2023年 43卷 第1期
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2023, 43(1): 011101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0318
摘要:
贝壳、牡蛎等天然材料因其轻质高强的力学特性在材料设计等领域受到了广泛的关注，但由于材料本身结构的复杂性，对其力学行为的研究十分困难。近年来，分数阶模型在研究材料的力学特性上取得了成功，相比传统模型，分数阶模型可以更好地表征复杂介质的应力或应变与时间的关系。因此，本文从波传播理论出发，以分数阶模型作为材料本构，得到了复杂介质的波传播控制方程。通过Laplace变换得到了控制方程的解析解，并通过Laplace数值逆变换分析了波的衰减对分数阶模型中参量的敏感性，讨论了不同于材料弹性、黏性的材料“惯性”...
贝壳、牡蛎等天然材料因其轻质高强的力学特性在材料设计等领域受到了广泛的关注，但由于材料本身结构的复杂性，对其力学行为的研究十分困难。近年来，分数阶模型在研究材料的力学特性上取得了成功，相比传统模型，分数阶模型可以更好地表征复杂介质的应力或应变与时间的关系。因此，本文从波传播理论出发，以分数阶模型作为材料本构，得到了复杂介质的波传播控制方程。通过Laplace变换得到了控制方程的解析解，并通过Laplace数值逆变换分析了波的衰减对分数阶模型中参量的敏感性，讨论了不同于材料弹性、黏性的材料“惯性”...
2023, 43(1): 012101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0259
摘要:
为了揭示磁场对甲烷爆炸特征的影响机理，开展了磁场对甲烷爆炸影响实验，得出了磁场对甲烷爆炸压力、火焰传播速度、爆炸产物组分及体积分数的影响规律。利用Chemkin-Pro软件模拟甲烷爆炸链式反应过程，得到了甲烷爆炸过程中的关键自由基和基元反应。通过理论计算，对不同自由基在磁场作用下的受力进行分析，揭示了磁场对甲烷爆炸的影响机理。研究结果表明，磁场能够降低甲烷爆炸压力和火焰传播速度，降低CO和CO2的生成量，增加甲烷的残余量；•H、•O、•OH、•CH3、•CH2O是甲烷爆炸的关键自由基，由于•O的...
为了揭示磁场对甲烷爆炸特征的影响机理，开展了磁场对甲烷爆炸影响实验，得出了磁场对甲烷爆炸压力、火焰传播速度、爆炸产物组分及体积分数的影响规律。利用Chemkin-Pro软件模拟甲烷爆炸链式反应过程，得到了甲烷爆炸过程中的关键自由基和基元反应。通过理论计算，对不同自由基在磁场作用下的受力进行分析，揭示了磁场对甲烷爆炸的影响机理。研究结果表明，磁场能够降低甲烷爆炸压力和火焰传播速度，降低CO和CO2的生成量，增加甲烷的残余量；•H、•O、•OH、•CH3、•CH2O是甲烷爆炸的关键自由基，由于•O的...
2023, 43(1): 012102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0496
摘要:
为研究低熔点金属锡遇水爆炸机理及能量转化过程，搭建了一套由高频熔融炉、高速摄像机和信号采集仪等组成的可视化实验平台，监测锡与水的质量比为5、10、15和20时熔融锡液与水接触反应过程，并选取中高熔点金属铝进行相同条件下的对比实验。同时，结合能量守恒定律、爆炸冲击理论建立数学计算模型，用于定量分析爆炸冲击波能量。结果表明：质量比为5时，熔融锡液与水反应触发2次蒸汽爆炸；由相同条件下熔融铝液遇水爆炸实验，反应剧烈程度和持续时间与金属碎化程度和金属热扩散率有关。此外，高温熔融锡液遇水爆炸过程中，0.4...
