2022年 42卷 第5期
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2022, 42(5): 052201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0280
摘要:
为研究不同方式的偏心起爆对炸药装药能量分配及增益的影响，建立了偏心起爆战斗部的计算模型，通过局部装填比这一变量，给出了偏心起爆战斗部破片的初速计算公式。采用数值模拟与试验验证结合的方法，对六分位条件下不同偏心起爆方式的破片速度增益和能量增益进行了对比，得出以中心起爆为基准，分别以邻位双线、连位三线、间位双线、偏心单线方式起爆，定向方位内破片的速度增益依次增大；邻位双线起爆时，目标方向破片速度增益达25.47%，定向区域破片动能占总能量的24.57%，能量增益超过40%。
为研究不同方式的偏心起爆对炸药装药能量分配及增益的影响，建立了偏心起爆战斗部的计算模型，通过局部装填比这一变量，给出了偏心起爆战斗部破片的初速计算公式。采用数值模拟与试验验证结合的方法，对六分位条件下不同偏心起爆方式的破片速度增益和能量增益进行了对比，得出以中心起爆为基准，分别以邻位双线、连位三线、间位双线、偏心单线方式起爆，定向方位内破片的速度增益依次增大；邻位双线起爆时，目标方向破片速度增益达25.47%，定向区域破片动能占总能量的24.57%，能量增益超过40%。
2022, 42(5): 052301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0305
摘要:
为了获得几种常用炸药的爆压和反应区宽度数据，采用激光干涉测试技术对TNT、PETN、RDX、HMX、TATB和CL-20炸药的稳态爆轰波界面粒子速度进行了测试，获得了高精度的界面粒子速度时程曲线，利用阻抗匹配公式计算得到了炸药的爆压。结果表明：PETN、RDX、HMX和CL-20等理想炸药的界面粒子速度曲线存在较明显的拐点，爆轰反应区较窄，反应时间为7~15 ns。TNT和TATB炸药由于存在碳凝聚慢反应过程，界面粒子速度曲线没有明显的拐点，爆轰反应时间分别为（100±15） ns和（255±2...
为了获得几种常用炸药的爆压和反应区宽度数据，采用激光干涉测试技术对TNT、PETN、RDX、HMX、TATB和CL-20炸药的稳态爆轰波界面粒子速度进行了测试，获得了高精度的界面粒子速度时程曲线，利用阻抗匹配公式计算得到了炸药的爆压。结果表明：PETN、RDX、HMX和CL-20等理想炸药的界面粒子速度曲线存在较明显的拐点，爆轰反应区较窄，反应时间为7~15 ns。TNT和TATB炸药由于存在碳凝聚慢反应过程，界面粒子速度曲线没有明显的拐点，爆轰反应时间分别为（100±15） ns和（255±2...
2022, 42(5): 053101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0328
摘要:
针对提高混凝土梁抗冲击爆炸性能的起波配筋新技术，采用理论分析与动态冲击拉伸试验相结合的方法，揭示了起波钢筋的快速拉伸变形作用机理，分析了拉伸速度、起波矢高等因素对起波钢筋抗拉强度的影响规律，确定了起波钢筋静态弹性极限强度计算方法。提出了起波钢筋等效拉伸应变率新概念，建立了弹性极限强度动力放大系数（dynamic increase factors，DIF）计算模型。研究结果表明，预先弯折起波使得钢筋在受力拉直过程中产生截面弯矩，起波钢筋的力学性能存在明显的应变率效应；起波钢筋弹性抗拉极限强度DIF...
针对提高混凝土梁抗冲击爆炸性能的起波配筋新技术，采用理论分析与动态冲击拉伸试验相结合的方法，揭示了起波钢筋的快速拉伸变形作用机理，分析了拉伸速度、起波矢高等因素对起波钢筋抗拉强度的影响规律，确定了起波钢筋静态弹性极限强度计算方法。提出了起波钢筋等效拉伸应变率新概念，建立了弹性极限强度动力放大系数（dynamic increase factors，DIF）计算模型。研究结果表明，预先弯折起波使得钢筋在受力拉直过程中产生截面弯矩，起波钢筋的力学性能存在明显的应变率效应；起波钢筋弹性抗拉极限强度DIF...
