2021年 41卷 第3期
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2021, 41(3): 031101.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0114
摘要:
针对毁伤试验数据少、不均匀、不连续、范围窄等带来的计算精度不高的问题。研究通过数据挖掘技术进行毁伤效应计算。利用数据库管理毁伤数据，通过数据清洗技术识别并清除数据异常点，以保证数据库中数据的质量。建立了算法评价方法以选择最优经验算法。通过特征选择对高维毁伤数据进行降维，确定毁伤效应的主要控制参数进行神经网络学习和k-近邻检索。在此基础上建立基于数据融合的“三阶段”毁伤效应计算模型，可依据试验数据、经验算法和神经网络模型进行毁伤效应计算。实际应用表明，所提出的计算方法，能够满足实际应用需求。
针对毁伤试验数据少、不均匀、不连续、范围窄等带来的计算精度不高的问题。研究通过数据挖掘技术进行毁伤效应计算。利用数据库管理毁伤数据，通过数据清洗技术识别并清除数据异常点，以保证数据库中数据的质量。建立了算法评价方法以选择最优经验算法。通过特征选择对高维毁伤数据进行降维，确定毁伤效应的主要控制参数进行神经网络学习和k-近邻检索。在此基础上建立基于数据融合的“三阶段”毁伤效应计算模型，可依据试验数据、经验算法和神经网络模型进行毁伤效应计算。实际应用表明，所提出的计算方法，能够满足实际应用需求。
2021, 41(3): 031401.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0328
摘要:
工程结构在使用过程中，大部分构件处于预应力状态。为了理清预应力对金属梁在冲击载荷作用下响应的影响机理，对不同轴向预应力条件和不同冲击强度下金属梁的塑性变形规律进行了研究。通过自主设计的预应力加载装置和落锤试验机，实现对金属梁的预应力控制和冲击加载；借助商用软件建立数值模型，对相关工况进行模拟。数值模拟结果与试验结果有较好的一致性。通过对梁的剩余挠度进行对比发现，压预应力状态下的梁受冲击载荷作用所产生的中点剩余挠度会比无预应力时更大；而拉预应力状态下的梁，挠度的变化量与预应力之间没有较一致的规律。...
工程结构在使用过程中，大部分构件处于预应力状态。为了理清预应力对金属梁在冲击载荷作用下响应的影响机理，对不同轴向预应力条件和不同冲击强度下金属梁的塑性变形规律进行了研究。通过自主设计的预应力加载装置和落锤试验机，实现对金属梁的预应力控制和冲击加载；借助商用软件建立数值模型，对相关工况进行模拟。数值模拟结果与试验结果有较好的一致性。通过对梁的剩余挠度进行对比发现，压预应力状态下的梁受冲击载荷作用所产生的中点剩余挠度会比无预应力时更大；而拉预应力状态下的梁，挠度的变化量与预应力之间没有较一致的规律。...
2021, 41(3): 031402.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0339
摘要:
YAG透明陶瓷兼具有优秀的透光性能和抗冲击破坏性能，是武器装备透明部分的优秀防护材料，在军事装备、航天等国防领域具有良好的应用前景。冲击载荷下材料的加载响应特性对掌握材料破坏机制至关重要，能为透明复合靶设计提供依据。为获得YAG透明陶瓷多层复合靶的冲击破坏特性，利用内径9 mm的气体驱动发射平台进行了碳化钨球形破片在20～310 m/s速度下撞击YAG透明陶瓷复合靶的实验，通过高速摄影捕捉的陶瓷表面损伤演化过程，计算了典型径向、环向裂纹扩展速度。通过观测回收的靶体和YAG碎片的宏细观破坏特征，分...