为研究低熔点金属锡遇水爆炸机理及能量转化过程，搭建了一套由高频熔融炉、高速摄像机和信号采集仪等组成的可视化实验平台，监测锡与水的质量比为5、10、15和20时熔融锡液与水接触反应过程，并选取中高熔点金属铝进行相同条件下的对比实验。同时，结合能量守恒定律、爆炸冲击理论建立数学计算模型，用于定量分析爆炸冲击波能量。结果表明：质量比为5时，熔融锡液与水反应触发2次蒸汽爆炸；由相同条件下熔融铝液遇水爆炸实验，反应剧烈程度和持续时间与金属碎化程度和金属热扩散率有关。此外，高温熔融锡液遇水爆炸过程中，0.4...
2023, 43(1): 012201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0232
摘要:
为研究密闭舱室内爆角隅汇聚反射冲击波超压特性，利用缩比模型进行了某典型舱室内爆试验，得到远离角隅、两面角隅和三面角隅处的冲击波载荷，结合数值模拟研究了3种特征位置处冲击波传播规律及载荷特征。研究结果表明：远离角隅处壁面反射冲击波超压曲线呈现单峰结构，反射冲击波以球面波传播；距两面角隅一定范围内冲击波超压曲线呈现双峰结构，两面角隅冲击波超压曲线呈现单峰结构，角隅汇聚反射冲击波以椭球状传播；距三面角隅一定范围内冲击波超压曲线呈现多峰结构，三面角隅冲击波超压曲线呈现单峰结构，角隅汇聚反射冲击波以球面波...
为研究密闭舱室内爆角隅汇聚反射冲击波超压特性，利用缩比模型进行了某典型舱室内爆试验，得到远离角隅、两面角隅和三面角隅处的冲击波载荷，结合数值模拟研究了3种特征位置处冲击波传播规律及载荷特征。研究结果表明：远离角隅处壁面反射冲击波超压曲线呈现单峰结构，反射冲击波以球面波传播；距两面角隅一定范围内冲击波超压曲线呈现双峰结构，两面角隅冲击波超压曲线呈现单峰结构，角隅汇聚反射冲击波以椭球状传播；距三面角隅一定范围内冲击波超压曲线呈现多峰结构，三面角隅冲击波超压曲线呈现单峰结构，角隅汇聚反射冲击波以球面波...
2023, 43(1): 012202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-4058
摘要:
阻火器是一种应用广泛的爆炸阻隔装置。为了深入理解影响阻火器性能的因素，通过实验方法探究了不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性。结果表明，可燃气的活性、体积分数和初始压力均会影响火焰速度稳定性、传播模式以及淬熄难度。实验发现火焰传播具有3种模式：直接淬熄、穿过阻火单元后逐渐淬熄、淬熄失败。可淬熄的最大初始压力plim用以表征火焰淬熄难度，虽然其最小值位于化学计量比，但仍在一定体积分数范围内保持恒定。此外，基于传热作用得到密闭管道中丙烷-空气预混气爆燃阻火速度公式，并进行了实验验证。
阻火器是一种应用广泛的爆炸阻隔装置。为了深入理解影响阻火器性能的因素，通过实验方法探究了不同初始压力下可爆预混气体通过波纹板阻火器的淬熄特性。结果表明，可燃气的活性、体积分数和初始压力均会影响火焰速度稳定性、传播模式以及淬熄难度。实验发现火焰传播具有3种模式：直接淬熄、穿过阻火单元后逐渐淬熄、淬熄失败。可淬熄的最大初始压力plim用以表征火焰淬熄难度，虽然其最小值位于化学计量比，但仍在一定体积分数范围内保持恒定。此外，基于传热作用得到密闭管道中丙烷-空气预混气爆燃阻火速度公式，并进行了实验验证。
2023, 43(1): 013101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0498
摘要:
根据Π定理推导了远距离爆炸荷载作用下钢框架原型结构与缩比模型的几何相似律表达式。基于已有的钢框架子结构爆炸实验，采用AUTODYN建立了钢框架子结构数值模型，验证了流固耦合方法在结构爆炸响应分析中的可靠性。在此基础上，对比了流固耦合方法和解析爆炸边界方法在钢框架远距离爆炸数值模拟中的准确性和计算效率，结果表明，解析爆炸边界方法可以合理地模拟远距离爆炸荷载作用下钢框架的动态响应，且计算效率较高。最后，采用该方法分析了具有不同相似比的两层三跨钢框架结构在远距离爆炸荷载作用下的动态响应及毁伤效应，结果...
