2017年 37卷 第4期
2017, 37(4): 577-584.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0577-08
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为定量研究氩气对预混气爆轰不稳定性的影响，在管径为50.8、63.5 mm的管道内对未稀释及氩气稀释(氩气的体积分数为50%、70%、85%)的C2H2-O2预混气进行了实验研究和量化分析，通过烟膜轨迹获得了不同初始压力下各种预混气的爆轰结构。对烟膜图像进行数字化处理，得到了氩气稀释下C2H2-O2预混气爆轰轨迹的不规则度表征：轨迹间距的柱状图、标准差曲线、自相关函数。结果表明：随着氩气体积分数的升高，三波点轨迹愈加规则，不稳定性在爆轰自持传播过程中逐渐失去主导作用。稀释后预混气爆轰轨迹间距的柱状图和自相关函数的峰值和分布离散情况基本一致，与标准差分布一致。C2H2-O2-85%Ar、C2H2-O2-70%Ar、C2H2-O2预混气的柱状图主胞格尺寸占比分别为33%、23%、20%，标准差分别为2.66~6.60 mm、5.37~10.96 mm、27.63~36.67 mm，自相关函数的第1个最高峰值分别高于其他峰值1/3倍、1/6倍、1/7倍。通过分析标准差数据，拟合得到氩气的体积分数与不稳定度的多项式函数，为选取不稳定度和氩气稀释浓度提供了依据。
为定量研究氩气对预混气爆轰不稳定性的影响，在管径为50.8、63.5 mm的管道内对未稀释及氩气稀释(氩气的体积分数为50%、70%、85%)的C2H2-O2预混气进行了实验研究和量化分析，通过烟膜轨迹获得了不同初始压力下各种预混气的爆轰结构。对烟膜图像进行数字化处理，得到了氩气稀释下C2H2-O2预混气爆轰轨迹的不规则度表征：轨迹间距的柱状图、标准差曲线、自相关函数。结果表明：随着氩气体积分数的升高，三波点轨迹愈加规则，不稳定性在爆轰自持传播过程中逐渐失去主导作用。稀释后预混气爆轰轨迹间距的柱状图和自相关函数的峰值和分布离散情况基本一致，与标准差分布一致。C2H2-O2-85%Ar、C2H2-O2-70%Ar、C2H2-O2预混气的柱状图主胞格尺寸占比分别为33%、23%、20%，标准差分别为2.66~6.60 mm、5.37~10.96 mm、27.63~36.67 mm，自相关函数的第1个最高峰值分别高于其他峰值1/3倍、1/6倍、1/7倍。通过分析标准差数据，拟合得到氩气的体积分数与不稳定度的多项式函数，为选取不稳定度和氩气稀释浓度提供了依据。
2017, 37(4): 585-590.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0585-06
摘要:
在研究数值模拟的输入参数引入的不确定性时，通常需要人为给定每个输入参数的概率分布，且输入参数概率分布的选择可能会对分析结果产生直接影响。利用贝叶斯方法标定了圆筒试验JWL状态方程参数，得到了标定参数的估计值和后验分布，并研究了不同统计模型假设对标定参数的估计值和后验分布的影响。贝叶斯后验分布融合了基准试验的试验数据的信息，因此将其作为不确定度量化分析时输入参数的初始概率分布，可以尽量减少分布选择引入的认知不确定性。
在研究数值模拟的输入参数引入的不确定性时，通常需要人为给定每个输入参数的概率分布，且输入参数概率分布的选择可能会对分析结果产生直接影响。利用贝叶斯方法标定了圆筒试验JWL状态方程参数，得到了标定参数的估计值和后验分布，并研究了不同统计模型假设对标定参数的估计值和后验分布的影响。贝叶斯后验分布融合了基准试验的试验数据的信息，因此将其作为不确定度量化分析时输入参数的初始概率分布，可以尽量减少分布选择引入的认知不确定性。
2017, 37(4): 591-599.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0591-09
摘要:
利用“Green函数法”和“镜像法”对垂直边界附近含圆孔的半空间双相压电介质对SH波的散射问题进行分析，得到其稳态解。利用镜像法得到满足水平边界应力自由与电位移自由的波函数解析表达式。根据垂直边界连续性条件，利用“契合法”建立第一类Fredholm型积分方程组，得到圆孔周边的动应力集中系数与电场强度集中系数解析表达式。数值算例分析了入射波频率、入射角度、介质参数等对动应力集中系数与电场强度集中系数的影响，并与已有文献进行比较。计算表明，高频SH波垂直入射危害较大。
利用“Green函数法”和“镜像法”对垂直边界附近含圆孔的半空间双相压电介质对SH波的散射问题进行分析，得到其稳态解。利用镜像法得到满足水平边界应力自由与电位移自由的波函数解析表达式。根据垂直边界连续性条件，利用“契合法”建立第一类Fredholm型积分方程组，得到圆孔周边的动应力集中系数与电场强度集中系数解析表达式。数值算例分析了入射波频率、入射角度、介质参数等对动应力集中系数与电场强度集中系数的影响，并与已有文献进行比较。计算表明，高频SH波垂直入射危害较大。
2017, 37(4): 600-610.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0600-11
