2022年 42卷 第3期
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2022, 42(3): 032301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0188
摘要:
将内部含有烷烃的含能微球引入乳化基质，得到一种新型乳化炸药。采用水下爆炸实验探究微球质量分数对乳化炸药水下爆炸性能的影响，得到含能微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线。依据压力结果，通过公式计算和分析得到炸药的水下冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能等水下爆炸参数。实验结果表明：含能微球质量分数0.2%的乳化炸药的峰值压力最大，并且随着微球质量分数增大而下降；乳化炸药的比气泡能随着含能微球质量分数的增大先上升再下降，微球质量分数为4%的比气泡能最大；乳化...
将内部含有烷烃的含能微球引入乳化基质，得到一种新型乳化炸药。采用水下爆炸实验探究微球质量分数对乳化炸药水下爆炸性能的影响，得到含能微球质量分数为0.2%～7%的乳化炸药水下爆炸冲击波压力-时程曲线。依据压力结果，通过公式计算和分析得到炸药的水下冲击波峰值压力、比气泡能、比冲击波能以及比爆炸能等水下爆炸参数。实验结果表明：含能微球质量分数0.2%的乳化炸药的峰值压力最大，并且随着微球质量分数增大而下降；乳化炸药的比气泡能随着含能微球质量分数的增大先上升再下降，微球质量分数为4%的比气泡能最大；乳化...
2022, 42(3): 033101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0262
摘要:
激波在自由面卸载后金属内部经常出现层裂现象。若金属内层裂区再次受到冲击加载，则处于拉伸稀疏状态下的金属会逐渐被再次压实为密实介质，直至层裂区消失、再压实过程完成。由于金属层裂区初始拉伸状态的复杂性及再压实后物质状态的不确定性，复杂加载情况下宏观模拟该问题的可靠性验证存在困难。目前，在实验诊断难以准确给出金属层裂区进入再压实过程的初始状态及再压实状态的情况下，具有层裂区内部细节描述能力的直接数值模拟成为了验证宏观模拟可靠性的一种有效手段。首先，在直接数值模拟建模中将金属层裂区初始拉伸状态建模为仅含...
激波在自由面卸载后金属内部经常出现层裂现象。若金属内层裂区再次受到冲击加载，则处于拉伸稀疏状态下的金属会逐渐被再次压实为密实介质，直至层裂区消失、再压实过程完成。由于金属层裂区初始拉伸状态的复杂性及再压实后物质状态的不确定性，复杂加载情况下宏观模拟该问题的可靠性验证存在困难。目前，在实验诊断难以准确给出金属层裂区进入再压实过程的初始状态及再压实状态的情况下，具有层裂区内部细节描述能力的直接数值模拟成为了验证宏观模拟可靠性的一种有效手段。首先，在直接数值模拟建模中将金属层裂区初始拉伸状态建模为仅含...
2022, 42(3): 033102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0050
摘要:
碳纳米管/碳纤维增强复合材料（carbon nanotube/carbon fibre reinforced plastic，CNT/CFRP）是一种多尺度复合材料，比传统CFRP有更好的综合性能和更广阔的应用前景。对CNT/CFRP在低速冲击下的响应和破坏进行了数值模拟研究。首先，基于先前的研究通过引入基体增韧因子、残余强度因子并改进损伤耦合方程，建立了新的FRP动态渐进损伤模型；然后，利用新建立的本构模型并结合黏结层损伤模型，对4种碳纳米管含量的增韧碳纤维增强树脂基复合材料层合板在5个能量下...
碳纳米管/碳纤维增强复合材料（carbon nanotube/carbon fibre reinforced plastic，CNT/CFRP）是一种多尺度复合材料，比传统CFRP有更好的综合性能和更广阔的应用前景。对CNT/CFRP在低速冲击下的响应和破坏进行了数值模拟研究。首先，基于先前的研究通过引入基体增韧因子、残余强度因子并改进损伤耦合方程，建立了新的FRP动态渐进损伤模型；然后，利用新建立的本构模型并结合黏结层损伤模型，对4种碳纳米管含量的增韧碳纤维增强树脂基复合材料层合板在5个能量下...
2022, 42(3): 033103.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0173
摘要:
为探究部分充液多胞元结构的抗冲击防护性能，结合充液内凹胞元的落锤冲击试验，建立了充液内凹胞元、部分充液内凹多胞元结构的冲击动态特性二维FEM数值分析，计算得到了部分充液内凹多胞元结构的变形破坏模式，讨论了不同冲击速度下部分充液内凹多胞元结构的动力学响应特性。结果表明：在充液胞元破损后，水介质会流入相邻未充液胞元，形成二次鼓胀吸能效应，从而有效提高结构壁面的变形吸能水平；结构中的充液区域和未充液区域的变形破坏模式分别为鼓胀拉伸和屈曲弯折；随着冲击速度的提高，结构的单位体积应变能以及对初始冲击载荷的...