2022, 42(5): 053102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0292
摘要:
相较于传统透明材料，相同面密度下透明陶瓷具有更优异的抗冲击性能，使其成为极具应用前景的透明装甲防护材料。研究透明陶瓷在冲击下的破坏响应及损伤演化规律，对透明陶瓷装甲的结构设计及防护能力的提高起到至关重要的作用。为了比较传统透明材料与典型透明陶瓷材料在冲击过程中的破坏特性差异，利用9 mm弹道枪发射平台进行了浮法玻璃、YAG透明陶瓷及镁铝尖晶石透明陶瓷3种透明材料的边缘冲击试验，破片发射速度为200~300 m/s。通过高速摄影捕捉破片的撞击过程，分析了粉碎区及主裂纹扩展距离随时间的变化规律。结果...
相较于传统透明材料，相同面密度下透明陶瓷具有更优异的抗冲击性能，使其成为极具应用前景的透明装甲防护材料。研究透明陶瓷在冲击下的破坏响应及损伤演化规律，对透明陶瓷装甲的结构设计及防护能力的提高起到至关重要的作用。为了比较传统透明材料与典型透明陶瓷材料在冲击过程中的破坏特性差异，利用9 mm弹道枪发射平台进行了浮法玻璃、YAG透明陶瓷及镁铝尖晶石透明陶瓷3种透明材料的边缘冲击试验，破片发射速度为200~300 m/s。通过高速摄影捕捉破片的撞击过程，分析了粉碎区及主裂纹扩展距离随时间的变化规律。结果...
2022, 42(5): 053201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0494
摘要:
为探究周向通气对回转体入水表面载荷的影响，基于VOF(volume of fluid)模型和Realizable k-ε两层湍流模型，开展了周向通气回转体低速入水流场演化数值预报和表面载荷特性分析。通过将数值预报的空泡形态与试验结果相对比，验证了所采用的数值方法的有效性，并分析了不同通气率对空泡形态、流场特性和表面载荷特性的影响。结果表明，通气会改变回转体入水空泡演化过程以及侧壁表面压力，在通气作用下空泡第一次脱落时间延缓，并且通气气体流向空化器后方负压区，改善了空化器后方的负压情况；其次，通气...
为探究周向通气对回转体入水表面载荷的影响，基于VOF(volume of fluid)模型和Realizable k-ε两层湍流模型，开展了周向通气回转体低速入水流场演化数值预报和表面载荷特性分析。通过将数值预报的空泡形态与试验结果相对比，验证了所采用的数值方法的有效性，并分析了不同通气率对空泡形态、流场特性和表面载荷特性的影响。结果表明，通气会改变回转体入水空泡演化过程以及侧壁表面压力，在通气作用下空泡第一次脱落时间延缓，并且通气气体流向空化器后方负压区，改善了空化器后方的负压情况；其次，通气...
2022, 42(5): 053202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0485
摘要:
针对数值计算中水介质初始参数设置对水下爆炸载荷特性的影响开展了深入分析。基于参考状态参数确定了水介质状态方程形式；从热力学角度分析了常用的两种初始参数设置方式，提出了一种按等温假设设置初始参数的方式，并对LS-DYNA中INITIAL_EOS_ALE关键字给出的参数设置结果进行了分析；采用LS-DYNA程序进行一维球形装药水下爆炸数值计算，分析了3种设置方式下爆炸载荷特性的差异，并与已有研究成果进行了对比。结果表明：当仅改变水介质内能项时，参数按等容过程变化，流场压力源于外界传热，与实际深水环境...