YAG透明陶瓷兼具有优秀的透光性能和抗冲击破坏性能，是武器装备透明部分的优秀防护材料，在军事装备、航天等国防领域具有良好的应用前景。冲击载荷下材料的加载响应特性对掌握材料破坏机制至关重要，能为透明复合靶设计提供依据。为获得YAG透明陶瓷多层复合靶的冲击破坏特性，利用内径9 mm的气体驱动发射平台进行了碳化钨球形破片在20～310 m/s速度下撞击YAG透明陶瓷复合靶的实验，通过高速摄影捕捉的陶瓷表面损伤演化过程，计算了典型径向、环向裂纹扩展速度。通过观测回收的靶体和YAG碎片的宏细观破坏特征，分...
2021, 41(3): 031403.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0335
摘要:
为了研究截面形状对长杆弹侵彻半无限金属靶板的最终侵彻深度的影响规律，开展了截面形状为圆形、三角形、正方形、十字形的等截面积的长杆弹侵彻半无限厚靶板的实验研究。实验分为两组，分别为长径比为8、弹芯材料为93钨合金的长杆弹侵彻装甲钢靶板实验以及长径比为15、弹芯材料为45钢的长杆弹垂直侵彻45钢靶板实验。实验后得到不同截面形状、不同长径比、不同弹靶材料的长杆弹在不同着靶速度下的侵彻深度。结果表明：三种异型截面长杆弹的侵彻能力均高于相同工况下的圆形截面长杆弹，且其中十字形截面长杆弹侵彻能力最优，正方形...
为了研究截面形状对长杆弹侵彻半无限金属靶板的最终侵彻深度的影响规律，开展了截面形状为圆形、三角形、正方形、十字形的等截面积的长杆弹侵彻半无限厚靶板的实验研究。实验分为两组，分别为长径比为8、弹芯材料为93钨合金的长杆弹侵彻装甲钢靶板实验以及长径比为15、弹芯材料为45钢的长杆弹垂直侵彻45钢靶板实验。实验后得到不同截面形状、不同长径比、不同弹靶材料的长杆弹在不同着靶速度下的侵彻深度。结果表明：三种异型截面长杆弹的侵彻能力均高于相同工况下的圆形截面长杆弹，且其中十字形截面长杆弹侵彻能力最优，正方形...
2021, 41(3): 031404.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0334
摘要:
30CrMnSiNi2A钢是一种在军工领域应用广泛的低合金高强度钢。针对结构完整性的评估问题，采用试验和数值计算结合的方法研究了30CrMnSiNi2A钢的韧性断裂特性。对光滑圆棒试件在不同温度下进行准静态和动态拉伸试验，并通过有限元迭代方法标定了材料的Johnson-Cook动态本构模型参数，分析了温度和应变率对30CrMnSiNi2A钢断裂行为的影响。开展了缺口圆棒拉伸、缺口平板剪切和圆柱压缩试验，计算了各试件对应的平均应力三轴度和断裂应变，给出了应力三轴度在−1/3～1.5区间内的断裂应变...
30CrMnSiNi2A钢是一种在军工领域应用广泛的低合金高强度钢。针对结构完整性的评估问题，采用试验和数值计算结合的方法研究了30CrMnSiNi2A钢的韧性断裂特性。对光滑圆棒试件在不同温度下进行准静态和动态拉伸试验，并通过有限元迭代方法标定了材料的Johnson-Cook动态本构模型参数，分析了温度和应变率对30CrMnSiNi2A钢断裂行为的影响。开展了缺口圆棒拉伸、缺口平板剪切和圆柱压缩试验，计算了各试件对应的平均应力三轴度和断裂应变，给出了应力三轴度在−1/3～1.5区间内的断裂应变...
2021, 41(3): 031405.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0346
摘要:
水下爆炸气泡射流载荷测量目前存在两个难点：（1）气泡射流载荷是非均匀的面载荷，但其作用半径仅为气泡最大半径的1/10，限于传感器尺寸及安装空间，敏感元密度较低，难以准确获取气泡射流载荷空间分布规律；（2）气泡射流载荷测量时传感器所处的力学环境非常复杂，传感器容易损坏，导致无法测得完整时程。因此现有测量手段难以获取气泡射流载荷的时空分布特性。鉴于此，设计了一种阵列传感器，在一张PVDF（聚偏氟乙烯）压电薄膜上采用特殊工艺加工多个小型敏感元，敏感元尺寸为5 mm×5 mm，呈8×8矩阵排列，敏感元密...
