2022年 42卷 第4期
PDF 
本文被引
在线阅读
2022, 42(4): 041101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0053
摘要:
颅脑爆炸伤是现代战争中士兵面临的主要伤害之一，近年来受到广泛关注。冲击波经由颅脑传播带来的直接伤害被称为初级爆炸伤。目前，初级颅脑爆炸伤致伤机制尚不明确，可能是应力波传播、颅骨弯曲变形、颅脑空化及躯干压缩等多种因素共同作用的结果。该研究是涉及多学科交叉、多物理场耦合及短时和长时效应共存的复杂问题，需要通过建立描述冲击波和颅脑相互作用的高精度、多尺度和多物理场数值模型，发展测量颅骨应变、颅内压力、加速度等力学指标的物理测试系统，结合人体和动物病理、生理、行为学等综合因素分析，最终揭示颅脑爆炸伤致伤机制。本文中介绍了初级颅脑爆炸伤致伤机制，给出了颅脑爆炸伤的行为学、生理学相关的医学评价指标，以及颅骨应变、颅内压力等关键力学评估指标，提出了基于致伤机制和评价指标的防护结构设计方法，包括基于新型防冲击波材料的头盔系统改进、头盔缓冲系统设计、增加头部保护系统的封闭性等，最后展望了在精细化建模、原位实验及防护系统设计等诸多方面的发展趋势。
颅脑爆炸伤是现代战争中士兵面临的主要伤害之一，近年来受到广泛关注。冲击波经由颅脑传播带来的直接伤害被称为初级爆炸伤。目前，初级颅脑爆炸伤致伤机制尚不明确，可能是应力波传播、颅骨弯曲变形、颅脑空化及躯干压缩等多种因素共同作用的结果。该研究是涉及多学科交叉、多物理场耦合及短时和长时效应共存的复杂问题，需要通过建立描述冲击波和颅脑相互作用的高精度、多尺度和多物理场数值模型，发展测量颅骨应变、颅内压力、加速度等力学指标的物理测试系统，结合人体和动物病理、生理、行为学等综合因素分析，最终揭示颅脑爆炸伤致伤机制。本文中介绍了初级颅脑爆炸伤致伤机制，给出了颅脑爆炸伤的行为学、生理学相关的医学评价指标，以及颅骨应变、颅内压力等关键力学评估指标，提出了基于致伤机制和评价指标的防护结构设计方法，包括基于新型防冲击波材料的头盔系统改进、头盔缓冲系统设计、增加头部保护系统的封闭性等，最后展望了在精细化建模、原位实验及防护系统设计等诸多方面的发展趋势。
2022, 42(4): 042201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0174
摘要:
为了研究超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）的抗接触爆炸性能，开展了C120、C150和C180等3种强度等级共24块UHPC临空板的接触爆炸实验，定量分析了不同药量时典型配筋与不配筋靶板的局部破坏特征，得到了UHPC的爆炸临界震塌系数、压缩系数和成坑系数。结果表明：相同药量下，UHPC板的正面破坏程度随材料强度的提升而减轻；强度越高，爆炸成坑系数和压缩系数越小，抗爆性能越好；配筋率较低时，钢筋对UHPC板正面爆坑尺寸及背面震塌破坏程度影响较小，但对板的整体变形起到了一定的减轻作用，能够减小板底的剩余挠度和裂缝宽度；C150靶板的爆炸临界震塌系数最小，不大于0.251 m/kg1/3，C120和C180靶板的爆炸临界震塌系数相近，不大于0.285 m/kg1/3。在设计、使用纤维含量较高的大尺寸UHPC构件时，应特别关注由纤维分布方向性引起的材料各向异性和结构力学性能的变化。