摘要:
应用一级轻气炮驱动泡沫铝弹丸高速撞击加载技术，对实心钢板以及前/后面板为Q235钢板、芯层分别为铝基复合泡沫和普通泡沫铝的夹层板结构，在脉冲载荷作用下的动态力学响应进行实验研究。结果表明：泡沫铝子弹高速撞击靶板可近似模拟爆炸载荷效果；铝基复合泡沫夹层板的变形分为芯层压缩和整体变形两个阶段；与其他靶板相比，铝基复合泡沫夹层板的抗冲击性能最优。基于实验研究，应用LS-DYNA非线性动力有限元软件，对泡沫铝夹层板的动态响应进行数值模拟。结果表明：泡沫铝子弹的长度和初始速度对子弹与夹层板之间的接触作用力影响显著，并且呈线性关系。泡沫芯层强度对等质量及等厚度夹层板的抗冲击性能均有显著影响，夹层板中心挠度对前、后面板的厚度匹配较为敏感，在临界范围内，若背板厚度大于面板厚度，可减小夹层板的最终挠度。夹层板面板宜采用刚度较低、延性好、拉伸破坏应变较大的金属材料。
应用一级轻气炮驱动泡沫铝弹丸高速撞击加载技术，对实心钢板以及前/后面板为Q235钢板、芯层分别为铝基复合泡沫和普通泡沫铝的夹层板结构，在脉冲载荷作用下的动态力学响应进行实验研究。结果表明：泡沫铝子弹高速撞击靶板可近似模拟爆炸载荷效果；铝基复合泡沫夹层板的变形分为芯层压缩和整体变形两个阶段；与其他靶板相比，铝基复合泡沫夹层板的抗冲击性能最优。基于实验研究，应用LS-DYNA非线性动力有限元软件，对泡沫铝夹层板的动态响应进行数值模拟。结果表明：泡沫铝子弹的长度和初始速度对子弹与夹层板之间的接触作用力影响显著，并且呈线性关系。泡沫芯层强度对等质量及等厚度夹层板的抗冲击性能均有显著影响，夹层板中心挠度对前、后面板的厚度匹配较为敏感，在临界范围内，若背板厚度大于面板厚度，可减小夹层板的最终挠度。夹层板面板宜采用刚度较低、延性好、拉伸破坏应变较大的金属材料。
2017, 37(4): 611-620.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0611-10
摘要:
以局部相互作用理论为基础，引入与弹体头部形状相关的开坑计算方法和归一化弹体头部形状方程，给出了任意头部形状弹体侵彻混凝土深度的计算模型。利用最大侵深法，得到了无量纲头部形状控制参数表达式及经典变分头部形状优化设计方法。理论计算及弹靶分离仿真模拟计算结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：弹体头部相对半径较小时，球头锥形和球头卵形弹体优化后得到的头部形状分别为尖头锥形和尖头卵形；优化截头弹体的侵彻深度大于优化尖头弹体，而优化截锥形弹体的侵彻深度最大；弹体头部形状对弹体侵彻过载的影响显著，优化弹体头部形状可以有效地提高侵彻深度。
以局部相互作用理论为基础，引入与弹体头部形状相关的开坑计算方法和归一化弹体头部形状方程，给出了任意头部形状弹体侵彻混凝土深度的计算模型。利用最大侵深法，得到了无量纲头部形状控制参数表达式及经典变分头部形状优化设计方法。理论计算及弹靶分离仿真模拟计算结果与实验结果吻合较好。研究结果表明：弹体头部相对半径较小时，球头锥形和球头卵形弹体优化后得到的头部形状分别为尖头锥形和尖头卵形；优化截头弹体的侵彻深度大于优化尖头弹体，而优化截锥形弹体的侵彻深度最大；弹体头部形状对弹体侵彻过载的影响显著，优化弹体头部形状可以有效地提高侵彻深度。
2017, 37(4): 621-628.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0621-08
摘要:
基于横向效应增强型弹丸(PELE)侵彻金属薄靶板过程分析，将弹体前端在撞击作用下的变形过程分解为轴向一维压缩和径向自由膨胀两个变形阶段；依据冲击波理论，给出了弹体前端的冲击波压缩势能，由功能转化原理，给出了PELE前端外壳在靶后形成破片的最大径向飞散速度计算公式。计算结果在多种工况下均与文献的实验结果较为一致。计算结果表明：PELE靶后外壳破片的最大径向飞散速度与外壳和内芯材料的体积模量和泊松比有关，且随二者的增大而增大；PELE外壳破片的最大径向飞散速度是壳体和内芯在冲击波压缩作用下共同径向膨胀的结果，且外壳膨胀能在弹体整体膨胀能中所占比例较大，计算中应当同时考虑弹体外壳和内芯材料的横向膨胀效应对弹体破片径向飞散速度的影响。
基于横向效应增强型弹丸(PELE)侵彻金属薄靶板过程分析，将弹体前端在撞击作用下的变形过程分解为轴向一维压缩和径向自由膨胀两个变形阶段；依据冲击波理论，给出了弹体前端的冲击波压缩势能，由功能转化原理，给出了PELE前端外壳在靶后形成破片的最大径向飞散速度计算公式。计算结果在多种工况下均与文献的实验结果较为一致。计算结果表明：PELE靶后外壳破片的最大径向飞散速度与外壳和内芯材料的体积模量和泊松比有关，且随二者的增大而增大；PELE外壳破片的最大径向飞散速度是壳体和内芯在冲击波压缩作用下共同径向膨胀的结果，且外壳膨胀能在弹体整体膨胀能中所占比例较大，计算中应当同时考虑弹体外壳和内芯材料的横向膨胀效应对弹体破片径向飞散速度的影响。
2017, 37(4): 629-636.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0629-08
摘要:
为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式，以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象，通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试，获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000 s-1应变率范围内的力学行为，分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法，获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9 mm厚)的弹道极限速度，通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能，讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异，分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明：3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关，但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异；在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下，3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关，Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征，其断裂失效主要取决于材料的剪切强度，而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性，其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。
为分析不同组分低碳合金钢板抗超高强度低碳合金钢弹体的高速撞击性能及破坏模式，以两种典型防弹特种钢SS、AS以及常见的Q235A钢为研究对象，通过静态拉伸、静态压缩及动态压缩测试，获得静态拉伸和压缩性能参数以及1 000~6 000 s-1应变率范围内的力学行为，分析了材料组分与力学性能的相关性。采用弹道枪加载撞击方法，获得了两种超高强度合金钢平头圆柱形弹体对3种钢板(14.5~15.9 mm厚)的弹道极限速度，通过分析获得了不同工况下的极限比吸收能，讨论了合金钢板在弹体高速撞击下破坏模式的差异，分析了材料力学性能与破坏模式的相关性。研究表明：3种合金钢板抗弹体撞击性能与材料屈服强度正相关，但其性能间的差异远小于屈服强度间的差异；在超高强度合金钢平头圆柱形弹体的高速撞击下，3种钢板的失效机制与其力学性能密切相关，Si和Mn含量高的AS钢呈硬脆性特征，其断裂失效主要取决于材料的剪切强度，而Si和Mn含量较低的SS钢和Q235A钢具有良好的塑性，其断裂失效主要取决于材料的压缩强度和剪切强度。
2017, 37(4): 637-642.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0637-06
摘要:
采用实验和数值模拟方法研究了橡胶复合板作为爆炸反应装甲面、背板时的防护性能，分析了两种反应装甲结构的防护机理，并与面密度相同的钢反应装甲进行了对比。实验结果表明：爆炸反应装甲面板或背板为橡胶复合板时的防护性能优于钢反应装甲，其中橡胶复合板作为背板时效果最优。数值模拟结果表明：橡胶复合板在爆炸驱动下外层钢板速度相比于钢反应装甲飞板提高16%，橡胶复合板的界面效应及其飞板间隙可以有效减小逃逸射流的长度。
采用实验和数值模拟方法研究了橡胶复合板作为爆炸反应装甲面、背板时的防护性能，分析了两种反应装甲结构的防护机理，并与面密度相同的钢反应装甲进行了对比。实验结果表明：爆炸反应装甲面板或背板为橡胶复合板时的防护性能优于钢反应装甲，其中橡胶复合板作为背板时效果最优。数值模拟结果表明：橡胶复合板在爆炸驱动下外层钢板速度相比于钢反应装甲飞板提高16%，橡胶复合板的界面效应及其飞板间隙可以有效减小逃逸射流的长度。
2017, 37(4): 643-648.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0643-06
摘要:
研发了一种内衬PVC壳体，外裹泡沫陶瓷壳体的新型空壳颗粒作为人防结构分配层。通过大比尺化爆实验，研究了爆炸载荷下新型空壳颗粒分配层人防结构和普通黄沙分配层人防结构的破坏情况和冲击波传播规律。实验证明：同样当量爆炸载荷下，相对黄沙分配层，新型空壳颗粒分配层可以降低应力峰值50%左右；相对常规空壳颗粒，新型空壳颗粒分配层受损情况显著减小。这表明：新型空壳颗粒作为人防工程的分配层兼具显著的削波耗能效果和抵抗二次爆炸的能力，因此可以提高人防工程的抗爆能力，具有广阔的军事应用前景。