针对数值计算中水介质初始参数设置对水下爆炸载荷特性的影响开展了深入分析。基于参考状态参数确定了水介质状态方程形式；从热力学角度分析了常用的两种初始参数设置方式，提出了一种按等温假设设置初始参数的方式，并对LS-DYNA中INITIAL_EOS_ALE关键字给出的参数设置结果进行了分析；采用LS-DYNA程序进行一维球形装药水下爆炸数值计算，分析了3种设置方式下爆炸载荷特性的差异，并与已有研究成果进行了对比。结果表明：当仅改变水介质内能项时，参数按等容过程变化，流场压力源于外界传热，与实际深水环境...
2022, 42(5): 053203.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0206
摘要:
海上作战时，近场水下爆炸形成的水射流能造成水面舰船结构的严重局部毁伤。为了研究近场爆炸时舰船底部水射流的形成机理及规律，开展了TNT当量2.5 g的炸药在固支方板底部不同爆距下起爆的水下爆炸实验。结果表明，气泡坍塌形成水射流的过程随着爆距的增加由吸附式向非吸附式转化。接着，基于ABAQUS软件采用CEL方法开展了系列数值模拟，结果表明：爆距在0.821～0.867倍最大气泡半径时，存在吸附式射流向非吸附式射流转化的临界点；固支方板加快了气泡坍塌的进程，炸药与钢板间的距离越小则射流形成的时间越早；...
海上作战时，近场水下爆炸形成的水射流能造成水面舰船结构的严重局部毁伤。为了研究近场爆炸时舰船底部水射流的形成机理及规律，开展了TNT当量2.5 g的炸药在固支方板底部不同爆距下起爆的水下爆炸实验。结果表明，气泡坍塌形成水射流的过程随着爆距的增加由吸附式向非吸附式转化。接着，基于ABAQUS软件采用CEL方法开展了系列数值模拟，结果表明：爆距在0.821～0.867倍最大气泡半径时，存在吸附式射流向非吸附式射流转化的临界点；固支方板加快了气泡坍塌的进程，炸药与钢板间的距离越小则射流形成的时间越早；...
2022, 42(5): 053204.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0269
摘要:
为了提升高压功率模块在高速冲击环境中的结构可靠性，研究了高压功率模块采用不同固定方式的抗冲击特性。基于一维应力波条件，针对模块在自由式霍普金森杆系统中的运动响应以及能量转换形式进行理论分析，完成了模块的变形能与动能结果对比。采用有限元方法模拟了20 m/s冲击速度下模块的运动和变形过程，提取关键结构的应力分布、挠度、位移响应速度和加速度响应曲线，其中应力响应最高位置在陶瓷基板层，达到427 MPa，挠度响应最高位置在金属底板层，达到了773.8 μm，模块整体位移速度最高达到17.68 m/s，...
为了提升高压功率模块在高速冲击环境中的结构可靠性，研究了高压功率模块采用不同固定方式的抗冲击特性。基于一维应力波条件，针对模块在自由式霍普金森杆系统中的运动响应以及能量转换形式进行理论分析，完成了模块的变形能与动能结果对比。采用有限元方法模拟了20 m/s冲击速度下模块的运动和变形过程，提取关键结构的应力分布、挠度、位移响应速度和加速度响应曲线，其中应力响应最高位置在陶瓷基板层，达到427 MPa，挠度响应最高位置在金属底板层，达到了773.8 μm，模块整体位移速度最高达到17.68 m/s，...
2022, 42(5): 053205.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0452
摘要:
对于受轴向冲击载荷作用的薄壁圆管动态响应的相似律问题，由于圆管的薄壁特性导致厚度无法与高度和半径按相同的比例进行结构缩放，从而产生模型的几何畸变，此时传统的相似律已无法描述原型与畸变模型之间的动态响应规律。基于薄壁圆管轴向冲击问题的控制方程，通过能量守恒和量纲分析，推导了考虑几何畸变条件下轴向冲击载荷作用的理想弹塑性薄壁圆管动态响应的相似律。通过在给定应变与应变率区间上建立比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系，将几何畸变相似律进一步推广至包含应变率和应变硬化的材料。通过数值...