为探究部分充液多胞元结构的抗冲击防护性能，结合充液内凹胞元的落锤冲击试验，建立了充液内凹胞元、部分充液内凹多胞元结构的冲击动态特性二维FEM数值分析，计算得到了部分充液内凹多胞元结构的变形破坏模式，讨论了不同冲击速度下部分充液内凹多胞元结构的动力学响应特性。结果表明：在充液胞元破损后，水介质会流入相邻未充液胞元，形成二次鼓胀吸能效应，从而有效提高结构壁面的变形吸能水平；结构中的充液区域和未充液区域的变形破坏模式分别为鼓胀拉伸和屈曲弯折；随着冲击速度的提高，结构的单位体积应变能以及对初始冲击载荷的...
2022, 42(3): 033301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0178
摘要:
超高韧性水泥基复合材料（ultra high toughness cementitious composites, UHTCC）具有超高的韧性、良好的耐久性和优异的耗能效果，这些特性使得UHTCC在防护工程中具有广阔的应用前景。为了更好地研究UHTCC与纤维混凝土组合结构在二次打击条件下的抗侵彻性能，首先测量了UHTCC和聚乙烯醇纤维增强混凝土（polyvinl alcohol fiber reinforced concrete, FRC）的基本力学参数。然后采用25 mm口径的弹道滑膛炮对直径...
超高韧性水泥基复合材料（ultra high toughness cementitious composites, UHTCC）具有超高的韧性、良好的耐久性和优异的耗能效果，这些特性使得UHTCC在防护工程中具有广阔的应用前景。为了更好地研究UHTCC与纤维混凝土组合结构在二次打击条件下的抗侵彻性能，首先测量了UHTCC和聚乙烯醇纤维增强混凝土（polyvinl alcohol fiber reinforced concrete, FRC）的基本力学参数。然后采用25 mm口径的弹道滑膛炮对直径...
2022, 42(3): 033302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0448
摘要:
针对侵彻过程中的弹引系统，对弹引螺纹连接结构振动特性进行了研究，建立了弹引螺纹连接结构弹性模型。在模型中，充分考虑了螺纹载荷分布不均匀的特性，不但给出了螺纹载荷分布规律，还给出了螺纹连接结构的等效刚度和振动频率；同时，为了验证模型的正确性，对弹引螺纹连接结构的拉伸和冲击过程进行了有限元仿真和试验，分别通过对弹引系统各结构振动特性的计算和对实测过载信号进行时频分析得到了系统的频率特性；将弹引系统的振动频率与实测过载信号的时频分析结果进行了对比。分析计算和试验结果发现：与静载荷时相比，冲击载荷作用下...
针对侵彻过程中的弹引系统，对弹引螺纹连接结构振动特性进行了研究，建立了弹引螺纹连接结构弹性模型。在模型中，充分考虑了螺纹载荷分布不均匀的特性，不但给出了螺纹载荷分布规律，还给出了螺纹连接结构的等效刚度和振动频率；同时，为了验证模型的正确性，对弹引螺纹连接结构的拉伸和冲击过程进行了有限元仿真和试验，分别通过对弹引系统各结构振动特性的计算和对实测过载信号进行时频分析得到了系统的频率特性；将弹引系统的振动频率与实测过载信号的时频分析结果进行了对比。分析计算和试验结果发现：与静载荷时相比，冲击载荷作用下...
2022, 42(3): 033303.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0081
摘要:
采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论，模拟复合材料结构在破片群载荷作用下的损伤情况。根据复合材料结构受到载荷的特性，总结破片群冲击作用下复合材料结构损伤特性，分析其破坏过程，研究破片群增强效应，并对破片速度、破片数量、破片群间距对侵彻能力增强效应的影响进行分析。结果表明：层合板结构在高速破片群侵彻作用下损伤模式多样，与破片数量、速度、间距相关；破片数量的增加，对破片群侵彻能力增强效应明显；破片间距与破片群侵彻能力增强效应负相关，破片间距减小，破片群损伤效应提高；破片速度直接决定穿透时间，破片...
采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论，模拟复合材料结构在破片群载荷作用下的损伤情况。根据复合材料结构受到载荷的特性，总结破片群冲击作用下复合材料结构损伤特性，分析其破坏过程，研究破片群增强效应，并对破片速度、破片数量、破片群间距对侵彻能力增强效应的影响进行分析。结果表明：层合板结构在高速破片群侵彻作用下损伤模式多样，与破片数量、速度、间距相关；破片数量的增加，对破片群侵彻能力增强效应明显；破片间距与破片群侵彻能力增强效应负相关，破片间距减小，破片群损伤效应提高；破片速度直接决定穿透时间，破片...
