验条件下，结果表明：初始点火能量对锆粉尘云最大爆炸压力有显著影响，锆粉尘云最大爆炸压力随初始点火能量的增大而增大；随点火延迟时间的增加，锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小，存在最佳点火延迟时间；随粉尘云浓度的增大，锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小，存在最佳锆粉尘云浓度，得到锆粉尘云的爆炸下限为18~20 g/m3。
2017, 37(3): 502-509.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0502-08
摘要:
针对白鹤滩水电站地下厂房的爆破开挖，为降低爆破对岩体的损伤，采用数值模拟与现场试验研究小孔径时序控制预裂爆破中，后爆孔孔间延期时间及后爆孔孔距对时序控制预裂爆破成缝的影响，从而获取合理的延期时间和最佳的后爆孔孔距。研究结果表明，孔径为42mm的时序控制预裂爆破，先爆孔孔距为35cm时，合理的起爆延期时间为75~100μs；综合考虑炸药爆炸能量利用率和成缝效果，最佳的后爆孔孔距为70cm。科学地采用时序控制预裂爆破不仅可以减小钻孔工作量与炸药用量，还能降低对岩体的损伤，可为地下厂房爆破开挖安全、高效的进行提供一条有效的途径。
针对白鹤滩水电站地下厂房的爆破开挖，为降低爆破对岩体的损伤，采用数值模拟与现场试验研究小孔径时序控制预裂爆破中，后爆孔孔间延期时间及后爆孔孔距对时序控制预裂爆破成缝的影响，从而获取合理的延期时间和最佳的后爆孔孔距。研究结果表明，孔径为42mm的时序控制预裂爆破，先爆孔孔距为35cm时，合理的起爆延期时间为75~100μs；综合考虑炸药爆炸能量利用率和成缝效果，最佳的后爆孔孔距为70cm。科学地采用时序控制预裂爆破不仅可以减小钻孔工作量与炸药用量，还能降低对岩体的损伤，可为地下厂房爆破开挖安全、高效的进行提供一条有效的途径。
2017, 37(3): 510-519.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0510-10
摘要:
为研究陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理，在前期弹道冲击实验结果基础上，运用LS-DYNA进行了数值模拟，再现了陶瓷/液舱复合结构在弹体冲击下的破坏过程和破坏模式，得到与实验一致的结果。结果表明：弹体撞击结构后，结构内产生的冲击波以撞击处为圆心、以球形向前传播，并在结构内来回反射振荡；弹体在水中运动时，水中形成空泡且不断扩展，弹体头部水域形成高压区域；弹体发生墩粗和侵蚀破坏，在低速冲击下，弹体破坏主要发生在穿透陶瓷和前面板过程中，在高速冲击下，弹体破坏主要发生在水中运动阶段，最终形成类似“饼状”的严重变形；前、后面板发生局部破坏和整体变形，在高速弹体撞击下，后面板将发生花瓣开裂。
为研究陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理，在前期弹道冲击实验结果基础上，运用LS-DYNA进行了数值模拟，再现了陶瓷/液舱复合结构在弹体冲击下的破坏过程和破坏模式，得到与实验一致的结果。结果表明：弹体撞击结构后，结构内产生的冲击波以撞击处为圆心、以球形向前传播，并在结构内来回反射振荡；弹体在水中运动时，水中形成空泡且不断扩展，弹体头部水域形成高压区域；弹体发生墩粗和侵蚀破坏，在低速冲击下，弹体破坏主要发生在穿透陶瓷和前面板过程中，在高速冲击下，弹体破坏主要发生在水中运动阶段，最终形成类似“饼状”的严重变形；前、后面板发生局部破坏和整体变形，在高速弹体撞击下，后面板将发生花瓣开裂。
2017, 37(3): 520-527.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0520-08
摘要:
弹性波与压电材料接触界面的相互作用问题是工程应用中常见而复杂的问题，入射波足够强会引起界面出现滑移和分离，但滑移和分离的边界未知，边界条件具有非线性特性。通过Fourier分析，将混合边值问题的求解转化为非线性代数方程，利用软件通过迭代修正的方法进行了求解；给出3种状态边界的求解，分析入射波强度、外加应力及电场对界面状态的影响，并对高频谐波的特性进行分析，通过实例对理论推导进行验证，结果显示：入射波强度、外加荷载和电场的大小及摩擦因数均会影响到界面，通过改变这些条件可以控制界面状态，另外检测高频谐波的信号也可以反映界面状态。
弹性波与压电材料接触界面的相互作用问题是工程应用中常见而复杂的问题，入射波足够强会引起界面出现滑移和分离，但滑移和分离的边界未知，边界条件具有非线性特性。通过Fourier分析，将混合边值问题的求解转化为非线性代数方程，利用软件通过迭代修正的方法进行了求解；给出3种状态边界的求解，分析入射波强度、外加应力及电场对界面状态的影响，并对高频谐波的特性进行分析，通过实例对理论推导进行验证，结果显示：入射波强度、外加荷载和电场的大小及摩擦因数均会影响到界面，通过改变这些条件可以控制界面状态，另外检测高频谐波的信号也可以反映界面状态。
2017, 37(3): 528-535.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0528-08
摘要:
为了更好地兼顾拉氏方法和欧拉方法各自的特长，提出一种可将拉氏介质映射到欧拉计算域的耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法。通过这种映射，将欧拉-拉格朗日重叠区域的接触面协调问题转换为欧拉区域内的多介质计算问题，简化了CEL方法的构造过程。通过与侵彻实验和结构对爆炸冲击波响应实验的比较，验证了新算法，计算结果与实验数据符合较好。
为了更好地兼顾拉氏方法和欧拉方法各自的特长，提出一种可将拉氏介质映射到欧拉计算域的耦合欧拉-拉格朗日(CEL)方法。通过这种映射，将欧拉-拉格朗日重叠区域的接触面协调问题转换为欧拉区域内的多介质计算问题，简化了CEL方法的构造过程。通过与侵彻实验和结构对爆炸冲击波响应实验的比较，验证了新算法，计算结果与实验数据符合较好。
2017, 37(3): 536-543.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0536-08
摘要:
以弹体斜侵彻混凝土的弹道特性为研究内容，通过侵彻实验与数值模拟得到了不同速度下的侵彻深度、开坑尺寸、偏转角等参数，实验结果与模拟结果吻合较好。研究结果表明：倾角对开坑深度和开坑形状影响很大；倾角越大，对侵彻深度和偏转角的影响越明显，弹体偏转角随着速度的增大呈现减小的趋势；当倾角增至一定角度后发生跳弹现象，据此得到跳弹极限角与倾角、侵彻速度的关系。
以弹体斜侵彻混凝土的弹道特性为研究内容，通过侵彻实验与数值模拟得到了不同速度下的侵彻深度、开坑尺寸、偏转角等参数，实验结果与模拟结果吻合较好。研究结果表明：倾角对开坑深度和开坑形状影响很大；倾角越大，对侵彻深度和偏转角的影响越明显，弹体偏转角随着速度的增大呈现减小的趋势；当倾角增至一定角度后发生跳弹现象，据此得到跳弹极限角与倾角、侵彻速度的关系。
2017, 37(3): 544-548.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0544-05
摘要:
利用两高爆速导爆索对称布置于药卷两侧，起爆后炸药爆轰波在对称线处汇聚碰撞，当碰撞角度达到一定值时，发生马赫反射，使爆轰压力成倍增加，形成高压、高能量密度区域的聚能效应。本文在爆轰波传播碰撞理论的基础上，通过炸药做功能力和猛度试验验证爆轰波碰撞的聚能效果。做功能力试验结果表明爆轰波碰撞能够增加炸药能量利用率；猛度试验结果表明采用对称起爆技术下的爆轰波碰撞能够改变爆轰波在特定方向上的扩散作用。试验结果与爆轰波入射角的几何关系表明，当高爆速起爆药条与主装药爆速比例在1.15倍以上时，爆轰波碰撞能够达到一定的聚能效果。
