2022年 42卷 第11期
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2022, 42(11): 111101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0280
摘要:
成层式防护结构通常由伪装层、遮弹层、分散层和主体结构组成，现已被广泛应用于地面、浅埋以及坑道口部的防御工事中。其中分散层作为降低侵彻后爆炸毁伤效应的功能单元，其作用机理主要包括：借助波阻抗失配效应以降低向下部结构传播的能量占比、延长应力波传播路径；利用分层界面产生面波以改善荷载集中状态；通过基体材料不可逆塑性破坏以吸收耗散冲击波能量；增大结构阻尼以减轻主体结构震动效应。开展分散层的相关研究，对提高工程整体防护水平具有重要的现实意义。基于此，从分散层材料与结构型式两个方面较为系统地介绍了国内外成层...
成层式防护结构通常由伪装层、遮弹层、分散层和主体结构组成，现已被广泛应用于地面、浅埋以及坑道口部的防御工事中。其中分散层作为降低侵彻后爆炸毁伤效应的功能单元，其作用机理主要包括：借助波阻抗失配效应以降低向下部结构传播的能量占比、延长应力波传播路径；利用分层界面产生面波以改善荷载集中状态；通过基体材料不可逆塑性破坏以吸收耗散冲击波能量；增大结构阻尼以减轻主体结构震动效应。开展分散层的相关研究，对提高工程整体防护水平具有重要的现实意义。基于此，从分散层材料与结构型式两个方面较为系统地介绍了国内外成层...
2022, 42(11): 112101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0523
摘要:
为了研究气相爆轰波冲击气固界面过程中透射波和反射波的相关特性，建立爆轰波冲击气固界面的一维理论模型，对不同初始压力条件下爆轰波到达气固界面后的界面两侧的压力和界面速度变化进行分析。利用时空守恒元求解元方法对气相爆轰波冲击气固界面过程进行数值模拟，分析气体部分反射波的压力分布和速度变化规律及透射入固体中应力波的波形和波速特征，并搭建气相爆轰波冲击活塞实验装置进行进一步验证。结果表明：气体爆轰波到达气固界面后，在固体中透射指数形式的弹性波，并在界面处向气体区反射一道激波。爆轰波后的稀疏波与反射激波相...
为了研究气相爆轰波冲击气固界面过程中透射波和反射波的相关特性，建立爆轰波冲击气固界面的一维理论模型，对不同初始压力条件下爆轰波到达气固界面后的界面两侧的压力和界面速度变化进行分析。利用时空守恒元求解元方法对气相爆轰波冲击气固界面过程进行数值模拟，分析气体部分反射波的压力分布和速度变化规律及透射入固体中应力波的波形和波速特征，并搭建气相爆轰波冲击活塞实验装置进行进一步验证。结果表明：气体爆轰波到达气固界面后，在固体中透射指数形式的弹性波，并在界面处向气体区反射一道激波。爆轰波后的稀疏波与反射激波相...
2022, 42(11): 112201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0062
摘要:
为深入研究柔性导爆索在爆炸分离装置中的作用过程和机理，提出一种改进的光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics, SPH）与有限单元法（ finite element method, FEM）耦合算法。新方法中不仅包含导爆索模拟的SPH方法与分离装置模拟的FEM方法之间的接触算法，同时将完全损伤失效后的单元采用转化算法动态转化成SPH粒子继续参与计算，转化后的粒子与未转化的有限单元之间采用接触算法计算。采用该方法对环型和平板型两种爆炸分离结构的分离过程...
为深入研究柔性导爆索在爆炸分离装置中的作用过程和机理，提出一种改进的光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics, SPH）与有限单元法（ finite element method, FEM）耦合算法。新方法中不仅包含导爆索模拟的SPH方法与分离装置模拟的FEM方法之间的接触算法，同时将完全损伤失效后的单元采用转化算法动态转化成SPH粒子继续参与计算，转化后的粒子与未转化的有限单元之间采用接触算法计算。采用该方法对环型和平板型两种爆炸分离结构的分离过程...
2022, 42(11): 113101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0146
摘要:
为设计出具备优良吸能特性的薄壁结构，提出一种新型负高斯曲率曲面圆形横截面薄壁管(negative Gaussian curvature surface circular tube, NGC-C)。利用经验证的有限元分析方法对其进行轴向动态冲击模拟，提取各项性能指标，借助复杂比例评估法(complex proportion assessment, COPRAS)将其与传统薄壁吸能结构进行了综合性能对比。采用拉丁超立方抽样法从设计空间中提取样本点并获取各样本点对应性能响应值，建立代理模型。基于该代理...