2022, 42(3): 033304.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0080
摘要:
采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论，模拟复合材料结构在冲击波-破片群联合作用下的损伤情况。根据复合材料结构承受的载荷特性，分析冲击波-破片群联合作用下层合板及加筋板结构的损伤模式，考虑载荷作用次序等因素对于联合作用毁伤能力的影响规律。结果表明：联合作用对复合材料结构的损伤程度主要与冲击波强度、破片群侵彻能力、作用次序有关，主要损伤模式为分层失效、基体损伤、剪切损伤以及结构大变形；对于层合板而言，在冲击波先作用的工况下，结构损伤程度更高，损伤范围更大；对于加筋板而言，由于加筋板的筋条能显著降...
采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论，模拟复合材料结构在冲击波-破片群联合作用下的损伤情况。根据复合材料结构承受的载荷特性，分析冲击波-破片群联合作用下层合板及加筋板结构的损伤模式，考虑载荷作用次序等因素对于联合作用毁伤能力的影响规律。结果表明：联合作用对复合材料结构的损伤程度主要与冲击波强度、破片群侵彻能力、作用次序有关，主要损伤模式为分层失效、基体损伤、剪切损伤以及结构大变形；对于层合板而言，在冲击波先作用的工况下，结构损伤程度更高，损伤范围更大；对于加筋板而言，由于加筋板的筋条能显著降...
2022, 42(3): 033305.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0092
摘要:
在水下高速运动时，小口径射弹周围的水会发生空化现象，阻力系数最优的弹头几何外形对应着射弹被空泡全包裹的超空泡状态。针对一种小口径射弹，可以利用计算流体力学（CFD）数值方法模拟含空化现象的气液两相流动，探究空泡形态和阻力系数与射弹头部几何外形的关系。选取三段锥形为基本射弹头形，采用分步优化方式对射弹头部外形进行了优化。同时，结合神经网络与序列二次规划（SQP）算法减少优化过程中的计算量，缩短了优化工作所需的总时间。优化后的射弹阻力系数比优化前的减小约30%，且能够形成包裹全弹体的超空泡。
在水下高速运动时，小口径射弹周围的水会发生空化现象，阻力系数最优的弹头几何外形对应着射弹被空泡全包裹的超空泡状态。针对一种小口径射弹，可以利用计算流体力学（CFD）数值方法模拟含空化现象的气液两相流动，探究空泡形态和阻力系数与射弹头部几何外形的关系。选取三段锥形为基本射弹头形，采用分步优化方式对射弹头部外形进行了优化。同时，结合神经网络与序列二次规划（SQP）算法减少优化过程中的计算量，缩短了优化工作所需的总时间。优化后的射弹阻力系数比优化前的减小约30%，且能够形成包裹全弹体的超空泡。
2022, 42(3): 034101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0303
摘要:
测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程，对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同，不同目标的反射特性也不同，为获得最佳的测试结果，设计了两个波长的微波干涉测速系统。对二级轻气炮和高速火炮的内弹道速度进行了连续测量，并利用短时傅里叶变换与相位计算相结合的方法进行了数据处理。实验成功获取了完整的内弹道数据，所测弹丸炮口速度与光束遮断测速装置测试结果差异小于0.5%。通过对内弹道实验数据的分析，证实了二级轻气炮在某些装填条件下易...
测量二级轻气炮/火炮弹丸在内弹道的速度历程，对轻气炮/火炮的设计、内弹道计算、弹道异常现象诊断分析具有重要作用。因为不同波长微波的传输特性在不同炮管中不同，不同目标的反射特性也不同，为获得最佳的测试结果，设计了两个波长的微波干涉测速系统。对二级轻气炮和高速火炮的内弹道速度进行了连续测量，并利用短时傅里叶变换与相位计算相结合的方法进行了数据处理。实验成功获取了完整的内弹道数据，所测弹丸炮口速度与光束遮断测速装置测试结果差异小于0.5%。通过对内弹道实验数据的分析，证实了二级轻气炮在某些装填条件下易...
2022, 42(3): 034201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0196
摘要:
黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时，受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响，人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格，尚无明确、实用的稳定性判别准则，这限制了黏弹性人工边界在显式动力分析中的应用。针对二维黏弹性人工边界，利用基于局部子系统的稳定性分析方法和基于传递矩阵谱半径的稳定性判别准则，给出了可代表整体模型局部特征的不同边界子系统的稳定性条件解析解。通过对比分析不同计算区域的稳定性条件及其影响因素，证明了整体模型的稳定性由角点子系统控制。在此基...