研发了一种内衬PVC壳体，外裹泡沫陶瓷壳体的新型空壳颗粒作为人防结构分配层。通过大比尺化爆实验，研究了爆炸载荷下新型空壳颗粒分配层人防结构和普通黄沙分配层人防结构的破坏情况和冲击波传播规律。实验证明：同样当量爆炸载荷下，相对黄沙分配层，新型空壳颗粒分配层可以降低应力峰值50%左右；相对常规空壳颗粒，新型空壳颗粒分配层受损情况显著减小。这表明：新型空壳颗粒作为人防工程的分配层兼具显著的削波耗能效果和抵抗二次爆炸的能力，因此可以提高人防工程的抗爆能力，具有广阔的军事应用前景。
2017, 37(4): 649-660.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0649-12
摘要:
通过6根圆形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土(UHPSFRCFDST)柱爆炸破坏实验，研究了轴压、折合距离、空心率和迎爆面形状对其动态响应及损伤破坏的影响，并运用LS-DYNA软件建立了爆炸荷载作用下UHPSFRCFDST柱动态响应的有限元模型。在验证了模型有效性的基础上，运用参数化分析方法，研究了轴压比、空心率、含钢率、内层和外层钢管径厚比及其强度等关键参数对圆形UHPSFRCFDST柱抗爆性能的影响。结果表明：有限元模型能够有效地分析UHPSFRCFDST柱在爆炸荷载作用下的动态响应及损伤破坏；在小于临界轴压时，提高轴压比能够提升UHPSFRCFDST柱抗爆性能，但超过临界轴压后继续提高反而会加重其损伤破坏；减小空心率或内、外层钢管径厚比均可有效提升UHPSFRCFDST柱的抗爆性能，提高含钢率或外层钢管强度也能达到相同效果，但提高内层钢管强度对其抗爆性能的提升作用并不显著。
通过6根圆形中空夹层钢管超高性能钢纤维混凝土(UHPSFRCFDST)柱爆炸破坏实验，研究了轴压、折合距离、空心率和迎爆面形状对其动态响应及损伤破坏的影响，并运用LS-DYNA软件建立了爆炸荷载作用下UHPSFRCFDST柱动态响应的有限元模型。在验证了模型有效性的基础上，运用参数化分析方法，研究了轴压比、空心率、含钢率、内层和外层钢管径厚比及其强度等关键参数对圆形UHPSFRCFDST柱抗爆性能的影响。结果表明：有限元模型能够有效地分析UHPSFRCFDST柱在爆炸荷载作用下的动态响应及损伤破坏；在小于临界轴压时，提高轴压比能够提升UHPSFRCFDST柱抗爆性能，但超过临界轴压后继续提高反而会加重其损伤破坏；减小空心率或内、外层钢管径厚比均可有效提升UHPSFRCFDST柱的抗爆性能，提高含钢率或外层钢管强度也能达到相同效果，但提高内层钢管强度对其抗爆性能的提升作用并不显著。
2017, 37(4): 661-669.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0661-09
摘要:
为了提高不同岩石中爆破破岩的能量利用率，分析了导爆索侧向起爆和一端起爆条件下的爆炸冲击能和爆生气体能的分布规律，并结合响水沟过渡料爆破开采实验，对比了这两种起爆方式下的爆破块度级配曲线。结果表明，侧向起爆和一端起爆条件下的爆炸冲击能和爆生气体能的分布有着很大差异。可以通过改变起爆方式来调整用于爆破破岩的冲击能和气体能的比例，以提高爆破破岩的能量利用率。此在基础上，提出了不同强度岩体中起爆方式选择的原则，导爆索侧向起爆适用于软岩和裂隙岩体的爆破破碎以及轮廓爆破，而在硬岩中的级配料爆破开采则不宜采用侧向起爆。
为了提高不同岩石中爆破破岩的能量利用率，分析了导爆索侧向起爆和一端起爆条件下的爆炸冲击能和爆生气体能的分布规律，并结合响水沟过渡料爆破开采实验，对比了这两种起爆方式下的爆破块度级配曲线。结果表明，侧向起爆和一端起爆条件下的爆炸冲击能和爆生气体能的分布有着很大差异。可以通过改变起爆方式来调整用于爆破破岩的冲击能和气体能的比例，以提高爆破破岩的能量利用率。此在基础上，提出了不同强度岩体中起爆方式选择的原则，导爆索侧向起爆适用于软岩和裂隙岩体的爆破破碎以及轮廓爆破，而在硬岩中的级配料爆破开采则不宜采用侧向起爆。
2017, 37(4): 670-676.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0670-07
摘要:
爆炸作用下围岩与被覆结构的动力相互作用对于合理确定防护结构荷载、科学设计被覆结构具有重要意义。运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流-固耦合算法，对垂直爆炸作用下不同爆距、不同跨度的地下结构与围岩的动力相互作用进行了数值模拟，应用波动理论进行了动力相互作用力分析，讨论了相互作用动载计算公式在岩石结构中的适用性，得到了围岩与被覆结构的最大相互作用力变化规律。研究结果表明：在距拱顶1~25 m垂直爆炸作用下，14~25 m跨地下结构都发生了拱顶局部破坏，整个拱的混凝土均会产生震动裂缝；当爆距为4 m时，围岩与结构的动力耦合作用最大，可以作为确定最大荷载的依据。
爆炸作用下围岩与被覆结构的动力相互作用对于合理确定防护结构荷载、科学设计被覆结构具有重要意义。运用ANSYS/LS-DYNA非线性显式动力有限元程序和流-固耦合算法，对垂直爆炸作用下不同爆距、不同跨度的地下结构与围岩的动力相互作用进行了数值模拟，应用波动理论进行了动力相互作用力分析，讨论了相互作用动载计算公式在岩石结构中的适用性，得到了围岩与被覆结构的最大相互作用力变化规律。研究结果表明：在距拱顶1~25 m垂直爆炸作用下，14~25 m跨地下结构都发生了拱顶局部破坏，整个拱的混凝土均会产生震动裂缝；当爆距为4 m时，围岩与结构的动力耦合作用最大，可以作为确定最大荷载的依据。