利用两高爆速导爆索对称布置于药卷两侧，起爆后炸药爆轰波在对称线处汇聚碰撞，当碰撞角度达到一定值时，发生马赫反射，使爆轰压力成倍增加，形成高压、高能量密度区域的聚能效应。本文在爆轰波传播碰撞理论的基础上，通过炸药做功能力和猛度试验验证爆轰波碰撞的聚能效果。做功能力试验结果表明爆轰波碰撞能够增加炸药能量利用率；猛度试验结果表明采用对称起爆技术下的爆轰波碰撞能够改变爆轰波在特定方向上的扩散作用。试验结果与爆轰波入射角的几何关系表明，当高爆速起爆药条与主装药爆速比例在1.15倍以上时，爆轰波碰撞能够达到一定的聚能效果。
2017, 37(3): 549-553.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0549-05
摘要:
为定量分析强爆炸光辐射辐照特征及其与爆炸当量的关系，建立了用于描述光辐射输运过程的辐射流体力学模型。在算子分裂方法运用的基础上，采用温度梯度作为指示子进行并行区域的动态划分，从而实现较高效率的并行求解。在此基础上数值计算了千吨~兆吨当量下强爆炸光辐射的发展过程，分析表明：光辐射强度随时间呈现“双脉冲”变化，强度极小和强度第2极大时刻与当量的某次方成正比。光辐射总功率变化历程与光辐射强度变化历程相似，但受辐射源半径随当量变化的影响，其极值时刻会出现差异。
为定量分析强爆炸光辐射辐照特征及其与爆炸当量的关系，建立了用于描述光辐射输运过程的辐射流体力学模型。在算子分裂方法运用的基础上，采用温度梯度作为指示子进行并行区域的动态划分，从而实现较高效率的并行求解。在此基础上数值计算了千吨~兆吨当量下强爆炸光辐射的发展过程，分析表明：光辐射强度随时间呈现“双脉冲”变化，强度极小和强度第2极大时刻与当量的某次方成正比。光辐射总功率变化历程与光辐射强度变化历程相似，但受辐射源半径随当量变化的影响，其极值时刻会出现差异。
2017, 37(3): 554-559.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0554-06
摘要:
开展了多种应力状态下的船用钢力学特性实验，基于多轴应力状态损伤的失效准则研究了局部冲击荷载作用下圆形板的花瓣型破口形成过程，划分了花瓣型破口形成的3个阶段，分析了裂纹区域、非裂纹区域应力状态变化过程及损伤情况。得到:(1)考虑多轴应力损伤的舰船用钢失效准则能有效预测受力状态复杂的花瓣状破口；(2)花瓣型破口的形成主要分为蝶形凹陷、中心区域裂纹扩展、花瓣形成与翻转等3个阶段；(3)花瓣型破口的裂纹区和非裂纹区均受力复杂，破口预测须考虑应力状态对损伤特性的影响；(4)花瓣形成过程中，第1阶段和第3阶段均匀变形，第2阶段损伤局部化明显，花瓣卷曲会造成花瓣根部的二次损伤。
开展了多种应力状态下的船用钢力学特性实验，基于多轴应力状态损伤的失效准则研究了局部冲击荷载作用下圆形板的花瓣型破口形成过程，划分了花瓣型破口形成的3个阶段，分析了裂纹区域、非裂纹区域应力状态变化过程及损伤情况。得到:(1)考虑多轴应力损伤的舰船用钢失效准则能有效预测受力状态复杂的花瓣状破口；(2)花瓣型破口的形成主要分为蝶形凹陷、中心区域裂纹扩展、花瓣形成与翻转等3个阶段；(3)花瓣型破口的裂纹区和非裂纹区均受力复杂，破口预测须考虑应力状态对损伤特性的影响；(4)花瓣形成过程中，第1阶段和第3阶段均匀变形，第2阶段损伤局部化明显，花瓣卷曲会造成花瓣根部的二次损伤。
2017, 37(3): 560-565.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0560-06
摘要:
依据爆炸逻辑元件的工作原理设计了一种爆炸二极管。实验研究了元件内部结构，确定了关键参数为熄爆通道的长度、隔爆序列。隔爆序列内采用激发装置、一次PETN装药、两次PETN装药不同密度分层装药序列。在A、B端连接导爆索，改变熄爆通道尺寸, 确定分层装药参数，进行传爆可靠性、隔爆安全性实验。结果表明：爆轰信号由A端正向输入时，可以顺利通过10~35 mm的熄爆通道并且可靠引爆B端导爆索，满足可靠性功能；爆轰信号由B端反向输入，在熄爆通道长度为15~35 mm时，爆轰信号在通过隔爆序列、熄爆通道时被可靠阻断无法引爆A端导爆索，满足隔爆安全性功能。最终元件选取长度为15~35 mm的熄爆通道, 确定不同密度分层装药参数作为设计标准。应用于爆破网络设计中，使爆轰波信号在网络中单向传播，增加了网络的安全性。
