2022年 42卷 第1期
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2022, 42(1): 012101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0191
摘要:
为探究甲烷在富氧条件下的火焰动力学规律，以CH4/O2/CO2预混体系为研究对象，在小尺度方形透明管道中进行了一系列爆炸实验，探讨了初始环境温度波动对爆炸参数的影响，并对预混体系的燃烧机理进行分析。结果表明：在273 K的环境温度下，化学当量比\begin{document}$\varphi $\end{document} ![]()
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为探究甲烷在富氧条件下的火焰动力学规律，以CH4/O2/CO2预混体系为研究对象，在小尺度方形透明管道中进行了一系列爆炸实验，探讨了初始环境温度波动对爆炸参数的影响，并对预混体系的燃烧机理进行分析。结果表明：在273 K的环境温度下，化学当量比
2022, 42(1): 013101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0114
摘要:
结合混凝土试件的真三轴静载冲击实验结果，分别运用考虑应变率效应的Holmquist-Johnson-Cook (HJC)模型和考虑静水压效应的Drucker-Prager (DP)模型进行数值分析，以探讨研究混凝土试样应变率效应和惯性效应的方法。在探究混凝土的应变率效应和横向惯性效应的关系时，使用HJC模型的数值模拟结果来拟合DP准则的各个参数。结果表明：随着应变率的升高，混凝土的强度会提高，并且这种强度的提高，也有一部分原因是第一应力不变量I1的增大所导致的。因此，混凝土试件的应变率效应和横向...
结合混凝土试件的真三轴静载冲击实验结果，分别运用考虑应变率效应的Holmquist-Johnson-Cook (HJC)模型和考虑静水压效应的Drucker-Prager (DP)模型进行数值分析，以探讨研究混凝土试样应变率效应和惯性效应的方法。在探究混凝土的应变率效应和横向惯性效应的关系时，使用HJC模型的数值模拟结果来拟合DP准则的各个参数。结果表明：随着应变率的升高，混凝土的强度会提高，并且这种强度的提高，也有一部分原因是第一应力不变量I1的增大所导致的。因此，混凝土试件的应变率效应和横向...
2022, 42(1): 013102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0074
摘要:
晶体硅具有复杂的相变机制，在相图研究中受到广泛关注，其在动载荷下的变形机制是当前研究热点。为揭示晶体硅在强动加载下的变形和相变行为特征，基于分子动力学方法，采用平板冲击加载方式，模拟研究了单晶硅在初始环境温度为300 K时分别沿[001]、[110]和[111]晶向的不同强度下的冲击压缩行为，冲击粒子速度为0.3～3.2 km/s。研究发现，随着冲击粒子速度的增加，单晶硅剪切应力在逐渐增加后由于结构相变发生急剧下降，相变阈值和相变机制均呈现各向异性。其中，沿[001]晶向冲击压缩下观察到多种固-...
晶体硅具有复杂的相变机制，在相图研究中受到广泛关注，其在动载荷下的变形机制是当前研究热点。为揭示晶体硅在强动加载下的变形和相变行为特征，基于分子动力学方法，采用平板冲击加载方式，模拟研究了单晶硅在初始环境温度为300 K时分别沿[001]、[110]和[111]晶向的不同强度下的冲击压缩行为，冲击粒子速度为0.3～3.2 km/s。研究发现，随着冲击粒子速度的增加，单晶硅剪切应力在逐渐增加后由于结构相变发生急剧下降，相变阈值和相变机制均呈现各向异性。其中，沿[001]晶向冲击压缩下观察到多种固-...
2022, 42(1): 013103.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0089
摘要:
为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征，基于有限差分（finite difference method，FDM）-离散元（discrete element method，DEM）耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）数值模型，其中杆件系统和岩石试件分别采用FLAC3D和PFC3D程序建模。利用该模型对中心直切槽半圆盘（NSCB）试样进行了恒定子弹速度下的循环冲击，随后对受损试样进行静态三点弯曲断裂实验。通过编写Fis...
为探究循环冲击损伤后大理岩的静态断裂力学特征，基于有限差分（finite difference method，FDM）-离散元（discrete element method，DEM）耦合的建模技术构建了三维分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）数值模型，其中杆件系统和岩石试件分别采用FLAC3D和PFC3D程序建模。利用该模型对中心直切槽半圆盘（NSCB）试样进行了恒定子弹速度下的循环冲击，随后对受损试样进行静态三点弯曲断裂实验。通过编写Fis...
2022, 42(1): 013104.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0008
摘要:
有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响，以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究对象，通过机械加工配合酸蚀的方法制备了3种典型表面粗糙度的紫铜样品，分别在二硫化钼（MoS2）充分润滑和完全不润滑的条件下各自开展高精度的SHPB重复动态压缩实验研究。结果表明，通常认为能够有效消减金属样品端面摩擦力的MoS2仅能够在样品粗糙度不...