2017, 37(4): 677-684.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0677-08
摘要:
以黄登重力坝的溢流坝为研究背景，考虑混凝土的高应变率效应，运用Lagrange-Euler耦合算法建立大坝-库水-空气-炸药全耦合数值模型，研究溢流坝在接触爆炸荷载作用下的抗爆性能。分析满库与空库时溢流坝在爆炸冲击波作用下的动力响应及损伤程度，并进一步研究满库时大坝在不同炸点的水下接触爆炸荷载作用下的动力响应及损伤分布。研究结果表明，满库时水下爆炸比空库时爆炸的动力响应及损伤程度大得多；溢流坝的抗爆薄弱部位主要集中在溢流道顶部及坝体上游折坡处。研究溢流坝的抗爆性能时应重点研究满库时水下爆炸对大坝的破坏特性。
以黄登重力坝的溢流坝为研究背景，考虑混凝土的高应变率效应，运用Lagrange-Euler耦合算法建立大坝-库水-空气-炸药全耦合数值模型，研究溢流坝在接触爆炸荷载作用下的抗爆性能。分析满库与空库时溢流坝在爆炸冲击波作用下的动力响应及损伤程度，并进一步研究满库时大坝在不同炸点的水下接触爆炸荷载作用下的动力响应及损伤分布。研究结果表明，满库时水下爆炸比空库时爆炸的动力响应及损伤程度大得多；溢流坝的抗爆薄弱部位主要集中在溢流道顶部及坝体上游折坡处。研究溢流坝的抗爆性能时应重点研究满库时水下爆炸对大坝的破坏特性。
2017, 37(4): 685-691.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0685-07
摘要:
岩体是复杂的等级构造地质体，在高地应力作用下，因摩擦和粘结作用，内部封存能量，可看作具有内部能量源和能量汇的介质。基于岩体块系构造, 对岩体在扰动下的运动积分和等效动能进行分析，提出了在高地应力赋存环境中岩体受爆炸地震波扰动下的等效地冲击能量因子，并给出了大规模地下爆炸诱发远区局部不可逆范围的计算公式。与G.G.Kocharyan等基于块体运动分析给出的计算公式比较表明，本文中提出的计算理论物理过程清晰，更具有适用性。
岩体是复杂的等级构造地质体，在高地应力作用下，因摩擦和粘结作用，内部封存能量，可看作具有内部能量源和能量汇的介质。基于岩体块系构造, 对岩体在扰动下的运动积分和等效动能进行分析，提出了在高地应力赋存环境中岩体受爆炸地震波扰动下的等效地冲击能量因子，并给出了大规模地下爆炸诱发远区局部不可逆范围的计算公式。与G.G.Kocharyan等基于块体运动分析给出的计算公式比较表明，本文中提出的计算理论物理过程清晰，更具有适用性。
2017, 37(4): 692-698.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0692-07
摘要:
微层裂是冲击波物理领域的重要基础问题，在工程上具有重要应用价值。近年来用于诊断样品多层层裂的传统Asay窗技术被用于诊断微层裂，但对其诊断能力和信号特征认识仍存在严重不足。为此，通过波系分析，揭示出在薄飞片击靶的微层裂实验中样品破碎存在1个“痂片”特征区、2个微层裂特征区以及1个“残体”特征区。实验表明，在样品窗口间隙合适的条件下，Asay窗不仅能够有效区分这些不同特征分区，而且能够灵敏探测样品表面发射的高速微喷粒子，从而实现对样品连续破碎过程的精密诊断。
微层裂是冲击波物理领域的重要基础问题，在工程上具有重要应用价值。近年来用于诊断样品多层层裂的传统Asay窗技术被用于诊断微层裂，但对其诊断能力和信号特征认识仍存在严重不足。为此，通过波系分析，揭示出在薄飞片击靶的微层裂实验中样品破碎存在1个“痂片”特征区、2个微层裂特征区以及1个“残体”特征区。实验表明，在样品窗口间隙合适的条件下，Asay窗不仅能够有效区分这些不同特征分区，而且能够灵敏探测样品表面发射的高速微喷粒子，从而实现对样品连续破碎过程的精密诊断。
2017, 37(4): 699-704.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0699-06
摘要:
因自辐照效应的影响，一些材料内部会产生大量的氦泡，关注这些氦泡对材料力学性能的影响是目前损伤破坏研究中的重要问题之一。结合相关文献的实验结果，采用耦合材料初始损伤、孔洞尺寸及惯性影响的损伤模型，对该问题进行了数值分析。结果显示：氦泡的内压及材料变形中温度的变化对损伤发展的影响很小；材料的初始损伤越大，材料内部应力减小得越快，损伤增长得越慢；因惯性的影响，初始氦泡越大，损伤增长相对较慢。因此，分析含氦泡材料的层裂损伤问题需要重点关注材料初始氦泡大小、初始损伤以及损伤演化过程中惯性的影响。
因自辐照效应的影响，一些材料内部会产生大量的氦泡，关注这些氦泡对材料力学性能的影响是目前损伤破坏研究中的重要问题之一。结合相关文献的实验结果，采用耦合材料初始损伤、孔洞尺寸及惯性影响的损伤模型，对该问题进行了数值分析。结果显示：氦泡的内压及材料变形中温度的变化对损伤发展的影响很小；材料的初始损伤越大，材料内部应力减小得越快，损伤增长得越慢；因惯性的影响，初始氦泡越大，损伤增长相对较慢。因此，分析含氦泡材料的层裂损伤问题需要重点关注材料初始氦泡大小、初始损伤以及损伤演化过程中惯性的影响。
