2022年 42卷 第8期
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2022, 42(8): 082201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0326
摘要:
为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布，基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验，验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型，并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明：随着土介质深度的增加，感生地冲击峰值减小，而直接地冲击峰值增大，最终，压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值，据此特征可将土中应力波场分为3个区域，即地表区、近地表区和中心区；当装药比例埋深为−0.05～0.075 m/kg1/3时，随着装药比例埋深的增大，中心区迅速扩大，地表区迅速缩小，近地表区逐渐扩大；当装药...
为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布，基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验，验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型，并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明：随着土介质深度的增加，感生地冲击峰值减小，而直接地冲击峰值增大，最终，压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值，据此特征可将土中应力波场分为3个区域，即地表区、近地表区和中心区；当装药比例埋深为−0.05～0.075 m/kg1/3时，随着装药比例埋深的增大，中心区迅速扩大，地表区迅速缩小，近地表区逐渐扩大；当装药...
2022, 42(8): 082202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0281
摘要:
在当前破片战斗部动态毁伤场设计中，中心盲区效应被视为影响战斗部毁伤效率提高的关键因素。轴向增强战斗部作为消除战斗部动态中心盲区的重要手段，越来越受到相关研究人员的重视。本文中基于光滑粒子流体力学计算方法，建立了一系列轴向增强战斗部（端部分别含有惰性聚氨酯填充物、尼龙填充物和爆炸填充物）在爆炸载荷作用下的破碎和碎片散布过程的数值模型，并用于研究战斗部前端填充物特性对壳体动态响应的影响。数值模拟结果表明，填充物对战斗部前部破片的速度影响显著，但对破片飞散角度影响较弱。通过比较特定碎片的速度历史曲线，...
在当前破片战斗部动态毁伤场设计中，中心盲区效应被视为影响战斗部毁伤效率提高的关键因素。轴向增强战斗部作为消除战斗部动态中心盲区的重要手段，越来越受到相关研究人员的重视。本文中基于光滑粒子流体力学计算方法，建立了一系列轴向增强战斗部（端部分别含有惰性聚氨酯填充物、尼龙填充物和爆炸填充物）在爆炸载荷作用下的破碎和碎片散布过程的数值模型，并用于研究战斗部前端填充物特性对壳体动态响应的影响。数值模拟结果表明，填充物对战斗部前部破片的速度影响显著，但对破片飞散角度影响较弱。通过比较特定碎片的速度历史曲线，...
2022, 42(8): 083101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0145
摘要:
贝壳珍珠层是一种具有高强度和高韧性的天然材料，这种优异的性能主要来源于多尺度、多层级的“砖泥”结构。本文受贝壳特殊结构的启发，构建了仿贝壳砖泥结构的有限元模型，并进行了爆炸实验。通过实验发现：在爆炸冲量为0.047 N·s时，试件发生灾难性破坏，使得中心处发生掉落，且伴随着试件夹持端的剪切破坏，与数值模拟结果具有良好的一致性。在实验基础上，对仿贝壳砖泥结构在爆炸载荷下的动态响应进行了数值模拟。研究发现，在爆炸载荷下仿贝壳砖泥结构会产生五种不同的破坏模式，包括：Ⅰ，结构整体无损伤；Ⅱ，结构前表面无...
贝壳珍珠层是一种具有高强度和高韧性的天然材料，这种优异的性能主要来源于多尺度、多层级的“砖泥”结构。本文受贝壳特殊结构的启发，构建了仿贝壳砖泥结构的有限元模型，并进行了爆炸实验。通过实验发现：在爆炸冲量为0.047 N·s时，试件发生灾难性破坏，使得中心处发生掉落，且伴随着试件夹持端的剪切破坏，与数值模拟结果具有良好的一致性。在实验基础上，对仿贝壳砖泥结构在爆炸载荷下的动态响应进行了数值模拟。研究发现，在爆炸载荷下仿贝壳砖泥结构会产生五种不同的破坏模式，包括：Ⅰ，结构整体无损伤；Ⅱ，结构前表面无...