根据Π定理推导了远距离爆炸荷载作用下钢框架原型结构与缩比模型的几何相似律表达式。基于已有的钢框架子结构爆炸实验，采用AUTODYN建立了钢框架子结构数值模型，验证了流固耦合方法在结构爆炸响应分析中的可靠性。在此基础上，对比了流固耦合方法和解析爆炸边界方法在钢框架远距离爆炸数值模拟中的准确性和计算效率，结果表明，解析爆炸边界方法可以合理地模拟远距离爆炸荷载作用下钢框架的动态响应，且计算效率较高。最后，采用该方法分析了具有不同相似比的两层三跨钢框架结构在远距离爆炸荷载作用下的动态响应及毁伤效应，结果...
2023, 43(1): 013102.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0152
摘要:
为探索低强度冲击波的柔性测量技术，对PVDF（polyvinylidene fluoride）压力传感器开展冲击波加载和灵敏度标定实验，评估其低强度冲击波压力测量的可靠性。基于微结构设计改进薄膜传感器，获得适用于低强度冲击波压力测量的高灵敏柔性传感器，结果表明：单一压电工作模式的薄膜传感器测量低强度冲击波时有效输出电荷量和信噪比较低，测量结果容易受压电膜力电响应非线性、结构表面变形振动以及封装因素的影响，灵敏度系数不稳定、个体差异性大。采用周向固支的微结构设计能够将作用于薄膜传感器表面幅值较低的...
为探索低强度冲击波的柔性测量技术，对PVDF（polyvinylidene fluoride）压力传感器开展冲击波加载和灵敏度标定实验，评估其低强度冲击波压力测量的可靠性。基于微结构设计改进薄膜传感器，获得适用于低强度冲击波压力测量的高灵敏柔性传感器，结果表明：单一压电工作模式的薄膜传感器测量低强度冲击波时有效输出电荷量和信噪比较低，测量结果容易受压电膜力电响应非线性、结构表面变形振动以及封装因素的影响，灵敏度系数不稳定、个体差异性大。采用周向固支的微结构设计能够将作用于薄膜传感器表面幅值较低的...
2023, 43(1): 013103.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0187
摘要:
为研究Zr基非晶合金破片的冲击破碎反应机制，进行了准密封箱冲击超压实验，测试了破片的碎片粒度，分析了碎片尺寸分布关系，并对不同粒径尺度的碎片进行了X射线衍射分析。实验结果表明，材料在冲击加载下的反应程度随着撞击速度的升高而增大；碎片分布符合分段式幂次律分布规律；材料冲击诱发的化学反应主要为Zr元素与空气中氧气的燃烧，其主要反应产物为ZrO2。基于冲击升温-碎片分布-碎片燃烧的冲击破碎反应理论模型能较好地解释冲击作用下Zr基非晶合金破片的反应规律，理论计算与实验结果吻合度较高。
为研究Zr基非晶合金破片的冲击破碎反应机制，进行了准密封箱冲击超压实验，测试了破片的碎片粒度，分析了碎片尺寸分布关系，并对不同粒径尺度的碎片进行了X射线衍射分析。实验结果表明，材料在冲击加载下的反应程度随着撞击速度的升高而增大；碎片分布符合分段式幂次律分布规律；材料冲击诱发的化学反应主要为Zr元素与空气中氧气的燃烧，其主要反应产物为ZrO2。基于冲击升温-碎片分布-碎片燃烧的冲击破碎反应理论模型能较好地解释冲击作用下Zr基非晶合金破片的反应规律，理论计算与实验结果吻合度较高。
2023, 43(1): 013104.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0529
摘要:
使用二辊轧机对TA2工业纯钛进行多道次大应变冷轧处理，制备了冷轧总变形量为70%的TA2纯钛板。通过对冷轧TA2纯钛板进行500 ℃加热、不同保温时间的退火处理，获得了具有不同再结晶组织的钛板。基于帽形试样和限位环变形控制技术，在分离式霍普金森压杆装置上对不同再结晶组织的试样进行动态冲击冻结实验，结合光学显微镜和扫描电子显微镜表征试样冲击前后微观组织的变化，研究了再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响。结果表明，随着退火保温时间的延长，试样再结晶晶粒占比逐渐增大，晶粒分布由分散向局部聚集转变；...