为设计出具备优良吸能特性的薄壁结构，提出一种新型负高斯曲率曲面圆形横截面薄壁管(negative Gaussian curvature surface circular tube, NGC-C)。利用经验证的有限元分析方法对其进行轴向动态冲击模拟，提取各项性能指标，借助复杂比例评估法(complex proportion assessment, COPRAS)将其与传统薄壁吸能结构进行了综合性能对比。采用拉丁超立方抽样法从设计空间中提取样本点并获取各样本点对应性能响应值，建立代理模型。基于该代理...
2022, 42(11): 113201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0411
摘要:
研究典型战斗头盔对爆炸冲击波致颅脑冲击伤的防护效能。首先开展了50 g TNT距有无头盔防护下头部模型1 m处爆炸的抗爆试验，采集了有无防护下头部前额、颅顶、颅后冲击波超压并进行了对比分析；建立了具有典型颅脑结构的头部有限元模型并进行爆炸冲击波加载，对试验工况进行了仿真再现，通过试验结果验证了仿真模型有效性；同时利用数值仿真对不同工况下冲击波流场压力变化规律进行分析；进一步利用数值仿真研究了泡沫衬垫对头盔防护能力的影响。研究结果表明，典型战斗头盔可使前额空气超压衰减为无防护时的54.5%，但是会...
研究典型战斗头盔对爆炸冲击波致颅脑冲击伤的防护效能。首先开展了50 g TNT距有无头盔防护下头部模型1 m处爆炸的抗爆试验，采集了有无防护下头部前额、颅顶、颅后冲击波超压并进行了对比分析；建立了具有典型颅脑结构的头部有限元模型并进行爆炸冲击波加载，对试验工况进行了仿真再现，通过试验结果验证了仿真模型有效性；同时利用数值仿真对不同工况下冲击波流场压力变化规律进行分析；进一步利用数值仿真研究了泡沫衬垫对头盔防护能力的影响。研究结果表明，典型战斗头盔可使前额空气超压衰减为无防护时的54.5%，但是会...
2022, 42(11): 113301.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0131
摘要:
研究混凝土结构在冲击载荷下的力学特性对武器以及防护结构的设计和评估具有重要意义，而合适的材料模型可以更准确地预测混凝土结构的力学行为和破坏模式。因此，本文中提出了一种改进的混凝土塑性损伤材料模型来描述其在冲击载荷下的力学响应。该改进模型考虑了压力-体积应变关系、应变率效应、洛德角效应和塑性损伤累积对混凝土材料力学特性的影响，并引入了一个与损伤相关的硬化/软化函数来描述压缩状态下的应变硬化和软化行为。随后，通过对3个独立的强度面进行线性插值得到了该改进模型的破坏强度面，并采用部分关联流动法则考虑了...
研究混凝土结构在冲击载荷下的力学特性对武器以及防护结构的设计和评估具有重要意义，而合适的材料模型可以更准确地预测混凝土结构的力学行为和破坏模式。因此，本文中提出了一种改进的混凝土塑性损伤材料模型来描述其在冲击载荷下的力学响应。该改进模型考虑了压力-体积应变关系、应变率效应、洛德角效应和塑性损伤累积对混凝土材料力学特性的影响，并引入了一个与损伤相关的硬化/软化函数来描述压缩状态下的应变硬化和软化行为。随后，通过对3个独立的强度面进行线性插值得到了该改进模型的破坏强度面，并采用部分关联流动法则考虑了...
2022, 42(11): 113302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0435
摘要:
为了研究弹体斜侵彻有限厚混凝土靶板的作用特性，开展了尖卵形弹体斜侵彻间隔混凝土靶实验，获得了弹体侵彻过程中的姿态及弹道特性、靶板破坏参数，分析了攻角与入射角联合作用对弹体侵彻混凝土靶板“二次偏转现象”、靶后偏转角以及弹体侵彻间隔靶板弹道轨迹的影响规律。研究结果表明：入射角越大，“二次偏转现象”越明显，弹体靶后偏转角越大；初始攻角抑制“二次偏转现象”，攻角越大，抑制作用越显著；初始攻角与入射角方向相同时，初始攻角加剧靶后偏转角的增大；当攻角与入射角方向相反时，较小的攻角能够抑制弹体靶后偏转角的增大...
为了研究弹体斜侵彻有限厚混凝土靶板的作用特性，开展了尖卵形弹体斜侵彻间隔混凝土靶实验，获得了弹体侵彻过程中的姿态及弹道特性、靶板破坏参数，分析了攻角与入射角联合作用对弹体侵彻混凝土靶板“二次偏转现象”、靶后偏转角以及弹体侵彻间隔靶板弹道轨迹的影响规律。研究结果表明：入射角越大，“二次偏转现象”越明显，弹体靶后偏转角越大；初始攻角抑制“二次偏转现象”，攻角越大，抑制作用越显著；初始攻角与入射角方向相同时，初始攻角加剧靶后偏转角的增大；当攻角与入射角方向相反时，较小的攻角能够抑制弹体靶后偏转角的增大...