2022, 42(8): 083102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0456
摘要:
采用多普勒光纤探针测速技术（Doppler pins system，DPS，又称全光纤位移干涉测速技术）和高速摄影技术，研究装配垫片对金属柱壳膨胀断裂的影响，获得了有无垫片对应柱壳外表面位置的速度曲线和垫片对柱壳膨胀断裂影响明显的高速摄影图像。实验结果表明：与无垫片区域相比，垫片区域的柱壳外表面经历了先凸起后内凹的过程，导致垫片对应柱壳的径向运动位移发生反复错位，最终低于无垫片区域约0.34 mm，该位移差可能导致柱壳发生径向剪切断裂；实验结果还表明，在垫片与间隙交界处两侧（沿垫片方向约7.5°...
采用多普勒光纤探针测速技术（Doppler pins system，DPS，又称全光纤位移干涉测速技术）和高速摄影技术，研究装配垫片对金属柱壳膨胀断裂的影响，获得了有无垫片对应柱壳外表面位置的速度曲线和垫片对柱壳膨胀断裂影响明显的高速摄影图像。实验结果表明：与无垫片区域相比，垫片区域的柱壳外表面经历了先凸起后内凹的过程，导致垫片对应柱壳的径向运动位移发生反复错位，最终低于无垫片区域约0.34 mm，该位移差可能导致柱壳发生径向剪切断裂；实验结果还表明，在垫片与间隙交界处两侧（沿垫片方向约7.5°...
2022, 42(8): 083201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0450
摘要:
起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力有较为显著的影响，这使得利用小当量装药在局部方向形成与大当量装药一定程度等效的冲击波成为可能。为了能够在小当量装药条件下开展舰船结构及设备抗水下爆炸冲击实验，基于细长装药结构和参数优化设计，设计了一种冲击波压力幅值和持续时间可调的装药方法。首先，基于简单波理论给出了水下爆炸冲击波压力调控的原理，以及装药参数优化设计的目标函数和约束条件；然后，采用自主数值模拟软件研究了细长装药的水下爆炸能量输出规律，通过实验验证了数值模拟的置信度，研究发现起爆位置和装药形状对...
起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力有较为显著的影响，这使得利用小当量装药在局部方向形成与大当量装药一定程度等效的冲击波成为可能。为了能够在小当量装药条件下开展舰船结构及设备抗水下爆炸冲击实验，基于细长装药结构和参数优化设计，设计了一种冲击波压力幅值和持续时间可调的装药方法。首先，基于简单波理论给出了水下爆炸冲击波压力调控的原理，以及装药参数优化设计的目标函数和约束条件；然后，采用自主数值模拟软件研究了细长装药的水下爆炸能量输出规律，通过实验验证了数值模拟的置信度，研究发现起爆位置和装药形状对...
2022, 42(8): 083202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0444
摘要:
动强度和能量耗散规律是研究混凝土动力特性的主要内容。为探究混凝土在冲击荷载作用下的动态力学、变形以及能量演化特征，利用直径为100 mm的霍普金森杆装置对骨料率为0、32%、37%和42%的混凝土试样，分别进行了冲击速度为5、6、7 m/s的冲击压缩试验。探讨了冲击速度和骨料率对试样变形、动强度以及分形维数的影响，建立了动强度关于冲击速度和骨料率的表达式，并对试样吸收能和裂纹表面能之间的关系进行了对比分析。结果表明：混凝土试样破坏时出现了变形滞后现象，破坏形式主要以劈裂拉伸破坏为主；动强度随冲击...
动强度和能量耗散规律是研究混凝土动力特性的主要内容。为探究混凝土在冲击荷载作用下的动态力学、变形以及能量演化特征，利用直径为100 mm的霍普金森杆装置对骨料率为0、32%、37%和42%的混凝土试样，分别进行了冲击速度为5、6、7 m/s的冲击压缩试验。探讨了冲击速度和骨料率对试样变形、动强度以及分形维数的影响，建立了动强度关于冲击速度和骨料率的表达式，并对试样吸收能和裂纹表面能之间的关系进行了对比分析。结果表明：混凝土试样破坏时出现了变形滞后现象，破坏形式主要以劈裂拉伸破坏为主；动强度随冲击...
