2023年 43卷 第8期
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2023, 43(8): 081101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0526
摘要:
岩石的动态裂纹扩展特性在岩石力学和岩石工程研究中具有重要意义。动荷载下岩石中裂纹的扩展行为是瞬间发生的，这对实验中测试和加载技术具有很大的挑战性。为综述动荷载下岩石材料裂纹扩展研究取得的丰硕成果，总结了岩石动态裂纹扩展测试技术、实验设备和实验方法等方面的最新进展。首先，讨论了动态岩石裂纹扩展测试的各种测量技术（X射线计算机断层扫描技术、焦散线法、数字图像相关法、裂纹扩展计、导电碳膜测试方法、声发射）；然后，以应变率为主线，从低到高依次总结了中低应变率、高应变率和超高应变率下岩石内裂纹动态扩展行为...
岩石的动态裂纹扩展特性在岩石力学和岩石工程研究中具有重要意义。动荷载下岩石中裂纹的扩展行为是瞬间发生的，这对实验中测试和加载技术具有很大的挑战性。为综述动荷载下岩石材料裂纹扩展研究取得的丰硕成果，总结了岩石动态裂纹扩展测试技术、实验设备和实验方法等方面的最新进展。首先，讨论了动态岩石裂纹扩展测试的各种测量技术（X射线计算机断层扫描技术、焦散线法、数字图像相关法、裂纹扩展计、导电碳膜测试方法、声发射）；然后，以应变率为主线，从低到高依次总结了中低应变率、高应变率和超高应变率下岩石内裂纹动态扩展行为...
2023, 43(8): 082301.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0106
摘要:
为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制，利用自制的可视化球形爆炸罐，通过高速摄像机、压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声，采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场，并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明：随着初始真空度的提高，爆炸火球亮度更高，持续时间更长，形态更稳定；当真空度为0 kPa时，火球在19.35 μs时破裂，而当真空度为100 kPa时，火球在58.05 μs才开始破裂；低初始真空度对火球...
为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制，利用自制的可视化球形爆炸罐，通过高速摄像机、压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声，采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场，并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明：随着初始真空度的提高，爆炸火球亮度更高，持续时间更长，形态更稳定；当真空度为0 kPa时，火球在19.35 μs时破裂，而当真空度为100 kPa时，火球在58.05 μs才开始破裂；低初始真空度对火球...
2023, 43(8): 083101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0549
摘要:
为研发轻质高效的能量吸收装置，提出了基于多边形截面与星形截面混合设计的星形混合多胞管。采用数值模拟方法研究了星形混合多胞管在轴向加载条件下的吸能特性和变形模式，并结合简化超折单元理论推导了该管的平均碰撞力理论公式。研究结果表明，星形混合多胞管的多边形截面与星形截面之间产生了协同效应，额外吸收了更多的冲击动能：当多边形边数N=6时，混合截面的协同性最好；当N=8时，该管的能量吸收效率最高。在此基础上，进一步开展了几何参数分析，发现壁厚对于星形混合多胞管的耐撞性有显著的影响，碰撞力水平随着壁厚的增加...
为研发轻质高效的能量吸收装置，提出了基于多边形截面与星形截面混合设计的星形混合多胞管。采用数值模拟方法研究了星形混合多胞管在轴向加载条件下的吸能特性和变形模式，并结合简化超折单元理论推导了该管的平均碰撞力理论公式。研究结果表明，星形混合多胞管的多边形截面与星形截面之间产生了协同效应，额外吸收了更多的冲击动能：当多边形边数N=6时，混合截面的协同性最好；当N=8时，该管的能量吸收效率最高。在此基础上，进一步开展了几何参数分析，发现壁厚对于星形混合多胞管的耐撞性有显著的影响，碰撞力水平随着壁厚的增加...
2023, 43(8): 083301.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0464
摘要:
针对低附带弹药毁伤需求，设计了一种十字形内置破片定向战斗部，根据目标方位可选择不同起爆模式，进而控制破片的径向飞散特性，在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤，在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值模拟研究了相邻2点起爆、相邻3点起爆两种模式下定向战斗部起爆时破片的驱动过程，给出了各个位置处破片的飞散速度、径向飞散角度等特征参数；制备了2发单元样弹并开展了地面静爆实验，通过高速摄影及靶板上破片的穿孔分布特征实测出破片的速度及径向飞散角，与数值模拟结果对比，验证了模拟的准确性。在此基础上，通过引入能...