水下爆炸气泡射流载荷测量目前存在两个难点：（1）气泡射流载荷是非均匀的面载荷，但其作用半径仅为气泡最大半径的1/10，限于传感器尺寸及安装空间，敏感元密度较低，难以准确获取气泡射流载荷空间分布规律；（2）气泡射流载荷测量时传感器所处的力学环境非常复杂，传感器容易损坏，导致无法测得完整时程。因此现有测量手段难以获取气泡射流载荷的时空分布特性。鉴于此，设计了一种阵列传感器，在一张PVDF（聚偏氟乙烯）压电薄膜上采用特殊工艺加工多个小型敏感元，敏感元尺寸为5 mm×5 mm，呈8×8矩阵排列，敏感元密...
2021, 41(3): 031406.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0338
摘要:
界面击溃/驻留效应可以有效提高装甲陶瓷的抗侵彻能力。为研究长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃及侵彻特性，开展了长杆弹撞击装甲陶瓷实验研究。同时，基于裂纹扩展理论建立了考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷计算模型，以定量描述界面击溃/驻留效应对装甲陶瓷抗侵彻性能的影响。不同弹靶条件下的界面击溃/侵彻转变速度、界面驻留时间、侵彻速度与侵彻深度的理论计算值与实验结果具有较好的一致性，表明计算模型可靠。在此基础上，分析了弹体及陶瓷材料对界面击溃/驻留及侵彻过程的影响规律。研究结果表明：随着弹体撞击速度的提...
界面击溃/驻留效应可以有效提高装甲陶瓷的抗侵彻能力。为研究长杆弹撞击装甲陶瓷界面击溃及侵彻特性，开展了长杆弹撞击装甲陶瓷实验研究。同时，基于裂纹扩展理论建立了考虑界面击溃/驻留效应的长杆弹侵彻装甲陶瓷计算模型，以定量描述界面击溃/驻留效应对装甲陶瓷抗侵彻性能的影响。不同弹靶条件下的界面击溃/侵彻转变速度、界面驻留时间、侵彻速度与侵彻深度的理论计算值与实验结果具有较好的一致性，表明计算模型可靠。在此基础上，分析了弹体及陶瓷材料对界面击溃/驻留及侵彻过程的影响规律。研究结果表明：随着弹体撞击速度的提...
2021, 41(3): 031407.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0343
摘要:
为研究低高应变率条件下NEPE推进剂的力学特性，通过电子万能试验机和分离式霍普金森杆装置，对NEPE推进剂进行了准静态和冲击实验，得到了不同应变率下（1.667×10−4～4 500 s−1）的应力-应变曲线。实验结果表明NEPE推进剂具有明显的非线性弹性和应变率敏感性，随着应变率的增加，材料的强度、屈服应力和弹性模量显著增加，与低应变率相比，高应变率条件下材料的应变率敏感性更高。在高速冲击下材料内部瞬间产生大量热量无法及时散发出去，使得材料内部温度升高，导致材料出现软化效应，力学性能降低。本文...
为研究低高应变率条件下NEPE推进剂的力学特性，通过电子万能试验机和分离式霍普金森杆装置，对NEPE推进剂进行了准静态和冲击实验，得到了不同应变率下（1.667×10−4～4 500 s−1）的应力-应变曲线。实验结果表明NEPE推进剂具有明显的非线性弹性和应变率敏感性，随着应变率的增加，材料的强度、屈服应力和弹性模量显著增加，与低应变率相比，高应变率条件下材料的应变率敏感性更高。在高速冲击下材料内部瞬间产生大量热量无法及时散发出去，使得材料内部温度升高，导致材料出现软化效应，力学性能降低。本文...