2022, 42(11): 114101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0477
摘要:
为了研究瞬态爆炸温度场分布规律，基于高速相机、黑体辐射理论、图像传感器的拜尔阵列和自编python代码，构建了依据比色测温原理的高速二维温度测试系统，并对添加不同含量TiH2的乳化炸药、TiH2粉尘以及C2H2气体的爆炸温度场进行了测量。实验结果表明：TiH2的加入可以显著提高炸药的爆炸温度和火球持续时间，当乳化炸药中的TiH2质量分数为6%时，爆炸平均温度最大值为3048 K，相比纯乳化炸药提高了41.5%；此外，TiH2粉尘云火焰平均温度呈现先增大，再稳定，最后减小的趋势，浓度为500 g/...
为了研究瞬态爆炸温度场分布规律，基于高速相机、黑体辐射理论、图像传感器的拜尔阵列和自编python代码，构建了依据比色测温原理的高速二维温度测试系统，并对添加不同含量TiH2的乳化炸药、TiH2粉尘以及C2H2气体的爆炸温度场进行了测量。实验结果表明：TiH2的加入可以显著提高炸药的爆炸温度和火球持续时间，当乳化炸药中的TiH2质量分数为6%时，爆炸平均温度最大值为3048 K，相比纯乳化炸药提高了41.5%；此外，TiH2粉尘云火焰平均温度呈现先增大，再稳定，最后减小的趋势，浓度为500 g/...
2022, 42(11): 114201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0499
摘要:
建筑结构上爆炸荷载的确定是进行结构动态响应和损伤破坏分析以及结构抗爆设计和加固的前提。考虑到空气爆炸冲击波远距离传播数值模拟计算效率和精度以及软硬件能力的平衡问题，通过确定和优化网格尺寸，从而为大型复杂街区爆炸冲击波荷载的数值模拟网格尺寸选取提供合理建议。针对汽车炸弹和弹药库等典型近地面爆炸场景，首先，使用AUTODYN软件分别开展比例距离为0.2～5.0 m/kg1/3和0.2～39.0 m/kg1/3的空中爆炸自由场和地面爆炸入射场超压和冲量的单一尺寸网格敏感性分析，并考虑软硬件对单元网格数...
建筑结构上爆炸荷载的确定是进行结构动态响应和损伤破坏分析以及结构抗爆设计和加固的前提。考虑到空气爆炸冲击波远距离传播数值模拟计算效率和精度以及软硬件能力的平衡问题，通过确定和优化网格尺寸，从而为大型复杂街区爆炸冲击波荷载的数值模拟网格尺寸选取提供合理建议。针对汽车炸弹和弹药库等典型近地面爆炸场景，首先，使用AUTODYN软件分别开展比例距离为0.2～5.0 m/kg1/3和0.2～39.0 m/kg1/3的空中爆炸自由场和地面爆炸入射场超压和冲量的单一尺寸网格敏感性分析，并考虑软硬件对单元网格数...
2022, 42(11): 115201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0471
摘要:
为了探究空孔间距对巷道掘进掏槽爆破效果的影响，基于大红山铜矿某巷道建立有限元数值模型，计算双大直径空孔不同布孔间距条件下的掏槽爆破成腔断面积，并对最优方案开展现场验证。研究结果表明：空孔间距dv=15 cm时，槽腔断面积为0.1641 m2；当dv增加到dv=25 cm时，槽腔断面积为0.2116 m2，断面积增大28.94%；当 dv增加到35 cm时，槽腔断面面积为0.2436 m2，断面积增大15.1%；但当dv增大到45 cm时，槽腔面积为0.1740 m2，断面积减小17.8%；当dv...
为了探究空孔间距对巷道掘进掏槽爆破效果的影响，基于大红山铜矿某巷道建立有限元数值模型，计算双大直径空孔不同布孔间距条件下的掏槽爆破成腔断面积，并对最优方案开展现场验证。研究结果表明：空孔间距dv=15 cm时，槽腔断面积为0.1641 m2；当dv增加到dv=25 cm时，槽腔断面积为0.2116 m2，断面积增大28.94%；当 dv增加到35 cm时，槽腔断面面积为0.2436 m2，断面积增大15.1%；但当dv增大到45 cm时，槽腔面积为0.1740 m2，断面积减小17.8%；当dv...
2022, 42(11): 115202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0276
摘要:
为了解决在实体炮孔建模时需要加密网格、计算量大等问题，提出了一种一维轴对称爆源模型：利用一维线状杆件表述炮孔及炸药，实体单元表述周围岩体，通过杆件节点与实体单元的拓扑关系，将杆件节点上的爆生气体压力施加至周围实体单元上，并根据实体单元的体应变计算出杆件节点处的横截面变化情况，从而实现模拟炸药与周围岩体的相互作用。通过与实体炮孔模型的数值对比分析，发现压力衰减指数为1.25时，一维轴对称爆源模型获得的径向质点峰值振动速度（peak particle velocity, PPV）衰减规律及振动速度时...