对于受轴向冲击载荷作用的薄壁圆管动态响应的相似律问题，由于圆管的薄壁特性导致厚度无法与高度和半径按相同的比例进行结构缩放，从而产生模型的几何畸变，此时传统的相似律已无法描述原型与畸变模型之间的动态响应规律。基于薄壁圆管轴向冲击问题的控制方程，通过能量守恒和量纲分析，推导了考虑几何畸变条件下轴向冲击载荷作用的理想弹塑性薄壁圆管动态响应的相似律。通过在给定应变与应变率区间上建立比例模型预测的流动屈服应力与原型流动屈服应力的最佳逼近关系，将几何畸变相似律进一步推广至包含应变率和应变硬化的材料。通过数值...
2022, 42(5): 053206.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0279
摘要:
在评估弹药在高原的爆炸威力时，需要考虑高海拔条件对炸药爆炸冲击波参数的影响。为研究高海拔低气压条件下的冲击波传播规律，开展了模拟海拔高度h=500, 2 500, 4 500 m等3种气压条件下的爆炸冲击波测试实验。结果表明，当环境气压每下降20%时，冲击波超压、比冲量和到达时间平均降低约9%、10%和6%。将使用Sachs因子修正后的计算结果与测试数据进行对比分析，发现该方法能较好地预测不同环境条件下的爆炸冲击波参数。进一步分析了环境温度的影响，发现初始温度升高会使到达时间提前，本文实验的温度...
在评估弹药在高原的爆炸威力时，需要考虑高海拔条件对炸药爆炸冲击波参数的影响。为研究高海拔低气压条件下的冲击波传播规律，开展了模拟海拔高度h=500, 2 500, 4 500 m等3种气压条件下的爆炸冲击波测试实验。结果表明，当环境气压每下降20%时，冲击波超压、比冲量和到达时间平均降低约9%、10%和6%。将使用Sachs因子修正后的计算结果与测试数据进行对比分析，发现该方法能较好地预测不同环境条件下的爆炸冲击波参数。进一步分析了环境温度的影响，发现初始温度升高会使到达时间提前，本文实验的温度...
2022, 42(5): 053301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0307
摘要:
高性能纤维织物承力层承担充气舱的内压载荷，并为充气舱提供空间碎片防护。充气舱内压载荷将导致纤维织物承力层产生预张力，并对纤维织物的空间碎片超高速碰撞特性产生显著影响，从而影响其空间碎片防护性能。为分析预张力对纤维织物超高速碰撞过程中热-力学特性的影响，采用Johnson-Cook强度模型和Mie-Grüneisen状态方程建立了纤维材料热-力耦合材料模型，利用有限元法-光滑粒子流体动力学耦合算法对纤维织物的纱线编织结构进行离散建模，并通过施加张力载荷实现纤维织物靶板的预拉伸，进而建立了预张力纤维...
高性能纤维织物承力层承担充气舱的内压载荷，并为充气舱提供空间碎片防护。充气舱内压载荷将导致纤维织物承力层产生预张力，并对纤维织物的空间碎片超高速碰撞特性产生显著影响，从而影响其空间碎片防护性能。为分析预张力对纤维织物超高速碰撞过程中热-力学特性的影响，采用Johnson-Cook强度模型和Mie-Grüneisen状态方程建立了纤维材料热-力耦合材料模型，利用有限元法-光滑粒子流体动力学耦合算法对纤维织物的纱线编织结构进行离散建模，并通过施加张力载荷实现纤维织物靶板的预拉伸，进而建立了预张力纤维...
2022, 42(5): 053302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0278
摘要:
装甲钢/超高性能混凝土（UHPC）复合防护结构在重点工程中抵抗弹体的高速侵彻作用具有广泛的应用前景。为评估该复合结构的抗侵彻性能，对两种复合靶体开展侵彻试验与数值模拟研究。首先，开展了12发30 mm口径30CrMnSiNi2A弹体372~646 m/s速度侵彻复合靶试验。随后通过一系列静动态力学性能试验标定装甲钢材料的本构模型参数，并建立三维有限元模型对上述试验开展数值模拟分析。通过对比试验和数值模拟得到的弹体侵彻深度、残余弹体长度和装甲钢板的失效模式，验证了装甲钢本构模型参数的可靠性。进一步...