有效消减样品端面摩擦力是保证分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）实验结果有效性和准确性的必要条件。为了研究样品粗糙度和润滑效果对端面摩擦力和最终实验结果的影响，以应变率效应不敏感且性能稳定的紫铜为研究对象，通过机械加工配合酸蚀的方法制备了3种典型表面粗糙度的紫铜样品，分别在二硫化钼（MoS2）充分润滑和完全不润滑的条件下各自开展高精度的SHPB重复动态压缩实验研究。结果表明，通常认为能够有效消减金属样品端面摩擦力的MoS2仅能够在样品粗糙度不...
2022, 42(1): 013301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0132
摘要:
基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA的流固耦合和重启动算法，开展了某新型钻地武器先侵彻后爆炸对混凝土靶体的毁伤破坏效应研究。通过模拟大口径缩比弹侵彻实验和预制孔爆炸实验，验证了材料模型及其参数的可靠性。在此基础上，进一步对预制孔装药爆炸建模、不考虑弹壳的重启动建模和考虑弹壳的重启动建模3种方法进行了比较。数值计算结果表明，由于爆轰产物的外泄，不考虑侵彻预损伤的预制孔装药爆炸方法得到的爆坑直径仅为3倍弹径，且损伤破坏模式与其他2种方法得到的损伤破坏模式区别较大。重启动建模方法继承了...
基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA的流固耦合和重启动算法，开展了某新型钻地武器先侵彻后爆炸对混凝土靶体的毁伤破坏效应研究。通过模拟大口径缩比弹侵彻实验和预制孔爆炸实验，验证了材料模型及其参数的可靠性。在此基础上，进一步对预制孔装药爆炸建模、不考虑弹壳的重启动建模和考虑弹壳的重启动建模3种方法进行了比较。数值计算结果表明，由于爆轰产物的外泄，不考虑侵彻预损伤的预制孔装药爆炸方法得到的爆坑直径仅为3倍弹径，且损伤破坏模式与其他2种方法得到的损伤破坏模式区别较大。重启动建模方法继承了...
2022, 42(1): 013302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0007
摘要:
为探究超高速动能武器的对地破坏效应及其影响因素，采用数值模拟方法对弹体超高速侵彻的地冲击规律进行了研究。首先，基于石灰岩静动态力学性能实验数据对材料模型参数进行了标定，并对已有弹体大范围着速侵彻石灰岩靶体进行了模拟，验证了所采用材料模型和数值模拟方法的合理性。随后，开展了钨合金长杆弹超高速侵彻石灰岩靶体的数值模拟，细致分析了地冲击传播的现象和机理：弹体超高速侵彻靶体时，弹靶交界面处会产生瞬时高压，并以应力波的形式在靶体中传播，对靶体内部造成破坏，且当弹体初速度高于3.0 km/s时，地冲击显著增...
为探究超高速动能武器的对地破坏效应及其影响因素，采用数值模拟方法对弹体超高速侵彻的地冲击规律进行了研究。首先，基于石灰岩静动态力学性能实验数据对材料模型参数进行了标定，并对已有弹体大范围着速侵彻石灰岩靶体进行了模拟，验证了所采用材料模型和数值模拟方法的合理性。随后，开展了钨合金长杆弹超高速侵彻石灰岩靶体的数值模拟，细致分析了地冲击传播的现象和机理：弹体超高速侵彻靶体时，弹靶交界面处会产生瞬时高压，并以应力波的形式在靶体中传播，对靶体内部造成破坏，且当弹体初速度高于3.0 km/s时，地冲击显著增...
2022, 42(1): 013303.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0111
摘要:
为研究高速杆式弹冲击厚壁壳体装药的起爆机制，运用冲击物理显式欧拉型动力学SPEED软件，开展了不同弹径和弹长的钨合金杆式弹与厚壁壳体Comp-B装药相互作用过程的数值模拟，采用升降法获得弹体起爆装药临界着速及装药起爆位置变化。研究结果表明：弹体起爆装药临界着速随弹径增大而显著降低，随弹长增大呈先降低后平缓变化的规律；弹体以临界着速起爆装药时，存在2种装药起爆机制，即弹体贯穿壳体后的宏观剪切起爆和未贯穿壳体的低速冲击起爆，且其机制随弹体着速在临界着速以上继续提高会发生转变，最终均会转变为高速冲击起...
为研究高速杆式弹冲击厚壁壳体装药的起爆机制，运用冲击物理显式欧拉型动力学SPEED软件，开展了不同弹径和弹长的钨合金杆式弹与厚壁壳体Comp-B装药相互作用过程的数值模拟，采用升降法获得弹体起爆装药临界着速及装药起爆位置变化。研究结果表明：弹体起爆装药临界着速随弹径增大而显著降低，随弹长增大呈先降低后平缓变化的规律；弹体以临界着速起爆装药时，存在2种装药起爆机制，即弹体贯穿壳体后的宏观剪切起爆和未贯穿壳体的低速冲击起爆，且其机制随弹体着速在临界着速以上继续提高会发生转变，最终均会转变为高速冲击起...