2017, 37(4): 705-711.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0705-07
摘要:
对混凝土、岩石类脆性材料的层裂实验进行了有限元模拟，研究了应力波在此类材料中传播的衰减规律，包括两类机制：弹性波因大尺寸试样的几何弥散产生的小幅度线性衰减、与应变率相关的黏塑性波因本构关系导致的指数衰减。在此基础上，提出了包含常数项的指数型应力波峰值拟合公式。建议采用可以忽略应力波衰减影响的细长形试样进行层裂实验。混凝土类脆性材料层裂破坏模拟结果显示，有限元模拟得到的层裂片厚度与一维应力波理论得到的结果非常吻合，验证了按一维应力波理论确定层裂强度的实验方法的有效性。通过对比3种不同入射波形下层裂片的形状和净拉应力波形，发现不对称的入射波形状更有利于实验获得平直的层裂断面和较准确的层裂强度。
对混凝土、岩石类脆性材料的层裂实验进行了有限元模拟，研究了应力波在此类材料中传播的衰减规律，包括两类机制：弹性波因大尺寸试样的几何弥散产生的小幅度线性衰减、与应变率相关的黏塑性波因本构关系导致的指数衰减。在此基础上，提出了包含常数项的指数型应力波峰值拟合公式。建议采用可以忽略应力波衰减影响的细长形试样进行层裂实验。混凝土类脆性材料层裂破坏模拟结果显示，有限元模拟得到的层裂片厚度与一维应力波理论得到的结果非常吻合，验证了按一维应力波理论确定层裂强度的实验方法的有效性。通过对比3种不同入射波形下层裂片的形状和净拉应力波形，发现不对称的入射波形状更有利于实验获得平直的层裂断面和较准确的层裂强度。
2017, 37(4): 712-718.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0712-07
摘要:
为探究混凝土受盐腐蚀后的动态力学响应，配置了粉煤灰质量分数为15%的普通硅酸盐水泥混凝土，将其置于质量分数均为15%的NaCl和Na2SO4溶液中浸泡腐蚀60 d后，利用∅100 mm分离式霍普金森压杆实验装置，测试其受腐蚀后的动态力学性能，并结合宏观唯象损伤统计理论和Weibull分布思想，建立了混凝土受盐腐蚀后的动态统计损伤本构模型。结果表明：受盐腐蚀后，混凝土试件的动态抗压强度均有不同程度的下降，且NaCl溶液腐蚀试件的降幅大于Na2SO4溶液腐蚀试件；模型曲线与实验曲线的拟合度较高，能够较准确地描述混凝土在冲击荷载作用下的动态力学响应规律。
为探究混凝土受盐腐蚀后的动态力学响应，配置了粉煤灰质量分数为15%的普通硅酸盐水泥混凝土，将其置于质量分数均为15%的NaCl和Na2SO4溶液中浸泡腐蚀60 d后，利用∅100 mm分离式霍普金森压杆实验装置，测试其受腐蚀后的动态力学性能，并结合宏观唯象损伤统计理论和Weibull分布思想，建立了混凝土受盐腐蚀后的动态统计损伤本构模型。结果表明：受盐腐蚀后，混凝土试件的动态抗压强度均有不同程度的下降，且NaCl溶液腐蚀试件的降幅大于Na2SO4溶液腐蚀试件；模型曲线与实验曲线的拟合度较高，能够较准确地描述混凝土在冲击荷载作用下的动态力学响应规律。
2017, 37(4): 719-726.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0719-08
摘要:
采用模型实验方法，研究了近自由面水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性。根据实验模型的破坏结果和压力测试结果，分析了水下爆炸产物与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程以及水下爆炸产物的压力变化规律。研究表明：防雷舱舷侧空舱的载荷可分为冲击波载荷、准静态压力载荷和负压载荷3种，防雷舱舷侧空舱的破坏主要由冲击波载荷和准静态压力载荷造成，并且准静态压力载荷的比冲量是冲击波载荷的数倍，而负压载荷对防雷舱舷侧空舱破坏的影响可忽略不计。
采用模型实验方法，研究了近自由面水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性。根据实验模型的破坏结果和压力测试结果，分析了水下爆炸产物与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程以及水下爆炸产物的压力变化规律。研究表明：防雷舱舷侧空舱的载荷可分为冲击波载荷、准静态压力载荷和负压载荷3种，防雷舱舷侧空舱的破坏主要由冲击波载荷和准静态压力载荷造成，并且准静态压力载荷的比冲量是冲击波载荷的数倍，而负压载荷对防雷舱舷侧空舱破坏的影响可忽略不计。
2017, 37(4): 727-733.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0727-07
摘要:
用轻气炮设备对截卵形弹进行了速度在100~150 m/s的水平入水实验，利用高速相机记录了整个入水过程，获取了截卵形弹体在水中运动的速度衰减规律，并对平头弹、卵形弹及截卵形入水弹道稳定性及速度衰减规律进行了对比，对截卵形弹体入水形成的空泡扩展行为进行了理论研究，建立了关于空泡扩展的理论模型，得到了固定位置和固定时间处空泡扩展半径、速度分别与时间和侵彻距离的关系，实验数据与理论计算吻合很好。