为了解决在实体炮孔建模时需要加密网格、计算量大等问题，提出了一种一维轴对称爆源模型：利用一维线状杆件表述炮孔及炸药，实体单元表述周围岩体，通过杆件节点与实体单元的拓扑关系，将杆件节点上的爆生气体压力施加至周围实体单元上，并根据实体单元的体应变计算出杆件节点处的横截面变化情况，从而实现模拟炸药与周围岩体的相互作用。通过与实体炮孔模型的数值对比分析，发现压力衰减指数为1.25时，一维轴对称爆源模型获得的径向质点峰值振动速度（peak particle velocity, PPV）衰减规律及振动速度时...
2022, 42(11): 115301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0431
摘要:
采用激光烧蚀氧化石墨烯薄膜，可实现其微尺度图案化加工，以应用于微纳米电子器件。但激光冲击下氧化石墨烯薄膜的结构及力、电性能变化直接影响了器件稳定性和可靠性。为研究超高应变率加载对氧化石墨烯薄膜的结构及性能的影响，采用不同功率激光冲击氧化石墨烯薄膜，通过对其表面形貌、化学成分表征揭示薄膜结构的改变机理，通过对薄膜冲击前后的硬度、弹性模量、导电率测试探索合理的激光加工参数。结果表明：在1.14 W功率的二氧化碳激光冲击下，可实现加工区氧化石墨烯薄膜的还原且不造成薄膜烧蚀断裂，其电导率可达到1.727...
采用激光烧蚀氧化石墨烯薄膜，可实现其微尺度图案化加工，以应用于微纳米电子器件。但激光冲击下氧化石墨烯薄膜的结构及力、电性能变化直接影响了器件稳定性和可靠性。为研究超高应变率加载对氧化石墨烯薄膜的结构及性能的影响，采用不同功率激光冲击氧化石墨烯薄膜，通过对其表面形貌、化学成分表征揭示薄膜结构的改变机理，通过对薄膜冲击前后的硬度、弹性模量、导电率测试探索合理的激光加工参数。结果表明：在1.14 W功率的二氧化碳激光冲击下，可实现加工区氧化石墨烯薄膜的还原且不造成薄膜烧蚀断裂，其电导率可达到1.727...
2022, 42(11): 115401.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0418
摘要:
选取了300 mm×300 mm×1000 mm、顶部设有250 mm×250 mm泄爆口的管道，用不同厚度的铝箔密封泄爆口，注入氢气-甲烷-空气混合气体，进行泄爆实验，研究了0~44 kPa的爆破压力(\begin{document}$ {p}_{\mathrm{v}} $\end{document} ![]()
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选取了300 mm×300 mm×1000 mm、顶部设有250 mm×250 mm泄爆口的管道，用不同厚度的铝箔密封泄爆口，注入氢气-甲烷-空气混合气体，进行泄爆实验，研究了0~44 kPa的爆破压力(
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2022, 42(11): 115402.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0300
摘要:
为研究瓦斯煤尘复合爆炸影响因素的耦合规律，对煤粉质量浓度、甲烷体积分数、煤粉粒径、煤粉种类等4种影响因素进行了多因素与单因素实验分析。通过正交实验，将各因素对爆炸的影响进行了定量分析，结果表明，4个因素对最大爆炸压力pmax的影响由强到弱依次为：甲烷体积分数、煤粉质量浓度、煤粉种类、煤粉粒径；对最大爆炸压力上升速率(dp/dt)max的影响程度由强到弱依次为：甲烷体积分数、煤粉质量浓度、煤粉粒径、煤粉种类。对于体积分数为9%、11%的甲烷，复合体系的pmax随煤粉的质量增加而减小。当煤粉质量浓度...
为研究瓦斯煤尘复合爆炸影响因素的耦合规律，对煤粉质量浓度、甲烷体积分数、煤粉粒径、煤粉种类等4种影响因素进行了多因素与单因素实验分析。通过正交实验，将各因素对爆炸的影响进行了定量分析，结果表明，4个因素对最大爆炸压力pmax的影响由强到弱依次为：甲烷体积分数、煤粉质量浓度、煤粉种类、煤粉粒径；对最大爆炸压力上升速率(dp/dt)max的影响程度由强到弱依次为：甲烷体积分数、煤粉质量浓度、煤粉粒径、煤粉种类。对于体积分数为9%、11%的甲烷，复合体系的pmax随煤粉的质量增加而减小。当煤粉质量浓度...