黏弹性人工边界是处理无限域波动问题常用的数值模拟方法。采用显式时域逐步积分算法进行计算时，受黏弹性人工边界的阻尼、刚度等影响，人工边界区的稳定性比内部计算域的更严格，尚无明确、实用的稳定性判别准则，这限制了黏弹性人工边界在显式动力分析中的应用。针对二维黏弹性人工边界，利用基于局部子系统的稳定性分析方法和基于传递矩阵谱半径的稳定性判别准则，给出了可代表整体模型局部特征的不同边界子系统的稳定性条件解析解。通过对比分析不同计算区域的稳定性条件及其影响因素，证明了整体模型的稳定性由角点子系统控制。在此基...
2022, 42(3): 035201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0126
摘要:
针对白鹤滩水电站左岸坝基河谷底部边坡岩体爆破开挖，采用现场岩体位移监测、锚索轴力监测及数值模拟的手段，研究了爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡的位移突变特征及其能量机理。研究结果表明：对于深切河谷底部高地应力边坡岩体爆破开挖，爆炸荷载挤压及地应力作用下，岩体所积聚的应变能快速释放，导致了节理岩质边坡的位移突变，突变位移包括节理张开位移和岩体回弹位移两部分；地应力水平越高、岩体弹性模量越低，总的突变位移量越大；预应力锚索主要通过抑制节理张开位移来控制边坡岩体的位移突变，锚索预应力等级越高，其吸能和释能...
针对白鹤滩水电站左岸坝基河谷底部边坡岩体爆破开挖，采用现场岩体位移监测、锚索轴力监测及数值模拟的手段，研究了爆破开挖扰动下锚固节理岩质边坡的位移突变特征及其能量机理。研究结果表明：对于深切河谷底部高地应力边坡岩体爆破开挖，爆炸荷载挤压及地应力作用下，岩体所积聚的应变能快速释放，导致了节理岩质边坡的位移突变，突变位移包括节理张开位移和岩体回弹位移两部分；地应力水平越高、岩体弹性模量越低，总的突变位移量越大；预应力锚索主要通过抑制节理张开位移来控制边坡岩体的位移突变，锚索预应力等级越高，其吸能和释能...
2022, 42(3): 035301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0198
摘要:
大面积金属板材304L/Q235B的爆炸焊接过程涉及炸药爆轰、金属板材的高速碰撞和塑性变形等。采用有限元法计算模拟这个问题时，网格单元会发生扭曲畸变现象，导致计算精度下降，甚至出现单元负体积而使计算终止，并且炸药爆轰形成气体产物飞散过程也很难模拟。为了能模拟大面积金属板材的爆炸焊接整个过程并获得合理的技术工艺参数，采用物质点法进行三维数值模拟分析。物质点法作为一种无网格法，在模拟冲击动力学问题中主要采用显式积分算法。通过将拉格朗日质点单元与固定的欧拉背景网格相结合，可以实现爆炸焊接的复板与基板的...
大面积金属板材304L/Q235B的爆炸焊接过程涉及炸药爆轰、金属板材的高速碰撞和塑性变形等。采用有限元法计算模拟这个问题时，网格单元会发生扭曲畸变现象，导致计算精度下降，甚至出现单元负体积而使计算终止，并且炸药爆轰形成气体产物飞散过程也很难模拟。为了能模拟大面积金属板材的爆炸焊接整个过程并获得合理的技术工艺参数，采用物质点法进行三维数值模拟分析。物质点法作为一种无网格法，在模拟冲击动力学问题中主要采用显式积分算法。通过将拉格朗日质点单元与固定的欧拉背景网格相结合，可以实现爆炸焊接的复板与基板的...
2022, 42(3): 035401.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0176
摘要:
为探究大尺度开敞空间油气爆燃动态发展过程，利用自行设计并搭建的大尺度开敞空间油气爆燃模拟实验条件测试系统，通过可视化监测手段及对压力与火焰信号的采集获得了油气爆燃过程中关键参数的变化规律。结果表明：在不同的初始油气浓度下引燃预混油气混合物将形成三类主要的燃烧模式；油气浓度接近爆炸极限范围内时火焰主要分布于台架的内场、点火面后方及正上方，根据动态超压时序发展曲线可将爆燃过程划分为3个子阶段；爆燃火焰传播速度呈波动性下降趋势，并可与超压发展阶段相互耦合；随着初始油气浓度的增加，超压峰值呈现出先减后增...
为探究大尺度开敞空间油气爆燃动态发展过程，利用自行设计并搭建的大尺度开敞空间油气爆燃模拟实验条件测试系统，通过可视化监测手段及对压力与火焰信号的采集获得了油气爆燃过程中关键参数的变化规律。结果表明：在不同的初始油气浓度下引燃预混油气混合物将形成三类主要的燃烧模式；油气浓度接近爆炸极限范围内时火焰主要分布于台架的内场、点火面后方及正上方，根据动态超压时序发展曲线可将爆燃过程划分为3个子阶段；爆燃火焰传播速度呈波动性下降趋势，并可与超压发展阶段相互耦合；随着初始油气浓度的增加，超压峰值呈现出先减后增...