用轻气炮设备对截卵形弹进行了速度在100~150 m/s的水平入水实验，利用高速相机记录了整个入水过程，获取了截卵形弹体在水中运动的速度衰减规律，并对平头弹、卵形弹及截卵形入水弹道稳定性及速度衰减规律进行了对比，对截卵形弹体入水形成的空泡扩展行为进行了理论研究，建立了关于空泡扩展的理论模型，得到了固定位置和固定时间处空泡扩展半径、速度分别与时间和侵彻距离的关系，实验数据与理论计算吻合很好。
2017, 37(4): 734-740.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0734-07
摘要:
为了明确有效地评价声波对大黄鱼影响的指标，以水下爆破和滨海山体爆破两种作业方式产生的水中声波数据为基础，进行声波信号的声压峰值和声暴露级分析，并结合现场大黄鱼的行为响应进行研究。结果表明：水下爆破产生的水中声波瞬态声压幅值较高，能量在瞬间累积到最大值并影响大黄鱼的行为和安全；而滨海山体爆破水中声波的声压幅值小，声暴露时间长，能量的连续累积造成了大黄鱼行为的改变。由于两种爆破方式作用下的水中声波在不同的声暴露时间内的声暴露级较接近，且超过150 dB会造成大黄鱼的行为异常，因此认为声暴露级是评价水中声波对大黄鱼影响的一个重要指标。
为了明确有效地评价声波对大黄鱼影响的指标，以水下爆破和滨海山体爆破两种作业方式产生的水中声波数据为基础，进行声波信号的声压峰值和声暴露级分析，并结合现场大黄鱼的行为响应进行研究。结果表明：水下爆破产生的水中声波瞬态声压幅值较高，能量在瞬间累积到最大值并影响大黄鱼的行为和安全；而滨海山体爆破水中声波的声压幅值小，声暴露时间长，能量的连续累积造成了大黄鱼行为的改变。由于两种爆破方式作用下的水中声波在不同的声暴露时间内的声暴露级较接近，且超过150 dB会造成大黄鱼的行为异常，因此认为声暴露级是评价水中声波对大黄鱼影响的一个重要指标。
2017, 37(4): 741-747.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0741-07
摘要:
采用九阶WENO和十阶中心差分格式数值求解激波与火焰作用过程，考察了激波强度、火焰尺寸对激波与球形火焰作用过程的影响。结果表明，增大激波强度或火焰尺寸均可在流场中引发爆轰，但激波强度的影响更大，并且其引发的爆轰可使火焰迅速膨胀，放热率提高，从而影响燃烧特性；此外，爆轰波传播过程中会迅速消耗可燃预混气，合并原有的反射激波，并在流场中形成局部高压区，极大地改变流场结构。
采用九阶WENO和十阶中心差分格式数值求解激波与火焰作用过程，考察了激波强度、火焰尺寸对激波与球形火焰作用过程的影响。结果表明，增大激波强度或火焰尺寸均可在流场中引发爆轰，但激波强度的影响更大，并且其引发的爆轰可使火焰迅速膨胀，放热率提高，从而影响燃烧特性；此外，爆轰波传播过程中会迅速消耗可燃预混气，合并原有的反射激波，并在流场中形成局部高压区，极大地改变流场结构。
2017, 37(4): 748-758.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0748-11
摘要:
为研究平面入射激波与磁化R22重质圆形气柱的作用过程，首先通过数值方法得到了不同初始条件下激波诱导R22气柱的Kelvin-Helmholtz (KH)及Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性导致的重气柱变形过程，并详细讨论了不同情况下透射激波在气柱内聚焦诱导射流的过程；然后在加入磁场的情况下，采用CTU+CT算法进行数值模拟，以保证数值结果满足任意时刻磁场的散度为零。计算结果表明：磁场对激波诱导R22气柱不稳定性具有抑制作用；法向磁场和流向磁场都可以很好地抑制RM不稳定性；对于KH不稳定性，法向磁场的控制效果更好，不仅可以抑制界面上涡串的卷起，还可以阻止主涡的发展，而流向磁场做不到后者；磁场对射流影响不大，射流处的磁能量可以一定程度上抑制射流的衰减，同时法向磁场可以减小聚焦时压力及速度峰值。
为研究平面入射激波与磁化R22重质圆形气柱的作用过程，首先通过数值方法得到了不同初始条件下激波诱导R22气柱的Kelvin-Helmholtz (KH)及Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性导致的重气柱变形过程，并详细讨论了不同情况下透射激波在气柱内聚焦诱导射流的过程；然后在加入磁场的情况下，采用CTU+CT算法进行数值模拟，以保证数值结果满足任意时刻磁场的散度为零。计算结果表明：磁场对激波诱导R22气柱不稳定性具有抑制作用；法向磁场和流向磁场都可以很好地抑制RM不稳定性；对于KH不稳定性，法向磁场的控制效果更好，不仅可以抑制界面上涡串的卷起，还可以阻止主涡的发展，而流向磁场做不到后者；磁场对射流影响不大，射流处的磁能量可以一定程度上抑制射流的衰减，同时法向磁场可以减小聚焦时压力及速度峰值。