为了研究超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）的抗接触爆炸性能，开展了C120、C150和C180等3种强度等级共24块UHPC临空板的接触爆炸实验，定量分析了不同药量时典型配筋与不配筋靶板的局部破坏特征，得到了UHPC的爆炸临界震塌系数、压缩系数和成坑系数。结果表明：相同药量下，UHPC板的正面破坏程度随材料强度的提升而减轻；强度越高，爆炸成坑系数和压缩系数越小，抗爆性能越好；配筋率较低时，钢筋对UHPC板正面爆坑尺寸及背面震塌破坏程度影响较小，但对板的整体变形起到了一定的减轻作用，能够减小板底的剩余挠度和裂缝宽度；C150靶板的爆炸临界震塌系数最小，不大于0.251 m/kg1/3，C120和C180靶板的爆炸临界震塌系数相近，不大于0.285 m/kg1/3。在设计、使用纤维含量较高的大尺寸UHPC构件时，应特别关注由纤维分布方向性引起的材料各向异性和结构力学性能的变化。
2022, 42(4): 042301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0253
摘要:
为了探究热刺激作用下泄压结构对熔铸炸药点火时间及点火前内部物理场变化的影响，设计了有/无泄压结构烤燃弹的内部多点测温慢烤对比试验。基于炸药通用烤燃模型（universal cookoff model, UCM），建立了炸药熔化后受浮升力驱动流动，反应速率随压力、反应进程等变化的B炸药烤燃计算模型，对有/无泄压结构烤燃弹的炸药在升温过程中的温度场及内部压力变化等情况进行了数值模拟，并与试验结果进行比较。结果表明：慢烤条件下，烤燃弹内部压力呈先缓后急上升趋势；有泄压结构烤燃弹在结构作用前的压力变化趋势与无泄压结构的一致，泄压结构的作用会使炸药自热反应速率骤然降低，炸药内部温度下降，自热反应速率降低和产物气泡驱动的对流共同导致了点火时间的延后；由于对流的作用，炸药点火点都在弹体顶部区域。
为了探究热刺激作用下泄压结构对熔铸炸药点火时间及点火前内部物理场变化的影响，设计了有/无泄压结构烤燃弹的内部多点测温慢烤对比试验。基于炸药通用烤燃模型（universal cookoff model, UCM），建立了炸药熔化后受浮升力驱动流动，反应速率随压力、反应进程等变化的B炸药烤燃计算模型，对有/无泄压结构烤燃弹的炸药在升温过程中的温度场及内部压力变化等情况进行了数值模拟，并与试验结果进行比较。结果表明：慢烤条件下，烤燃弹内部压力呈先缓后急上升趋势；有泄压结构烤燃弹在结构作用前的压力变化趋势与无泄压结构的一致，泄压结构的作用会使炸药自热反应速率骤然降低，炸药内部温度下降，自热反应速率降低和产物气泡驱动的对流共同导致了点火时间的延后；由于对流的作用，炸药点火点都在弹体顶部区域。
2022, 42(4): 042302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0257
摘要:
为研究聚黑-14C（JH-14C）传爆药静态压缩力学性能及损伤特性，开展准静态压缩实验，获得了不同应变率下的应力-应变曲线，建立了描述不同应变率下JH-14C力学行为的非线性本构模型；利用扫描电镜（SEM）对回收试样进行细微形貌观测，获得了准静态压缩JH-14C损伤特性的表征。结果表明：JH-14C压缩强度随应变率的升高而提高；实验与计算结果对照验证了本构模型的有效性；准静态压缩实验中，JH-14C主要损伤模式为脱湿和穿晶断裂。