2022, 42(1): 014101.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0207
摘要:
为开展模型高速斜入水和水中高速航行的水流场实验研究，研制了立式和卧式气炮与水箱组合的实验系统。通过快速阀和活塞阀控制气炮激发和驱动状态，一级气炮采用高压空气直接驱动弹托和模型，二级气炮采用高压空气驱动重活塞压缩使集气腔中产生高压气体，再驱动弹托和模型达到预定速度。通过调节水箱和发射管角度，使高速模型斜入水或水平入水。其中，立式可变发射角二级气炮可发射质量1～1000 g的模型至2500 m/s最大速度，卧式一级气炮可发射质量1～100 kg的模型至300 m/s最大速度。和小气室、高燃气压力火药...
为开展模型高速斜入水和水中高速航行的水流场实验研究，研制了立式和卧式气炮与水箱组合的实验系统。通过快速阀和活塞阀控制气炮激发和驱动状态，一级气炮采用高压空气直接驱动弹托和模型，二级气炮采用高压空气驱动重活塞压缩使集气腔中产生高压气体，再驱动弹托和模型达到预定速度。通过调节水箱和发射管角度，使高速模型斜入水或水平入水。其中，立式可变发射角二级气炮可发射质量1～1000 g的模型至2500 m/s最大速度，卧式一级气炮可发射质量1～100 kg的模型至300 m/s最大速度。和小气室、高燃气压力火药...
2022, 42(1): 014201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0218
摘要:
材料动态拉伸力学性能测试中，动态拉伸试样的几何尺寸对测试结果的准确性与有效性有着较大影响。为对动态拉伸试样的结构进行优化设计，以使其在动态拉伸过程中更好地满足一维应力与变形均匀等基本假设。首先，建立了量化的试样测量准确度指标，即应力平衡达到时间、变形均匀度、非轴向应力相对水平、过渡段相对变形。然后，对试样结构参数进行正交试验设计，通过数值模拟的方法得到了关于试样尺寸与测量准确度指标的正交试验数据库，并对正交试验数据库进行多目标正交试验矩阵分析，得到了试样结构参数对各测量准确度指标影响的主次顺序和...
材料动态拉伸力学性能测试中，动态拉伸试样的几何尺寸对测试结果的准确性与有效性有着较大影响。为对动态拉伸试样的结构进行优化设计，以使其在动态拉伸过程中更好地满足一维应力与变形均匀等基本假设。首先，建立了量化的试样测量准确度指标，即应力平衡达到时间、变形均匀度、非轴向应力相对水平、过渡段相对变形。然后，对试样结构参数进行正交试验设计，通过数值模拟的方法得到了关于试样尺寸与测量准确度指标的正交试验数据库，并对正交试验数据库进行多目标正交试验矩阵分析，得到了试样结构参数对各测量准确度指标影响的主次顺序和...
2022, 42(1): 014202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0106
摘要:
水下爆炸冲击波是舰船抗冲击评估中重要的载荷成分，也是水中结构物毁伤程度快速预报的关键和依据。通过小当量实验发现，由于传统 Taylor 平板理论公式忽略了冲击波波速的非线性变化 ，导致其在预报近距离水下爆炸冲击波壁压脉宽时出现偏差。为此，给出了比例爆距R/W1/3为0.11～5.30 m/kg1/3 (R为爆距，W为炸药质量)下的冲击波速度拟合公式，对传统Taylor理论公式进行修正。修正后，在R/W1/3=0.11 m/kg1/3下，壁压脉宽及冲量偏差大幅减小；在R/W1/3≥0.21 m/k...
水下爆炸冲击波是舰船抗冲击评估中重要的载荷成分，也是水中结构物毁伤程度快速预报的关键和依据。通过小当量实验发现，由于传统 Taylor 平板理论公式忽略了冲击波波速的非线性变化 ，导致其在预报近距离水下爆炸冲击波壁压脉宽时出现偏差。为此，给出了比例爆距R/W1/3为0.11～5.30 m/kg1/3 (R为爆距，W为炸药质量)下的冲击波速度拟合公式，对传统Taylor理论公式进行修正。修正后，在R/W1/3=0.11 m/kg1/3下，壁压脉宽及冲量偏差大幅减小；在R/W1/3≥0.21 m/k...
2022, 42(1): 014203.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0095
摘要:
为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力，以及研究长脉宽冲击波的传输特性，基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法，通过实验验证了该方法的有效性，在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明：锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性，在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波，在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波，而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的，由于装药...