针对低附带弹药毁伤需求，设计了一种十字形内置破片定向战斗部，根据目标方位可选择不同起爆模式，进而控制破片的径向飞散特性，在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤，在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值模拟研究了相邻2点起爆、相邻3点起爆两种模式下定向战斗部起爆时破片的驱动过程，给出了各个位置处破片的飞散速度、径向飞散角度等特征参数；制备了2发单元样弹并开展了地面静爆实验，通过高速摄影及靶板上破片的穿孔分布特征实测出破片的速度及径向飞散角，与数值模拟结果对比，验证了模拟的准确性。在此基础上，通过引入能...
2023, 43(8): 083302.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0482
摘要:
准确计算钻地弹对混凝土材料的侵彻深度和临界贯穿厚度是防护工程领域重点关注的问题。现有侵彻深度计算公式对于大口径钻地弹的预测精度较差，且临界贯穿厚度的计算方法缺乏理论依据。针对上述问题，基于145组刚性卵弹侵彻混凝土试验数据和32组贯穿混凝土试验数据，对刚性卵弹侵彻和贯穿混凝土靶体的实用化计算模型进行了研究。首先基于对刚性弹侵彻混凝土靶体的阻力分析，提出线性上升-恒定的两阶段阻力模型，建立了考虑尺寸效应影响的侵彻深度实用化计算模型，通过与15组大口径、大长径比的侵彻试验数据及ACE和NDRC公式的...
准确计算钻地弹对混凝土材料的侵彻深度和临界贯穿厚度是防护工程领域重点关注的问题。现有侵彻深度计算公式对于大口径钻地弹的预测精度较差，且临界贯穿厚度的计算方法缺乏理论依据。针对上述问题，基于145组刚性卵弹侵彻混凝土试验数据和32组贯穿混凝土试验数据，对刚性卵弹侵彻和贯穿混凝土靶体的实用化计算模型进行了研究。首先基于对刚性弹侵彻混凝土靶体的阻力分析，提出线性上升-恒定的两阶段阻力模型，建立了考虑尺寸效应影响的侵彻深度实用化计算模型，通过与15组大口径、大长径比的侵彻试验数据及ACE和NDRC公式的...
2023, 43(8): 083303.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0496
摘要:
基于岩石材料脆性断裂模型分析，从提高炸药能量向岩石断裂表面能转换效率的角度，提出采用预切槽和多点聚能射流冲击岩石进行裂纹引导与扩展，实现岩石定向劈裂。设计了一种可用于岩石劈裂的聚能装药，利用数值计算方法研究了岩石类脆性材料在聚能射流冲击作用下的定向劈裂机制，并计算比较了不同形状金属杆射流对岩体的冲击劈裂效果。分析计算该聚能装药射流形成与岩石的侵彻断裂过程，得出用于岩石劈裂的最佳聚能装药结构与炸高。实验成功用2枚聚能装药将岩石试块按预制方向劈裂，测试获得的岩石表面应力峰值约0.5~0.8 MPa。...
基于岩石材料脆性断裂模型分析，从提高炸药能量向岩石断裂表面能转换效率的角度，提出采用预切槽和多点聚能射流冲击岩石进行裂纹引导与扩展，实现岩石定向劈裂。设计了一种可用于岩石劈裂的聚能装药，利用数值计算方法研究了岩石类脆性材料在聚能射流冲击作用下的定向劈裂机制，并计算比较了不同形状金属杆射流对岩体的冲击劈裂效果。分析计算该聚能装药射流形成与岩石的侵彻断裂过程，得出用于岩石劈裂的最佳聚能装药结构与炸高。实验成功用2枚聚能装药将岩石试块按预制方向劈裂，测试获得的岩石表面应力峰值约0.5~0.8 MPa。...
2023, 43(8): 083304.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0005
摘要:
为了进一步研究飞行器蒙皮涂层的雨蚀损伤行为、探索其损伤机理、建立涂层雨蚀损伤判据，基于一级轻气炮搭建的单射流冲击实验平台，针对以碳纤维T300编织材料为基体、表面涂有同等厚度的3种涂层试样，在不同冲击速度（360、430、490、555、617 m/s）和冲击角度（0°、15°、30°）下进行了材料雨蚀实验。结果表明，随着雨滴冲击速度的不断升高，试样遭受到的冲击力逐渐提高，导致其损伤面积和体积均呈增大趋势；试样典型损伤形貌均为由损伤区域包围中央未损伤区域的环状损伤组成，且随着损伤加剧形成圆形剥离...