2021, 41(3): 031408.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0337
摘要:
活性材料是一种具备释能特性的新型材料，其在冲击导致的高压/高温作用下可以发生化学反应，释放大量的化学能，因此在破片、聚能破甲战斗部等军事领域有广泛的应用潜力。为了实现对活性材料释能过程的设计与控制，推进活性材料武器化应用进程，就必须解答活性材料冲击释能行为中所包含的一系列复杂的力-热-化耦合问题。近40年来，对活性材料的冲击释能行为已开展了大量研究，本文在此基础上系统梳理了活性材料的冲击诱发化学反应机理、动力学以及相关效应的研究现状，重点关注活性材料的冲击释能实验表征技术、冲击诱发化学反应理论模...
活性材料是一种具备释能特性的新型材料，其在冲击导致的高压/高温作用下可以发生化学反应，释放大量的化学能，因此在破片、聚能破甲战斗部等军事领域有广泛的应用潜力。为了实现对活性材料释能过程的设计与控制，推进活性材料武器化应用进程，就必须解答活性材料冲击释能行为中所包含的一系列复杂的力-热-化耦合问题。近40年来，对活性材料的冲击释能行为已开展了大量研究，本文在此基础上系统梳理了活性材料的冲击诱发化学反应机理、动力学以及相关效应的研究现状，重点关注活性材料的冲击释能实验表征技术、冲击诱发化学反应理论模...
2021, 41(3): 032201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0005
摘要:
利用电磁膨胀环实验技术，研究了7075铝环在2700～8700 s−1拉伸加载应变率下的断裂模式转变现象。实验结果表明：在低应变率下，铝环的断裂受最大正应力控制，发生拉伸断裂；在高应变率下，铝环的断裂受最大剪应力控制，发生剪切断裂；在中应变率下，铝环的断裂同时受最大正应力和最大剪应力控制，为拉伸和剪切同时存在的拉剪混合断裂模式；随着应变率的增加，铝环的破片数量呈先增加、再减小、最后增加的趋势，破片数量变化拐点与断裂模式转变点基本吻合。
利用电磁膨胀环实验技术，研究了7075铝环在2700～8700 s−1拉伸加载应变率下的断裂模式转变现象。实验结果表明：在低应变率下，铝环的断裂受最大正应力控制，发生拉伸断裂；在高应变率下，铝环的断裂受最大剪应力控制，发生剪切断裂；在中应变率下，铝环的断裂同时受最大正应力和最大剪应力控制，为拉伸和剪切同时存在的拉剪混合断裂模式；随着应变率的增加，铝环的破片数量呈先增加、再减小、最后增加的趋势，破片数量变化拐点与断裂模式转变点基本吻合。
2021, 41(3): 032301.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0100
摘要:
为了对一种TATB基非均质炸药的预冲击起爆现象展开数值模拟研究，将基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型耦合进二维结构网格拉氏弹塑性流体力学程序。利用炸药及其产物的冲击雨贡纽实验数据校验了未反应炸药及产物的状态方程参数，通过一维冲击起爆的模拟，标定了反应速率模型参数。模拟了炸药在弱冲击0.45 μs后跟随的强冲击波的二次冲击实验，结果表明，受预压缩区域的炸药反应变慢，到爆轰距离增长了约1 mm，与该炸药二次冲击实验减敏现象相符。模拟拐角效应时，爆轰波经过拐角后，在拐角附近形成稳定的不起爆区域，与...
为了对一种TATB基非均质炸药的预冲击起爆现象展开数值模拟研究，将基于冲击温度及压力的AWSD反应率模型耦合进二维结构网格拉氏弹塑性流体力学程序。利用炸药及其产物的冲击雨贡纽实验数据校验了未反应炸药及产物的状态方程参数，通过一维冲击起爆的模拟，标定了反应速率模型参数。模拟了炸药在弱冲击0.45 μs后跟随的强冲击波的二次冲击实验，结果表明，受预压缩区域的炸药反应变慢，到爆轰距离增长了约1 mm，与该炸药二次冲击实验减敏现象相符。模拟拐角效应时，爆轰波经过拐角后，在拐角附近形成稳定的不起爆区域，与...