依据爆炸逻辑元件的工作原理设计了一种爆炸二极管。实验研究了元件内部结构，确定了关键参数为熄爆通道的长度、隔爆序列。隔爆序列内采用激发装置、一次PETN装药、两次PETN装药不同密度分层装药序列。在A、B端连接导爆索，改变熄爆通道尺寸, 确定分层装药参数，进行传爆可靠性、隔爆安全性实验。结果表明：爆轰信号由A端正向输入时，可以顺利通过10~35 mm的熄爆通道并且可靠引爆B端导爆索，满足可靠性功能；爆轰信号由B端反向输入，在熄爆通道长度为15~35 mm时，爆轰信号在通过隔爆序列、熄爆通道时被可靠阻断无法引爆A端导爆索，满足隔爆安全性功能。最终元件选取长度为15~35 mm的熄爆通道, 确定不同密度分层装药参数作为设计标准。应用于爆破网络设计中，使爆轰波信号在网络中单向传播，增加了网络的安全性。
2017, 37(3): 566-570.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0566-05
摘要:
为预测煤尘爆炸能量，基于量纲分析理论建立煤尘爆炸能量预测模型。选取爆炸能量E、空气密度ρ和大气压强p的量纲为导出量纲。根据量纲分析Π定理得出含有待定参数λ的具有普适性的能量预测模型。通过小型煤尘爆炸性实验设计，测定10次爆炸最长火焰长度平均值l0、10次最长火焰长度出现时间平均值t0与该小型煤尘爆炸中释放能量E0，确定模型中参数λ为0.467。对模型变量t、E、l的函数关系进行合理性检验。通过实测的15组不同时刻的火焰长度进行模型变量t、l幂指关系检验。检验结果表明：量纲选取完备，预测模型科学合理。
为预测煤尘爆炸能量，基于量纲分析理论建立煤尘爆炸能量预测模型。选取爆炸能量E、空气密度ρ和大气压强p的量纲为导出量纲。根据量纲分析Π定理得出含有待定参数λ的具有普适性的能量预测模型。通过小型煤尘爆炸性实验设计，测定10次爆炸最长火焰长度平均值l0、10次最长火焰长度出现时间平均值t0与该小型煤尘爆炸中释放能量E0，确定模型中参数λ为0.467。对模型变量t、E、l的函数关系进行合理性检验。通过实测的15组不同时刻的火焰长度进行模型变量t、l幂指关系检验。检验结果表明：量纲选取完备，预测模型科学合理。
2017, 37(3): 571-576.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)03-0571-06
摘要:
火炮膛压作为火炮和弹药的内弹道重要参数，在研制、生产、交付、存储校验等环节都需要测量。针对当前同时采用放入式铜柱测压器和电子测压器测量某一批弹药时，电子测压器峰值出现散布较大，而铜柱测压法一致性好的问题，在分析两种测压法测压原理的基础上，利用铜柱动态校准数据作用到其ANSYS模型上修正了铜柱的Johnson-Cook模型参数；分析发现出现差异时电子测压器测量的压力变化率时程曲线不同，铜柱实际测试形变量与施加压力时程曲线作用于模型得到的形变量一致。研究表明：同时测量某一批弹药时，电子测压器比铜柱测压器出现压力峰值散布大的原因是由膛压上升过程变化率不同导致铜柱的应变率不同造成的。
火炮膛压作为火炮和弹药的内弹道重要参数，在研制、生产、交付、存储校验等环节都需要测量。针对当前同时采用放入式铜柱测压器和电子测压器测量某一批弹药时，电子测压器峰值出现散布较大，而铜柱测压法一致性好的问题，在分析两种测压法测压原理的基础上，利用铜柱动态校准数据作用到其ANSYS模型上修正了铜柱的Johnson-Cook模型参数；分析发现出现差异时电子测压器测量的压力变化率时程曲线不同，铜柱实际测试形变量与施加压力时程曲线作用于模型得到的形变量一致。研究表明：同时测量某一批弹药时，电子测压器比铜柱测压器出现压力峰值散布大的原因是由膛压上升过程变化率不同导致铜柱的应变率不同造成的。