使用二辊轧机对TA2工业纯钛进行多道次大应变冷轧处理，制备了冷轧总变形量为70%的TA2纯钛板。通过对冷轧TA2纯钛板进行500 ℃加热、不同保温时间的退火处理，获得了具有不同再结晶组织的钛板。基于帽形试样和限位环变形控制技术，在分离式霍普金森压杆装置上对不同再结晶组织的试样进行动态冲击冻结实验，结合光学显微镜和扫描电子显微镜表征试样冲击前后微观组织的变化，研究了再结晶组织对TA2纯钛绝热剪切行为的影响。结果表明，随着退火保温时间的延长，试样再结晶晶粒占比逐渐增大，晶粒分布由分散向局部聚集转变；...
2023, 43(1): 013105.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0074
摘要:
研究冲击波作用下金属微观组织变化对于理解柱壳结构在高应变率下的变形及破坏极为重要。实验通过对20钢金属柱壳在内部爆炸载荷作用下的爆炸回收碎片截面进行微观分析，探讨冲击波作用下材料的组织演化、相变特征，同时使用有限元方法对柱壳膨胀断裂过程中的热力学特征进行分析。研究发现：20钢柱壳近内表面满足α→ε相变热力学条件的有限深度区域内，α晶粒内可见明显的平行滑移线分布特征；电子背散射衍射揭示了平行滑移线区域内组织碎化，且存在{112}<111>和{332}<113>两种孪晶，同时...
研究冲击波作用下金属微观组织变化对于理解柱壳结构在高应变率下的变形及破坏极为重要。实验通过对20钢金属柱壳在内部爆炸载荷作用下的爆炸回收碎片截面进行微观分析，探讨冲击波作用下材料的组织演化、相变特征，同时使用有限元方法对柱壳膨胀断裂过程中的热力学特征进行分析。研究发现：20钢柱壳近内表面满足α→ε相变热力学条件的有限深度区域内，α晶粒内可见明显的平行滑移线分布特征；电子背散射衍射揭示了平行滑移线区域内组织碎化，且存在{112}<111>和{332}<113>两种孪晶，同时...
2023, 43(1): 013106.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0514
摘要:
为给塑性黏结炸药（PBX）的力学强度设计提供支撑、探索材料细观特征量与材料强度之间的定量规律，应用微裂纹扩展区理论，将PBX炸药的单轴拉伸过程中力学响应特征的变化归结为扩展裂纹取向角度的增加，将扩展裂纹最大取向角与拉伸强度相关联，构建了基于材料细观特征量的拉伸强度理论模型，并采用不同温度的单轴拉伸实验验证了该理论模型的有效性。研究表明：该拉伸强度理论模型可以实现对PBX炸药拉伸强度与炸药微裂纹密度、颗粒/黏结剂界面性能以及颗粒/黏结剂体系的表观杨氏模量、泊松比等细观特征量之间关系的定量描述。
为给塑性黏结炸药（PBX）的力学强度设计提供支撑、探索材料细观特征量与材料强度之间的定量规律，应用微裂纹扩展区理论，将PBX炸药的单轴拉伸过程中力学响应特征的变化归结为扩展裂纹取向角度的增加，将扩展裂纹最大取向角与拉伸强度相关联，构建了基于材料细观特征量的拉伸强度理论模型，并采用不同温度的单轴拉伸实验验证了该理论模型的有效性。研究表明：该拉伸强度理论模型可以实现对PBX炸药拉伸强度与炸药微裂纹密度、颗粒/黏结剂界面性能以及颗粒/黏结剂体系的表观杨氏模量、泊松比等细观特征量之间关系的定量描述。
2023, 43(1): 013201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0226
摘要:
基于可压缩多组分Navier-Stokes控制方程，结合5阶加权本质无振荡格式以及网格自适应加密技术和level-set方法，数值模拟了平面激波（Ma=1.23）与环形SF6气柱（内外半径分别为8和17.5 mm）界面的相互作用过程。相比于之前的实验结果，数值模拟结果揭示了入射激波在界面内4次透射过程中的复杂波系结构，观察到透射激波在内部界面传播时形成自由前导折射结构并向自由前导冯诺依曼折射结构转换的波系演变过程；另外，界面内的复杂激波结构诱导内部下游界面上的涡量发生了3次反向；在界面演化后期，...