2017, 37(4): 759-765.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0759-07
摘要:
为探索惰化剂粒径对可燃工业粉尘火焰传播特性的影响，通过建立竖直粉尘燃烧管道实验平台，在碳酸氢钠质量分数为30%的惰化条件下，就碳酸氢钠粒径对铝粉燃烧火焰传播特性的影响进行了实验研究。结果表明：平均粒径为30 μm的碳酸氢钠粉体对平均粒径为15 μm的铝粉的火焰传播速度具有较好的抑制作用，惰性粉体与可燃工业粉尘应存在粒度匹配效应；碳酸氢钠粉体对铝粉火焰温度的惰化抑制效果与其粒径呈反比关系；碳酸氢钠粉体会减小铝粉火焰预热区厚度，预热区厚度随碳酸氢钠粒径的增加先减小后增大。此外，分析了碳酸氢钠粒径对铝粉火焰传播特性影响的作用机理。
为探索惰化剂粒径对可燃工业粉尘火焰传播特性的影响，通过建立竖直粉尘燃烧管道实验平台，在碳酸氢钠质量分数为30%的惰化条件下，就碳酸氢钠粒径对铝粉燃烧火焰传播特性的影响进行了实验研究。结果表明：平均粒径为30 μm的碳酸氢钠粉体对平均粒径为15 μm的铝粉的火焰传播速度具有较好的抑制作用，惰性粉体与可燃工业粉尘应存在粒度匹配效应；碳酸氢钠粉体对铝粉火焰温度的惰化抑制效果与其粒径呈反比关系；碳酸氢钠粉体会减小铝粉火焰预热区厚度，预热区厚度随碳酸氢钠粒径的增加先减小后增大。此外，分析了碳酸氢钠粒径对铝粉火焰传播特性影响的作用机理。
2017, 37(4): 766-772.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0766-07
摘要:
根据我国石油气体管道阻火器实验的国家标准(GB13347—92)，对6组ⅡA类气体波纹板阻爆燃型阻火器进行了实验探究，得到了相应的阻火速度。实验结果表明：阻火器扩张比、阻火芯狭缝通道长度以及狭缝截面形状是影响阻火速度的主要因素。通过分析以上3个因素对阻火速度的影响，得出了阻火速度与阻火器基本参数的拟合公式。结果表明：阻火速度与狭缝通道的长度、扩张比的平方成正比，与狭缝截面三角形的特征尺寸成反比。
根据我国石油气体管道阻火器实验的国家标准(GB13347—92)，对6组ⅡA类气体波纹板阻爆燃型阻火器进行了实验探究，得到了相应的阻火速度。实验结果表明：阻火器扩张比、阻火芯狭缝通道长度以及狭缝截面形状是影响阻火速度的主要因素。通过分析以上3个因素对阻火速度的影响，得出了阻火速度与阻火器基本参数的拟合公式。结果表明：阻火速度与狭缝通道的长度、扩张比的平方成正比，与狭缝截面三角形的特征尺寸成反比。
2017, 37(4): 773-778.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0773-06
摘要:
为研究甲烷-空气混合物在密闭球形容器内的爆炸特性，首先利用化学平衡计算软件确定合适的燃烧产物与化学平衡温度，估算甲烷-空气混合物的最大爆炸压力。然后基于火焰增长模型，用MATLAB编辑循环语句程序，计算了甲烷-空气混合气体爆炸的压力时程曲线，通过与实验数据对比，验证了化学平衡软件计算方法与火焰增长模型的可行性，并分析了误差的产生原因。进而利用火焰增长模型推出的经验公式计算爆燃指数，发现在当量比附近与实验结果拟合程度较好。
为研究甲烷-空气混合物在密闭球形容器内的爆炸特性，首先利用化学平衡计算软件确定合适的燃烧产物与化学平衡温度，估算甲烷-空气混合物的最大爆炸压力。然后基于火焰增长模型，用MATLAB编辑循环语句程序，计算了甲烷-空气混合气体爆炸的压力时程曲线，通过与实验数据对比，验证了化学平衡软件计算方法与火焰增长模型的可行性，并分析了误差的产生原因。进而利用火焰增长模型推出的经验公式计算爆燃指数，发现在当量比附近与实验结果拟合程度较好。
2017, 37(4): 779-784.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)04-0779-06
摘要:
车辆在遭遇事故或高温天气时容易起火自燃，车辆油箱可能发生爆燃，威胁人员的生命安全。为研究装有油料的油箱在明火烤燃下的燃爆特性，采用摄像机、红外热成像仪和热电偶对油箱在烤燃过程中喷射火焰的表面温度和尺寸以及油箱内部温度进行测试，以76L油箱为研究对象，对比不同密闭条件和填充情况下油箱的燃爆特性。实验结果表明：油箱在出油口关闭、未填充抑爆材料时，易发生爆炸，烤燃产生的爆燃火球表面最高温度在1800K以上，火球体积约为油箱体积的1600多倍；油箱内填充抑爆球可使喷射火焰的最高表面温度和尺寸显著降低；在相同条件下，油箱内柴油蒸气的平均升温速率比汽油蒸气低36.0%，最高温度低16.2%。
车辆在遭遇事故或高温天气时容易起火自燃，车辆油箱可能发生爆燃，威胁人员的生命安全。为研究装有油料的油箱在明火烤燃下的燃爆特性，采用摄像机、红外热成像仪和热电偶对油箱在烤燃过程中喷射火焰的表面温度和尺寸以及油箱内部温度进行测试，以76L油箱为研究对象，对比不同密闭条件和填充情况下油箱的燃爆特性。实验结果表明：油箱在出油口关闭、未填充抑爆材料时，易发生爆炸，烤燃产生的爆燃火球表面最高温度在1800K以上，火球体积约为油箱体积的1600多倍；油箱内填充抑爆球可使喷射火焰的最高表面温度和尺寸显著降低；在相同条件下，油箱内柴油蒸气的平均升温速率比汽油蒸气低36.0%，最高温度低16.2%。