装甲钢/超高性能混凝土（UHPC）复合防护结构在重点工程中抵抗弹体的高速侵彻作用具有广泛的应用前景。为评估该复合结构的抗侵彻性能，对两种复合靶体开展侵彻试验与数值模拟研究。首先，开展了12发30 mm口径30CrMnSiNi2A弹体372~646 m/s速度侵彻复合靶试验。随后通过一系列静动态力学性能试验标定装甲钢材料的本构模型参数，并建立三维有限元模型对上述试验开展数值模拟分析。通过对比试验和数值模拟得到的弹体侵彻深度、残余弹体长度和装甲钢板的失效模式，验证了装甲钢本构模型参数的可靠性。进一步...
2022, 42(5): 053303.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0310
摘要:
基于对超高压水射流喷头的外部参数定量化分析，给出关于射流核心参数的优选方法，旨在提高水射流效率。首先，根据超高压水射流除锈喷嘴的工作特点，考虑到水的压缩性和空化效应，建立单束定冲角、多束旋转喷头的三维数值模型，通过改变靶距、入射角度、转速等外部特征参数，实施了超高压水射流除锈喷头水动力性能模拟研究。然后，重点分析单束定冲角喷嘴靶距、入射角度对靶面剪切应力、打击压强分布的影响，以及射流等速核长度与最佳射流靶距的关系。发现当靶距等于喷嘴射流等速核长度时，壁面剪切应力达到最佳水平。此外，通过分析高速旋...
基于对超高压水射流喷头的外部参数定量化分析，给出关于射流核心参数的优选方法，旨在提高水射流效率。首先，根据超高压水射流除锈喷嘴的工作特点，考虑到水的压缩性和空化效应，建立单束定冲角、多束旋转喷头的三维数值模型，通过改变靶距、入射角度、转速等外部特征参数，实施了超高压水射流除锈喷头水动力性能模拟研究。然后，重点分析单束定冲角喷嘴靶距、入射角度对靶面剪切应力、打击压强分布的影响，以及射流等速核长度与最佳射流靶距的关系。发现当靶距等于喷嘴射流等速核长度时，壁面剪切应力达到最佳水平。此外，通过分析高速旋...
2022, 42(5): 055201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0414
摘要:
地下硐室作为爆炸危险物的隐蔽贮藏空间，有潜在的内爆炸风险。为研究内爆炸作用下硐室围岩的动态响应机制，提出了一种基于岩石HJC (Holmquist-Johnson-Cook)模型和节理内聚力单元的损伤-虚拟裂纹模型。分析了模拟方法的可靠性，并在此基础上，通过多物质ALE算法对球形硐室内爆炸过程进行数值模拟，分析了围岩损伤范围和分区破坏规律。研究表明：插入内聚力单元弥补了HJC模型无法模拟低静水压力下张拉破坏的不足，且尺寸效应易于处理。模拟方法同时考虑了岩体内张拉裂纹的扩展和岩石材料的塑性损伤，能...
地下硐室作为爆炸危险物的隐蔽贮藏空间，有潜在的内爆炸风险。为研究内爆炸作用下硐室围岩的动态响应机制，提出了一种基于岩石HJC (Holmquist-Johnson-Cook)模型和节理内聚力单元的损伤-虚拟裂纹模型。分析了模拟方法的可靠性，并在此基础上，通过多物质ALE算法对球形硐室内爆炸过程进行数值模拟，分析了围岩损伤范围和分区破坏规律。研究表明：插入内聚力单元弥补了HJC模型无法模拟低静水压力下张拉破坏的不足，且尺寸效应易于处理。模拟方法同时考虑了岩体内张拉裂纹的扩展和岩石材料的塑性损伤，能...