为了进一步研究飞行器蒙皮涂层的雨蚀损伤行为、探索其损伤机理、建立涂层雨蚀损伤判据，基于一级轻气炮搭建的单射流冲击实验平台，针对以碳纤维T300编织材料为基体、表面涂有同等厚度的3种涂层试样，在不同冲击速度（360、430、490、555、617 m/s）和冲击角度（0°、15°、30°）下进行了材料雨蚀实验。结果表明，随着雨滴冲击速度的不断升高，试样遭受到的冲击力逐渐提高，导致其损伤面积和体积均呈增大趋势；试样典型损伤形貌均为由损伤区域包围中央未损伤区域的环状损伤组成，且随着损伤加剧形成圆形剥离...
2023, 43(8): 085101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0456
摘要:
为研究壳装炸药在包装箱内的殉爆响应和防护方法，开展了壳装聚黑铝炸药在包装箱内的殉爆试验，通过被发装药残留炸药和壳体破碎情况，判断被发装药的反应情况。建立了壳装炸药箱内殉爆计算模型，采用非线性有限元计算方法，对壳装聚黑铝炸药殉爆试验进行了数值模拟。并对包装箱进行防殉爆设计及试验验证。数值模拟结果表明，在包装箱内装药发生殉爆的主要原因为高速破片的撞击。试验结果显示，在无防护条件下，主发装药箱内2发、下层箱内1发被发装药发生爆轰反应，下层箱内1发被发装药未发生反应；在相邻装药间设置20 mm木隔板，在...
为研究壳装炸药在包装箱内的殉爆响应和防护方法，开展了壳装聚黑铝炸药在包装箱内的殉爆试验，通过被发装药残留炸药和壳体破碎情况，判断被发装药的反应情况。建立了壳装炸药箱内殉爆计算模型，采用非线性有限元计算方法，对壳装聚黑铝炸药殉爆试验进行了数值模拟。并对包装箱进行防殉爆设计及试验验证。数值模拟结果表明，在包装箱内装药发生殉爆的主要原因为高速破片的撞击。试验结果显示，在无防护条件下，主发装药箱内2发、下层箱内1发被发装药发生爆轰反应，下层箱内1发被发装药未发生反应；在相邻装药间设置20 mm木隔板，在...
2023, 43(8): 085102.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0099
摘要:
为完善防护工程储液结构设计与评估体系，开展了爆炸冲击地震动作用下储液结构动力响应理论研究。将矩形储液结构简化为具有分布弹性的广义单自由度体系，采用虚功原理建立水平地震动下结构运动方程，通过双向梁函数组合法、Rayleigh法和Duhamel积分法分别得到储液结构壁板振型、振动频率和动力响应，进而构建地震响应谱。利用爆炸冲击震动模拟平台开展模型试验，结构测点应变、动水压力计算值与试验数据基本一致，验证了理论方法。通过算例分析储液率、地震动要素对模型结构动力响应的影响，构建爆炸地震动下储液结构挠度响...
为完善防护工程储液结构设计与评估体系，开展了爆炸冲击地震动作用下储液结构动力响应理论研究。将矩形储液结构简化为具有分布弹性的广义单自由度体系，采用虚功原理建立水平地震动下结构运动方程，通过双向梁函数组合法、Rayleigh法和Duhamel积分法分别得到储液结构壁板振型、振动频率和动力响应，进而构建地震响应谱。利用爆炸冲击震动模拟平台开展模型试验，结构测点应变、动水压力计算值与试验数据基本一致，验证了理论方法。通过算例分析储液率、地震动要素对模型结构动力响应的影响，构建爆炸地震动下储液结构挠度响...
2023, 43(8): 085103.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0147
摘要:
为研究远场爆炸荷载作用下单向砌体填充墙的动力行为及其失效破坏机理，首先，基于研发的压缩空气驱动大截面（3 m×3 m）激波管开展了两面不同厚度单向实心砌体填充墙的面外加载试验，获得了作用在墙体表面的反射超压荷载时程、墙体面外挠度时程及墙体的变形失效模式。其次，建立了激波管精细化有限元模型，提出了砌体墙简化微观有限元建模方法，以及扩展砖块的Riedel-Hiermaier-Thoma材料模型和接缝的内聚力接触模型参数取值计算方法，对激波管中的压力传播以及试验墙体面外动态响应和损伤破坏开展了数值模拟...
为研究远场爆炸荷载作用下单向砌体填充墙的动力行为及其失效破坏机理，首先，基于研发的压缩空气驱动大截面（3 m×3 m）激波管开展了两面不同厚度单向实心砌体填充墙的面外加载试验，获得了作用在墙体表面的反射超压荷载时程、墙体面外挠度时程及墙体的变形失效模式。其次，建立了激波管精细化有限元模型，提出了砌体墙简化微观有限元建模方法，以及扩展砖块的Riedel-Hiermaier-Thoma材料模型和接缝的内聚力接触模型参数取值计算方法，对激波管中的压力传播以及试验墙体面外动态响应和损伤破坏开展了数值模拟...