为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力，以及研究长脉宽冲击波的传输特性，基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法，通过实验验证了该方法的有效性，在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明：锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性，在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波，在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波，而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的，由于装药...
2022, 42(1): 015201.
doi: 10.11883/bzycj-2020-0436
摘要:
针对自由面不仅影响爆破效果还影响爆破振动效应的问题，提出从能量角度探索自由面对水下爆破振动衰减规律的影响。以三峡大坝至葛洲坝水利枢纽河段水下钻孔爆破地震波现场监测数据为基础，结合SPH-FEM数值模拟技术和小波时频能量分析方法，对不同自由面数量的爆破振动信号的总能量、各频带间的能量分布特征及振动衰减规律进行了研究。结果表明：水下钻孔爆破具有低主频、短持时、快衰减的特点，爆破主频带主要集中在15.625～31.250 Hz；受单一自由面限制的水下开槽爆破，监测信号的爆炸能量主要以振动形式消耗，单自...
针对自由面不仅影响爆破效果还影响爆破振动效应的问题，提出从能量角度探索自由面对水下爆破振动衰减规律的影响。以三峡大坝至葛洲坝水利枢纽河段水下钻孔爆破地震波现场监测数据为基础，结合SPH-FEM数值模拟技术和小波时频能量分析方法，对不同自由面数量的爆破振动信号的总能量、各频带间的能量分布特征及振动衰减规律进行了研究。结果表明：水下钻孔爆破具有低主频、短持时、快衰减的特点，爆破主频带主要集中在15.625～31.250 Hz；受单一自由面限制的水下开槽爆破，监测信号的爆炸能量主要以振动形式消耗，单自...
2022, 42(1): 015401.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0139
摘要:
为探究油页岩粉尘的爆炸特性，以龙口（Longkou, LK）、茂名（Maoming, MM）、桦甸（Huadian, HD）和抚顺（Fushun, FS）4种油页岩粉尘为研究对象，采用20 L球形爆炸装置，对这4种油页岩粉尘样品开展系统的爆炸实验，探讨油页岩粉尘的粉尘云质量浓度、粒径、挥发分、灰分、氧含量等对其爆炸特性的影响。结果表明：挥发分含量越高，油页岩粉尘的最大爆炸压力pmax、最大压力上升速率(dp/dt)max越高，爆炸下限越低；挥发分和灰分对油页岩粉尘云爆炸分别有显著的促进和抑制作用...
为探究油页岩粉尘的爆炸特性，以龙口（Longkou, LK）、茂名（Maoming, MM）、桦甸（Huadian, HD）和抚顺（Fushun, FS）4种油页岩粉尘为研究对象，采用20 L球形爆炸装置，对这4种油页岩粉尘样品开展系统的爆炸实验，探讨油页岩粉尘的粉尘云质量浓度、粒径、挥发分、灰分、氧含量等对其爆炸特性的影响。结果表明：挥发分含量越高，油页岩粉尘的最大爆炸压力pmax、最大压力上升速率(dp/dt)max越高，爆炸下限越低；挥发分和灰分对油页岩粉尘云爆炸分别有显著的促进和抑制作用...
2022, 42(1): 015402.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0064
摘要:
为揭示甲烷/煤尘复合爆炸火焰的传播机理，利用气粉两相混合爆炸实验系统，在低于甲烷爆炸下限条件下，采用高速摄影机记录火焰传播图像，通过热电偶采集火焰温度，研究了煤尘种类以及甲烷体积分数对甲烷/煤尘复合火焰传播特性的影响。结果表明：挥发分是衡量煤尘燃烧特性的主导因素；随着煤尘挥发分的升高，燃烧反应增强，火焰传播速度升高，火焰温度升高；挥发分含量差异较小时，水分含量越低，燃烧反应越剧烈；在相同条件下，焦煤的燃烧反应强度最高，其次为长焰煤，最后为褐煤；随着甲烷体积分数的增加，煤尘颗粒的燃烧可由释放挥发分...
为揭示甲烷/煤尘复合爆炸火焰的传播机理，利用气粉两相混合爆炸实验系统，在低于甲烷爆炸下限条件下，采用高速摄影机记录火焰传播图像，通过热电偶采集火焰温度，研究了煤尘种类以及甲烷体积分数对甲烷/煤尘复合火焰传播特性的影响。结果表明：挥发分是衡量煤尘燃烧特性的主导因素；随着煤尘挥发分的升高，燃烧反应增强，火焰传播速度升高，火焰温度升高；挥发分含量差异较小时，水分含量越低，燃烧反应越剧烈；在相同条件下，焦煤的燃烧反应强度最高，其次为长焰煤，最后为褐煤；随着甲烷体积分数的增加，煤尘颗粒的燃烧可由释放挥发分...