2022, 42(8): 083301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0251
摘要:
为研究碳纤维/环氧树脂复合材料在超高速撞击下的成坑特性，利用二级轻气炮开展了直径为1.00~3.05 mm的铝球以3.0~6.5 km/s的速度正撞击尺寸为100 mm×100 mm×20 mm的碳纤维/环氧树脂复合材料靶板的实验，获得了碳纤维/环氧复合材料靶板的成坑形貌特征，并测量了坑深、成坑表面积、表面损伤面积等尺寸。结合文献数据分析了靶板的无量纲成坑深度p/dp、无量纲坑径系数Dh/dp、表面损伤面积等效直径De等随撞击速度、撞击能量的变化规律。结果表明：碳纤维/环氧树脂复合材料的无量纲成...
为研究碳纤维/环氧树脂复合材料在超高速撞击下的成坑特性，利用二级轻气炮开展了直径为1.00~3.05 mm的铝球以3.0~6.5 km/s的速度正撞击尺寸为100 mm×100 mm×20 mm的碳纤维/环氧树脂复合材料靶板的实验，获得了碳纤维/环氧复合材料靶板的成坑形貌特征，并测量了坑深、成坑表面积、表面损伤面积等尺寸。结合文献数据分析了靶板的无量纲成坑深度p/dp、无量纲坑径系数Dh/dp、表面损伤面积等效直径De等随撞击速度、撞击能量的变化规律。结果表明：碳纤维/环氧树脂复合材料的无量纲成...
2022, 42(8): 083302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0294
摘要:
为研究弹体侵彻厚混凝土靶的迎弹面成坑效应，总结了侵彻实验中的成坑现象，分析了经验公式对成坑深度、成坑直径和成坑角等成坑效应的预测效果；考虑了撞击速度、靶板强度、配筋以及弹体直径和质量等因素的影响，采用量纲分析方法建立了新型成坑效应计算公式及成坑阶段耗能计算公式；基于新型成坑效应计算公式，对成坑效应的影响因素和成坑耗能进行了参数化分析。结果表明：无量纲成坑深度受靶板强度、配筋率和弹体质量的影响较大；对于钢筋混凝土，成坑深度随撞击速度提升呈先增大后减小再增大的变化规律；在常见的侵彻速度和质量范围内，...
为研究弹体侵彻厚混凝土靶的迎弹面成坑效应，总结了侵彻实验中的成坑现象，分析了经验公式对成坑深度、成坑直径和成坑角等成坑效应的预测效果；考虑了撞击速度、靶板强度、配筋以及弹体直径和质量等因素的影响，采用量纲分析方法建立了新型成坑效应计算公式及成坑阶段耗能计算公式；基于新型成坑效应计算公式，对成坑效应的影响因素和成坑耗能进行了参数化分析。结果表明：无量纲成坑深度受靶板强度、配筋率和弹体质量的影响较大；对于钢筋混凝土，成坑深度随撞击速度提升呈先增大后减小再增大的变化规律；在常见的侵彻速度和质量范围内，...
2022, 42(8): 083303.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0389
摘要:
为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理，基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法，对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究，采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明，在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流，可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中，利用头部杆式射流形成空腔帮...
为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理，基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法，对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究，采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明，在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流，可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中，利用头部杆式射流形成空腔帮...
2022, 42(8): 083304.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0336
摘要:
针对12.7 mm弹侵彻不同强度钢靶时可能出现子弹保持完整或发生破碎的情况，过去的数值模拟仅限于模拟单一模式的子弹侵彻行为。为了克服这种数值模拟的局限性，开展了模型算法、网格尺寸对模拟结果影响的研究，并将模拟结果与实验结果进行了对比，提出了一种能够用于模拟子弹保持完整或破碎的弹靶模型。研究结果表明，为模拟子弹保持完整状态，子弹和靶板应分别采用基于Lagrange算法的有限元法和光滑粒子算法，而且子弹网格尺寸和靶板粒子间距之比应至少保持在5.3左右，否则弹头会产生与实验结果不符合的异常变形。但是，...