为研究聚黑-14C（JH-14C）传爆药静态压缩力学性能及损伤特性，开展准静态压缩实验，获得了不同应变率下的应力-应变曲线，建立了描述不同应变率下JH-14C力学行为的非线性本构模型；利用扫描电镜（SEM）对回收试样进行细微形貌观测，获得了准静态压缩JH-14C损伤特性的表征。结果表明：JH-14C压缩强度随应变率的升高而提高；实验与计算结果对照验证了本构模型的有效性；准静态压缩实验中，JH-14C主要损伤模式为脱湿和穿晶断裂。
2022, 42(4): 042303.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0376
摘要:
为研究浅埋炸药爆炸形貌及其冲击作用效应，提出了一套新型试验工装，通过浅埋砂爆试验，系统探究了浅埋爆炸过程中冲击波的传播、爆炸产物与砂土的喷射轨迹、靶板的变形形貌以及爆炸载荷的空间分布情况。结果表明：浅埋爆炸在空气中产生冲击波，其传播速度大于爆炸产物与砂土的喷射速度；起爆后的爆炸产物与砂土迅速向外喷射，体积随时间不断膨胀，撞击到靶板后向四周扩散；通过特 殊设计的试验工装与靶板，定性得出浅埋砂爆载荷产生的冲量在空间中呈非均匀分布，即中间最大，向四周逐渐减小。对比分析2次不同试验，发现炸药埋深影响爆炸产物和砂土喷射时的相对位置：埋深较小时，爆炸产物会冲破覆盖的砂层，直接作用到靶板；埋深较大时，爆炸产物基本被砂层包覆，随砂土共同作用到靶板；此外，增大炸药埋深会延缓爆炸产物与砂土的喷射时间。砂土的类型直接影响靶板的变形形貌，按北约标准AEP-55配做的砂土不仅使靶板产生整体弯曲变形，还在靶板上形成大量凹坑，产生侵彻效果，而普通的河砂仅使靶板产生整体弯曲变形，无明显的侵彻效果。
为研究浅埋炸药爆炸形貌及其冲击作用效应，提出了一套新型试验工装，通过浅埋砂爆试验，系统探究了浅埋爆炸过程中冲击波的传播、爆炸产物与砂土的喷射轨迹、靶板的变形形貌以及爆炸载荷的空间分布情况。结果表明：浅埋爆炸在空气中产生冲击波，其传播速度大于爆炸产物与砂土的喷射速度；起爆后的爆炸产物与砂土迅速向外喷射，体积随时间不断膨胀，撞击到靶板后向四周扩散；通过特 殊设计的试验工装与靶板，定性得出浅埋砂爆载荷产生的冲量在空间中呈非均匀分布，即中间最大，向四周逐渐减小。对比分析2次不同试验，发现炸药埋深影响爆炸产物和砂土喷射时的相对位置：埋深较小时，爆炸产物会冲破覆盖的砂层，直接作用到靶板；埋深较大时，爆炸产物基本被砂层包覆，随砂土共同作用到靶板；此外，增大炸药埋深会延缓爆炸产物与砂土的喷射时间。砂土的类型直接影响靶板的变形形貌，按北约标准AEP-55配做的砂土不仅使靶板产生整体弯曲变形，还在靶板上形成大量凹坑，产生侵彻效果，而普通的河砂仅使靶板产生整体弯曲变形，无明显的侵彻效果。
2022, 42(4): 043101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0051
摘要:
为了推进超细晶D6A钢在半穿甲战斗部壳体上的应用，研究了动态加载下其宏观力学行为和细观变形机理。运用旋转盘式Hopkinson拉杆技术，开展了超细晶D6A低合金钢（平均晶粒尺寸为510 nm）的动态拉伸实验，获得了不同应变率（500～1000 s−1）下超细晶钢的应力-应变曲线。运用TEM观测微观形貌，从细观层次研究了高应变率拉伸作用下超细晶钢的动态力学特性。结果表明，超细晶D6A钢具有较高的动态拉伸强度和良好的延展性。并且，晶粒细化和纳米析出相（渗碳体）是超细晶钢同时拥有高强度和较好韧性的重要因素；在动态拉伸过程中析出的大量纳米级渗碳体，与高密度晶界共同作用限制了位错运动，从而产生额外的塑性变形抗力，有效提升了超细晶钢的强度；在塑性变形阶段超细晶钢出现的明显应力下降现象，是可动位错密度增高的结果。