2023, 43(8): 085104.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0260
摘要:
为研究常规武器二次爆炸作用下土中浅埋拱结构的破坏规律，对土中浅埋钢筋混凝土直墙拱结构进行爆炸试验和数值模拟。试验对结构模型设置多个缩比工况，同时，利用LS-DYNA对3组工况进行数值模拟。通过对比土中测点压力、结构测点速度和结构挠度等数据，发现模拟结果与试验结果基本一致并拓展了二次爆炸的数值模拟工况。结果表明：比例爆距设置在0.4~0.6 m/kg1/3，以保证结构以整体破坏为主。综合结构毁伤宏观描述和结构最大挠跨比，对整体作用下结构的毁伤等级进行划分。通过讨论结构的初始毁伤及不同爆炸顺序时钢筋...
为研究常规武器二次爆炸作用下土中浅埋拱结构的破坏规律，对土中浅埋钢筋混凝土直墙拱结构进行爆炸试验和数值模拟。试验对结构模型设置多个缩比工况，同时，利用LS-DYNA对3组工况进行数值模拟。通过对比土中测点压力、结构测点速度和结构挠度等数据，发现模拟结果与试验结果基本一致并拓展了二次爆炸的数值模拟工况。结果表明：比例爆距设置在0.4~0.6 m/kg1/3，以保证结构以整体破坏为主。综合结构毁伤宏观描述和结构最大挠跨比，对整体作用下结构的毁伤等级进行划分。通过讨论结构的初始毁伤及不同爆炸顺序时钢筋...
2023, 43(8): 085201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0547
摘要:
为合理减小振动并确定单孔破坏的范围，需掌握不同孔径孔壁的冲击压力规律。通过分析孔壁在爆轰作用下的运动过程，构建了孔壁在受到爆炸冲击波时不可压缩流体动力膨胀、破岩粉碎和动态膨胀等3个阶段的简化计算模型，分别确定了各阶段的孔壁压力与时间的分段函数。基于理想气体膨胀方程，确定了孔壁峰值压力的理论放大系数，在数学上统一了孔壁压力变化的阶段特征，得到了炮孔耦合装药孔壁冲击压力孔壁压力特征变化曲线。依托LS-DYNA数值模拟软件和现场工业模型试验，采用数值分析和超动态应变测试模型试验的方法对计算模型结果进行...
为合理减小振动并确定单孔破坏的范围，需掌握不同孔径孔壁的冲击压力规律。通过分析孔壁在爆轰作用下的运动过程，构建了孔壁在受到爆炸冲击波时不可压缩流体动力膨胀、破岩粉碎和动态膨胀等3个阶段的简化计算模型，分别确定了各阶段的孔壁压力与时间的分段函数。基于理想气体膨胀方程，确定了孔壁峰值压力的理论放大系数，在数学上统一了孔壁压力变化的阶段特征，得到了炮孔耦合装药孔壁冲击压力孔壁压力特征变化曲线。依托LS-DYNA数值模拟软件和现场工业模型试验，采用数值分析和超动态应变测试模型试验的方法对计算模型结果进行...
2023, 43(8): 085401.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0018
摘要:
针对Y型通风采煤工作面的瓦斯爆炸传播规律，利用Fluent模拟软件，结合余吾煤矿N2105工作面实际情况开展了数值模拟研究。结果表明：模拟结果与前人的实验结果之间的最大相对误差为11.3%，最小相对误差仅为1.7%，验证了数学模型的可靠性；确定了瓦斯爆炸数值模拟最合理的关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度分别为0.4 m、0.10 ms和1 800 K；进风顺槽、胶带顺槽、回风巷道和工作面的瓦斯爆炸超压峰值与爆源之间的距离符合指数函数关系，到达超压峰值所需时间与爆源之间的距离符合线性函数关系；距...
针对Y型通风采煤工作面的瓦斯爆炸传播规律，利用Fluent模拟软件，结合余吾煤矿N2105工作面实际情况开展了数值模拟研究。结果表明：模拟结果与前人的实验结果之间的最大相对误差为11.3%，最小相对误差仅为1.7%，验证了数学模型的可靠性；确定了瓦斯爆炸数值模拟最合理的关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度分别为0.4 m、0.10 ms和1 800 K；进风顺槽、胶带顺槽、回风巷道和工作面的瓦斯爆炸超压峰值与爆源之间的距离符合指数函数关系，到达超压峰值所需时间与爆源之间的距离符合线性函数关系；距...