2021, 41(3): 033101.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0119
摘要:
高速列车在实际服役过程中会经受复杂的应力状态和环境条件，铝合金型材以其优良的力学和加工性能被广泛应用于新型高速列车的吸能结构，其防撞性能对高速列车的安全运行至关重要。本文针对一种新型轨道车辆用材料6008-T4铝合金型材进行了多种力学性能测试，包括动静态拉压实验、准静态高低温实验、不同应力路径的断裂实验等，提出了一种计算局部断裂应变的新方法，进而标定和获取了Johnson-Cook本构和损伤模型参数。最后利用平板侵彻实验来对所获取的参数进行检验，发现模拟和实验结果吻合良好，说明本文所获取的参数和...
高速列车在实际服役过程中会经受复杂的应力状态和环境条件，铝合金型材以其优良的力学和加工性能被广泛应用于新型高速列车的吸能结构，其防撞性能对高速列车的安全运行至关重要。本文针对一种新型轨道车辆用材料6008-T4铝合金型材进行了多种力学性能测试，包括动静态拉压实验、准静态高低温实验、不同应力路径的断裂实验等，提出了一种计算局部断裂应变的新方法，进而标定和获取了Johnson-Cook本构和损伤模型参数。最后利用平板侵彻实验来对所获取的参数进行检验，发现模拟和实验结果吻合良好，说明本文所获取的参数和...
2021, 41(3): 033301.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0092
摘要:
舰船板架结构加强筋对于弹体侵彻着角与攻角变化有较大影响，而目前对此尚无理论模型。本文开展板架加强筋对弹体攻角变化的理论研究。针对刚性球头弹体侵彻舰船板架结构加强筋问题，将加强筋简化为刚塑性梁模型，建立了侵彻过程力学模型，给出了弹体剩余速度、着角和攻角变化的求解公式。公式表明弹体攻角与着角的变化与弹体初始速度、初始着角、初始攻角以及加强筋极限弯矩有关。通过编程求解理论公式，发现初始着角对于侵彻结束攻角和着角变化的影响大于初始攻角；初始着角超过某一值后，攻角改变会急剧增大，而当初始着角超过另一极限值...
舰船板架结构加强筋对于弹体侵彻着角与攻角变化有较大影响，而目前对此尚无理论模型。本文开展板架加强筋对弹体攻角变化的理论研究。针对刚性球头弹体侵彻舰船板架结构加强筋问题，将加强筋简化为刚塑性梁模型，建立了侵彻过程力学模型，给出了弹体剩余速度、着角和攻角变化的求解公式。公式表明弹体攻角与着角的变化与弹体初始速度、初始着角、初始攻角以及加强筋极限弯矩有关。通过编程求解理论公式，发现初始着角对于侵彻结束攻角和着角变化的影响大于初始攻角；初始着角超过某一值后，攻角改变会急剧增大，而当初始着角超过另一极限值...
2021, 41(3): 035101.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0126
摘要:
在传统的优化流程中，不考虑设计变量的不确定性将引起设计目标的性能波动，甚至设计失败。为提高军用车辆底部防护能力，针对一种车辆防护组件进行了可靠性优化。在爆炸防护优化中引入多目标可靠性优化，通过实验设计和灵敏度分析筛选设计变量，再构建并选择准确度最高的代理模型，运用多目标遗传算法完成防护组件的可靠性优化。实验和数值模拟结果表明，优化后的防护组件满足防护性和轻量化的要求，且设计的可靠性得到了提升，可为后续防护组件设计生产提供参考。
在传统的优化流程中，不考虑设计变量的不确定性将引起设计目标的性能波动，甚至设计失败。为提高军用车辆底部防护能力，针对一种车辆防护组件进行了可靠性优化。在爆炸防护优化中引入多目标可靠性优化，通过实验设计和灵敏度分析筛选设计变量，再构建并选择准确度最高的代理模型，运用多目标遗传算法完成防护组件的可靠性优化。实验和数值模拟结果表明，优化后的防护组件满足防护性和轻量化的要求，且设计的可靠性得到了提升，可为后续防护组件设计生产提供参考。