为了推进超细晶D6A钢在半穿甲战斗部壳体上的应用，研究了动态加载下其宏观力学行为和细观变形机理。运用旋转盘式Hopkinson拉杆技术，开展了超细晶D6A低合金钢（平均晶粒尺寸为510 nm）的动态拉伸实验，获得了不同应变率（500～1000 s−1）下超细晶钢的应力-应变曲线。运用TEM观测微观形貌，从细观层次研究了高应变率拉伸作用下超细晶钢的动态力学特性。结果表明，超细晶D6A钢具有较高的动态拉伸强度和良好的延展性。并且，晶粒细化和纳米析出相（渗碳体）是超细晶钢同时拥有高强度和较好韧性的重要因素；在动态拉伸过程中析出的大量纳米级渗碳体，与高密度晶界共同作用限制了位错运动，从而产生额外的塑性变形抗力，有效提升了超细晶钢的强度；在塑性变形阶段超细晶钢出现的明显应力下降现象，是可动位错密度增高的结果。
2022, 42(4): 043102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0260
摘要:
重组竹是一种新型竹基复合材料，其力学性能优于落叶松等木材。为评价重组竹在动态加载下的顺纹抗冲击力学性能，以密度1.06 g/cm3、含水率8.52%、龄期3～5年的毛竹基重组竹为研究对象，通过准静态单轴压缩和循环加卸载以及动态加载实验，研究了重组竹加载变形过程、各项力学性能指标以及对应变率的敏感性。结果表明：重组竹顺纹压缩过程可以分为弹性变形和弹塑性变形阶段，破坏类型为延性破坏，其各项强度指标随应变率的提高而提高，动态增长因子与应变率之间呈现线性关系，斜率为0.0024；重组竹压缩过程中的应变比能与应变之间呈线性关系，且随应变率的增长而增大，证明其吸能能力随着应变率的增大而提高。实验结果证明，重组竹顺纹具有良好的抗冲击力学性能和显著的应变率效应。
重组竹是一种新型竹基复合材料，其力学性能优于落叶松等木材。为评价重组竹在动态加载下的顺纹抗冲击力学性能，以密度1.06 g/cm3、含水率8.52%、龄期3～5年的毛竹基重组竹为研究对象，通过准静态单轴压缩和循环加卸载以及动态加载实验，研究了重组竹加载变形过程、各项力学性能指标以及对应变率的敏感性。结果表明：重组竹顺纹压缩过程可以分为弹性变形和弹塑性变形阶段，破坏类型为延性破坏，其各项强度指标随应变率的提高而提高，动态增长因子与应变率之间呈现线性关系，斜率为0.0024；重组竹压缩过程中的应变比能与应变之间呈线性关系，且随应变率的增长而增大，证明其吸能能力随着应变率的增大而提高。实验结果证明，重组竹顺纹具有良好的抗冲击力学性能和显著的应变率效应。
2022, 42(4): 043301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0146
摘要:
纤维金属层合板因其复合材料的各向异性和层合结构特征而具有较好的可设计性，开展金属纤维层合板的优化设计研究对其力学性能的增强和轻量化具有重要意义。为提高纤维金属层合板的抗弹性能，基于响应面分析法对纤维金属层合板的铺层方向和铺层厚度进行了优化设计。采用Box-Behnken方法进行方案设计，以纤维金属层合板各铺层相对厚度比为设计变量，以结构的比吸能为设计目标，根据设计的方案进行参数化建模获取样本点，在对设计样本进行方差分析和参数估计的基础上，建立了结构比吸能的响应面模型并验证了其精确度。采用遗传算法对响应面方程进行寻优分析，通过显式动力学计算程序ABAQUS/Explicit验证优化效果。最终，在最优的铺层方案下，层合板的质量减小了11.70%，能量吸收增加了19.40%，抗弹性能显著提升。