基于可压缩多组分Navier-Stokes控制方程，结合5阶加权本质无振荡格式以及网格自适应加密技术和level-set方法，数值模拟了平面激波（Ma=1.23）与环形SF6气柱（内外半径分别为8和17.5 mm）界面的相互作用过程。相比于之前的实验结果，数值模拟结果揭示了入射激波在界面内4次透射过程中的复杂波系结构，观察到透射激波在内部界面传播时形成自由前导折射结构并向自由前导冯诺依曼折射结构转换的波系演变过程；另外，界面内的复杂激波结构诱导内部下游界面上的涡量发生了3次反向；在界面演化后期，...
2023, 43(1): 015201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0519
摘要:
为解决含空孔直眼掏槽中炮孔间距、炮孔与空孔距离的确定问题，首先，从爆生气体膨胀做功致裂岩体和空孔效应入手，推导了爆生裂纹的长度计算公式，确定了掏槽炮孔间距a和炮孔与空孔距离L的计算公式，得到了大空孔直眼掏槽空孔处片裂区长度公式，确立了应力集中作用下空孔迎爆侧径向裂纹产生的判据；然后，以灰岩（硬岩）和泥岩（软岩）对比分析了不同设计思想下的爆破参数和掏槽效果；最后，结合工程实践验证了理论分析的可靠性。结果表明：不同设计思想下，含空孔直眼掏槽的爆破破岩机理不同，以a为主时，相邻炮孔间裂纹的贯通是形成槽...
为解决含空孔直眼掏槽中炮孔间距、炮孔与空孔距离的确定问题，首先，从爆生气体膨胀做功致裂岩体和空孔效应入手，推导了爆生裂纹的长度计算公式，确定了掏槽炮孔间距a和炮孔与空孔距离L的计算公式，得到了大空孔直眼掏槽空孔处片裂区长度公式，确立了应力集中作用下空孔迎爆侧径向裂纹产生的判据；然后，以灰岩（硬岩）和泥岩（软岩）对比分析了不同设计思想下的爆破参数和掏槽效果；最后，结合工程实践验证了理论分析的可靠性。结果表明：不同设计思想下，含空孔直眼掏槽的爆破破岩机理不同，以a为主时，相邻炮孔间裂纹的贯通是形成槽...
2023, 43(1): 015401.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0503
摘要:
为系统地评估城市地下浅埋管沟可燃气体爆炸的灾害后果，利用FLACS软件模拟得到了可燃气体的爆炸荷载，并分析了该灾害对建筑物破坏和人员伤害的危险距离及影响因素。结果表明：当点火位置靠近管沟中间位置时，超压峰值和危险距离较大；泄爆口的大小对危险距离的影响不大，而对离泄爆口较近处的超压峰值影响较大；气云长度越长，超压峰值和危险距离也越大，但增幅逐渐减小直至不变；管沟的横截面面积越大，超压峰值和危险距离也越大；为避免造成严重的灾害后果，高耸建筑物和密集人群应远离泄爆口。
为系统地评估城市地下浅埋管沟可燃气体爆炸的灾害后果，利用FLACS软件模拟得到了可燃气体的爆炸荷载，并分析了该灾害对建筑物破坏和人员伤害的危险距离及影响因素。结果表明：当点火位置靠近管沟中间位置时，超压峰值和危险距离较大；泄爆口的大小对危险距离的影响不大，而对离泄爆口较近处的超压峰值影响较大；气云长度越长，超压峰值和危险距离也越大，但增幅逐渐减小直至不变；管沟的横截面面积越大，超压峰值和危险距离也越大；为避免造成严重的灾害后果，高耸建筑物和密集人群应远离泄爆口。