针对12.7 mm弹侵彻不同强度钢靶时可能出现子弹保持完整或发生破碎的情况，过去的数值模拟仅限于模拟单一模式的子弹侵彻行为。为了克服这种数值模拟的局限性，开展了模型算法、网格尺寸对模拟结果影响的研究，并将模拟结果与实验结果进行了对比，提出了一种能够用于模拟子弹保持完整或破碎的弹靶模型。研究结果表明，为模拟子弹保持完整状态，子弹和靶板应分别采用基于Lagrange算法的有限元法和光滑粒子算法，而且子弹网格尺寸和靶板粒子间距之比应至少保持在5.3左右，否则弹头会产生与实验结果不符合的异常变形。但是，...
2022, 42(8): 084101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0343
摘要:
针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题，基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理，自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳，释放球内高压气体，以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数：高压气室充气压力4 MPa，玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa，能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明，该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的...
针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题，基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理，自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳，释放球内高压气体，以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数：高压气室充气压力4 MPa，玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa，能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明，该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的...
2022, 42(8): 084201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0342
摘要:
为避免复杂贴体网格的更新和畸形对动边界流场计算效率、精度的影响，以充分掌握结构场的受力特性，采用一种改进的锐利界面（sharp-interface）浸入边界法模拟具有动边界绕流的流动问题。该方法将计算域中的固体视为流体，固体边界离散为若干个拉格朗日网格点，通过在界面单元处插值重构流动参数（速度），将其直接作为流动求解器的边界条件，由此来反映固体边界的影响。即通过构造“虚拟点—受力点—垂足点”的计算结构，借助双线性插值得到虚拟点的速度，再通过强制满足固体边界的无滑移条件计算出受力点的速度，以此为边...
为避免复杂贴体网格的更新和畸形对动边界流场计算效率、精度的影响，以充分掌握结构场的受力特性，采用一种改进的锐利界面（sharp-interface）浸入边界法模拟具有动边界绕流的流动问题。该方法将计算域中的固体视为流体，固体边界离散为若干个拉格朗日网格点，通过在界面单元处插值重构流动参数（速度），将其直接作为流动求解器的边界条件，由此来反映固体边界的影响。即通过构造“虚拟点—受力点—垂足点”的计算结构，借助双线性插值得到虚拟点的速度，再通过强制满足固体边界的无滑移条件计算出受力点的速度，以此为边...
2022, 42(8): 085201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0324
摘要:
基于Heelan短柱药包理论，引入等效作用半径的概念，得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程，并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程，研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外，讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式，结果显示，利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明，利用改进公式得到的拟合效果最优，可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。
基于Heelan短柱药包理论，引入等效作用半径的概念，得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程，并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程，研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外，讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式，结果显示，利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明，利用改进公式得到的拟合效果最优，可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。
2022, 42(8): 085202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0316
摘要:
为分析钢筋混凝土烟囱在爆破拆除时发生下坐与空中断裂现象的机制并对其进行预测，对一高180 m烟囱的下坐和空中断裂过程进行了观测和分析。基于混凝土的压缩全应力-应变曲线特征，分析了烟囱支撑区的破坏过程，构建了烟囱失稳下坐的判别模型。通过建立烟囱下坐冲击作用下爆破切口以上烟囱的动力响应模型，分析了下坐冲击附加动应变波在烟囱中的传播特征。研究结果表明，考虑混凝土全应力-应变曲线特征和支撑区横截面应力和应变分布特征时，倾覆力矩与抵抗力矩的比值f可作为失稳下坐的判别条件之一；烟囱发生下坐的必要条件是支撑区...
为分析钢筋混凝土烟囱在爆破拆除时发生下坐与空中断裂现象的机制并对其进行预测，对一高180 m烟囱的下坐和空中断裂过程进行了观测和分析。基于混凝土的压缩全应力-应变曲线特征，分析了烟囱支撑区的破坏过程，构建了烟囱失稳下坐的判别模型。通过建立烟囱下坐冲击作用下爆破切口以上烟囱的动力响应模型，分析了下坐冲击附加动应变波在烟囱中的传播特征。研究结果表明，考虑混凝土全应力-应变曲线特征和支撑区横截面应力和应变分布特征时，倾覆力矩与抵抗力矩的比值f可作为失稳下坐的判别条件之一；烟囱发生下坐的必要条件是支撑区...