纤维金属层合板因其复合材料的各向异性和层合结构特征而具有较好的可设计性，开展金属纤维层合板的优化设计研究对其力学性能的增强和轻量化具有重要意义。为提高纤维金属层合板的抗弹性能，基于响应面分析法对纤维金属层合板的铺层方向和铺层厚度进行了优化设计。采用Box-Behnken方法进行方案设计，以纤维金属层合板各铺层相对厚度比为设计变量，以结构的比吸能为设计目标，根据设计的方案进行参数化建模获取样本点，在对设计样本进行方差分析和参数估计的基础上，建立了结构比吸能的响应面模型并验证了其精确度。采用遗传算法对响应面方程进行寻优分析，通过显式动力学计算程序ABAQUS/Explicit验证优化效果。最终，在最优的铺层方案下，层合板的质量减小了11.70%，能量吸收增加了19.40%，抗弹性能显著提升。
2022, 42(4): 044101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0201
摘要:
为获得炸药多点起爆的爆轰波传播过程精细细节，研究相适应的超高速光电分幅摄影技术，采用自主研制的超高速光电分幅相机，结合有机玻璃光快门，拍摄到以HMX和以TATB为基的塑料粘结炸药在三点同步起爆条件下纳秒时间分辨爆轰波发展高清晰序列图像，成功观察到爆轰波的整个传播及相互作用过程，捕获到内聚相互作用、马赫杆等波形细节结构。实验结果表明：超高速光电分幅摄影技术基于独立曝光模式，且具有曝光时间短、幅间隔连续可调、空间分辨高等优势，可精细观察到爆轰波传播、相互作用细节信息，该实验方法及其结果对于爆轰波相互作用及爆轰波马赫反射等问题研究具有一定的参考价值。
为获得炸药多点起爆的爆轰波传播过程精细细节，研究相适应的超高速光电分幅摄影技术，采用自主研制的超高速光电分幅相机，结合有机玻璃光快门，拍摄到以HMX和以TATB为基的塑料粘结炸药在三点同步起爆条件下纳秒时间分辨爆轰波发展高清晰序列图像，成功观察到爆轰波的整个传播及相互作用过程，捕获到内聚相互作用、马赫杆等波形细节结构。实验结果表明：超高速光电分幅摄影技术基于独立曝光模式，且具有曝光时间短、幅间隔连续可调、空间分辨高等优势，可精细观察到爆轰波传播、相互作用细节信息，该实验方法及其结果对于爆轰波相互作用及爆轰波马赫反射等问题研究具有一定的参考价值。
2022, 42(4): 044102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0242
摘要:
获取光学窗口自身的高压强度特性是开展材料高压高应变率冲击响应行为精密测量和数据反演的重要基础。利用平板撞击和双屈服面法，通过冲击-卸载、冲击-再加载原位粒子速度剖面精细测量和数据反演，获得了约60 GPa范围内[100]LiF屈服强度特性随冲击压力的变化规律。结果表明：在实验压力范围内，[100]LiF的屈服强度随加载压力的提高而显著提高，压力硬化效应显著；同时，LiF在冲击加载下的屈服强度高于磁驱准等熵加载结果，应变率硬化效应强于热软化效应。采用Huang-Asay模型确定了可描述冲击加载[100]LiF强度特性的本构模型参数，为LiF在强度、相变、层断裂等加窗测量实验中的深入应用和数据准确解读提供了重要支撑。
获取光学窗口自身的高压强度特性是开展材料高压高应变率冲击响应行为精密测量和数据反演的重要基础。利用平板撞击和双屈服面法，通过冲击-卸载、冲击-再加载原位粒子速度剖面精细测量和数据反演，获得了约60 GPa范围内[100]LiF屈服强度特性随冲击压力的变化规律。结果表明：在实验压力范围内，[100]LiF的屈服强度随加载压力的提高而显著提高，压力硬化效应显著；同时，LiF在冲击加载下的屈服强度高于磁驱准等熵加载结果，应变率硬化效应强于热软化效应。采用Huang-Asay模型确定了可描述冲击加载[100]LiF强度特性的本构模型参数，为LiF在强度、相变、层断裂等加窗测量实验中的深入应用和数据准确解读提供了重要支撑。
2022, 42(4): 044201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0125
摘要:
数值模拟是研究靶板侵彻问题的重要手段。为对相关软件的选取提供参考，采用当前广泛使用的3种有限元软件（LS-DYNA、ABAQUS、PAM-CRASH）对同一个靶板侵彻实验进行了数值模拟，并比较了各模拟软件的优缺点。研究结果表明：3种软件的模拟结果与实验结果均基本一致；对平头形弹体侵彻的模拟效果普遍优于对半球形弹体的模拟效果；在弹体剩余速度、冲塞块速度2个方面，3种有限元软件的数值模拟结果与实验结果大致吻合。其中，ABAQUS和PAM-CRASH对上述特征量的模拟结果更接近实验结果，平均相对误差普遍小于15%，且PAM-CRASH多数模拟结果误差都小于10%；而在弹体变形量上，3种软件的模拟结果均与实验结果相差较大。此外，LS-DYNA在模拟时的鲁棒性较好，模拟结果较稳定，PAM-CRASH对参数设置最敏感，ABAQUS在计算时间和效果上较平衡。
数值模拟是研究靶板侵彻问题的重要手段。为对相关软件的选取提供参考，采用当前广泛使用的3种有限元软件（LS-DYNA、ABAQUS、PAM-CRASH）对同一个靶板侵彻实验进行了数值模拟，并比较了各模拟软件的优缺点。研究结果表明：3种软件的模拟结果与实验结果均基本一致；对平头形弹体侵彻的模拟效果普遍优于对半球形弹体的模拟效果；在弹体剩余速度、冲塞块速度2个方面，3种有限元软件的数值模拟结果与实验结果大致吻合。其中，ABAQUS和PAM-CRASH对上述特征量的模拟结果更接近实验结果，平均相对误差普遍小于15%，且PAM-CRASH多数模拟结果误差都小于10%；而在弹体变形量上，3种软件的模拟结果均与实验结果相差较大。此外，LS-DYNA在模拟时的鲁棒性较好，模拟结果较稳定，PAM-CRASH对参数设置最敏感，ABAQUS在计算时间和效果上较平衡。
2022, 42(4): 045101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0182
摘要:
通过对聚氨酯泡沫铝和混凝土组成的复合结构进行接触爆炸试验，探讨了聚氨酯泡沫铝的吸能性能，并进行数值模拟分析。结果显示：聚氨酯泡沫铝的吸能性能明显优于泡沫铝，吸能层厚度对吸能效果影响很大，多层结构的聚氨酯泡沫铝吸能性能对比厚度一致的单层吸能层结构没有明显的改善；在保证了比较合理的吸能层厚度后，防护结构的每一层材料层存在着一个最佳的厚度组合来保证复合层优良的抗爆性能。
通过对聚氨酯泡沫铝和混凝土组成的复合结构进行接触爆炸试验，探讨了聚氨酯泡沫铝的吸能性能，并进行数值模拟分析。结果显示：聚氨酯泡沫铝的吸能性能明显优于泡沫铝，吸能层厚度对吸能效果影响很大，多层结构的聚氨酯泡沫铝吸能性能对比厚度一致的单层吸能层结构没有明显的改善；在保证了比较合理的吸能层厚度后，防护结构的每一层材料层存在着一个最佳的厚度组合来保证复合层优良的抗爆性能。
2022, 42(4): 045102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0327
摘要:
利用自主搭建的泄爆容器结构响应测试系统，开展了不同泄爆面积条件下甲烷-空气预混气体泄爆实验，结合振动加速度、内部超压、火焰演化和信号频率-时间分布等探究了泄爆面积对容器结构响应的影响特征及机制。研究发现：（1）容器振动加速度曲线和内部超压曲线具有相似的变化趋势，两者均存在双峰现象，且两者一一对应，但加速度峰值出现略迟；随着无量纲泄爆系数增大，第1个内部超压和加速度峰值主体为增大趋势，而第2个内部超压和加速度峰值的变化趋势为先减小后增大再减小；（2）火焰未到达泄爆口之前，上部的火焰平均速度随着无量纲泄爆系数增大而减小，无量纲泄爆系数较小时火焰较早从泄爆口喷出；（3）在当前实验条件下，当无量纲泄爆系数为25.00时，热声耦合现象最剧烈，表现为最大幅值的振动响应和最大能量的高频振荡，而随着无量纲泄爆系数进一步增大或者减小，热声耦合现象逐渐衰减。
利用自主搭建的泄爆容器结构响应测试系统，开展了不同泄爆面积条件下甲烷-空气预混气体泄爆实验，结合振动加速度、内部超压、火焰演化和信号频率-时间分布等探究了泄爆面积对容器结构响应的影响特征及机制。研究发现：（1）容器振动加速度曲线和内部超压曲线具有相似的变化趋势，两者均存在双峰现象，且两者一一对应，但加速度峰值出现略迟；随着无量纲泄爆系数增大，第1个内部超压和加速度峰值主体为增大趋势，而第2个内部超压和加速度峰值的变化趋势为先减小后增大再减小；（2）火焰未到达泄爆口之前，上部的火焰平均速度随着无量纲泄爆系数增大而减小，无量纲泄爆系数较小时火焰较早从泄爆口喷出；（3）在当前实验条件下，当无量纲泄爆系数为25.00时，热声耦合现象最剧烈，表现为最大幅值的振动响应和最大能量的高频振荡，而随着无量纲泄爆系数进一步增大或者减小，热声耦合现象逐渐衰减。
2022, 42(4): 045103.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0374
摘要:
车轮踏面剥离是轨道车辆车轮非圆化损伤的常见形式之一。轮轨滚动接触过程中，车轮踏面剥离会循环冲击钢轨，诱发异常大的轮轨动态相互作用，严重影响高速列车运行平稳性和安全性。基于三维轮轨滚动接触有限元模型，模拟了高速列车车轮踏面剥离引起的轮轨冲击力学响应，分析了轮轨冲击过程中的轮轨接触力/压力、接触斑及黏/滑特性、钢轨表面节点速度分布和应力/应变状态等响应特征，讨论了列车速度、剥离长度和剥离深度等关键参数对轮轨冲击响应的影响。结果发现，车轮踏面剥离引起的轮轨动态垂向接触力随列车速度的提高呈现出先增大后减小的变化趋势，并在列车速度为300 km/h出现最大值，约为轮轨准静态垂向接触力的1.35倍；随着剥离长度的增大，轮轨动态接触力、轮/轨von Mises应力和等效塑性应变均显著增大；随着剥离深度的增大，仅车轮von Mises应力和等效塑性应变显著增大。
车轮踏面剥离是轨道车辆车轮非圆化损伤的常见形式之一。轮轨滚动接触过程中，车轮踏面剥离会循环冲击钢轨，诱发异常大的轮轨动态相互作用，严重影响高速列车运行平稳性和安全性。基于三维轮轨滚动接触有限元模型，模拟了高速列车车轮踏面剥离引起的轮轨冲击力学响应，分析了轮轨冲击过程中的轮轨接触力/压力、接触斑及黏/滑特性、钢轨表面节点速度分布和应力/应变状态等响应特征，讨论了列车速度、剥离长度和剥离深度等关键参数对轮轨冲击响应的影响。结果发现，车轮踏面剥离引起的轮轨动态垂向接触力随列车速度的提高呈现出先增大后减小的变化趋势，并在列车速度为300 km/h出现最大值，约为轮轨准静态垂向接触力的1.35倍；随着剥离长度的增大，轮轨动态接触力、轮/轨von Mises应力和等效塑性应变均显著增大；随着剥离深度的增大，仅车轮von Mises应力和等效塑性应变显著增大。
