2024年 44卷 第2期
在线阅读
本文被引
2024, 44(2): 021001.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0214
PDF
摘要:
具有优异能量吸收特性的负泊松比结构在抗爆炸冲击防护领域有广阔的应用前景。为进一步提升夹芯板的抗爆性能，提出了一种在X、Y方向力学特性相同的正弦曲边三维负泊松比夹芯板用于防爆保护。采用数值模拟方法，对夹芯板在空爆载荷下的动态响应和吸能特性进行了研究，分析了夹芯板塑性拉伸和弯曲对背面板变形模式和轴向偏转分布的影响，并探究了爆炸距离、炸药质量、面板厚度和芯层关键结构参数对夹芯板变形和能量吸收的影响。结果表明，在空爆载荷下，夹芯板的动态响应过程可分为芯层压缩、整体变形和自由振动3个阶段。后面板在纵向（X方向）和横向（Y方向）上的抗变形能力无明显差异。随着炸药质量增加和爆炸距离减小，夹芯板的后面板中心位移增加，芯层吸能占比减小。此外，采用薄前面板和厚后面板的夹芯板可以提高芯层的吸能占比。当分别增加相同的前、后面板厚度时，前面板厚度对减小后面板中心位移的影响更显著。当芯层厚度从0.6 mm减小至0.2 mm时，后面板中心位移减小49.0%，总能量吸收增加86.7%；芯层振幅从0.2 mm增大至1.0 mm时，后面板中心位移减小20.7%，总能量吸收大致不变；芯层高度从10 mm增大至18 mm时，后面板中心位移减小88.3%，总能量吸收增加56.9%；芯层宽长比从0.56减小至0.2时，后面板中心位移减小39%，总能量吸收增加47.4%。
具有优异能量吸收特性的负泊松比结构在抗爆炸冲击防护领域有广阔的应用前景。为进一步提升夹芯板的抗爆性能，提出了一种在X、Y方向力学特性相同的正弦曲边三维负泊松比夹芯板用于防爆保护。采用数值模拟方法，对夹芯板在空爆载荷下的动态响应和吸能特性进行了研究，分析了夹芯板塑性拉伸和弯曲对背面板变形模式和轴向偏转分布的影响，并探究了爆炸距离、炸药质量、面板厚度和芯层关键结构参数对夹芯板变形和能量吸收的影响。结果表明，在空爆载荷下，夹芯板的动态响应过程可分为芯层压缩、整体变形和自由振动3个阶段。后面板在纵向（X方向）和横向（Y方向）上的抗变形能力无明显差异。随着炸药质量增加和爆炸距离减小，夹芯板的后面板中心位移增加，芯层吸能占比减小。此外，采用薄前面板和厚后面板的夹芯板可以提高芯层的吸能占比。当分别增加相同的前、后面板厚度时，前面板厚度对减小后面板中心位移的影响更显著。当芯层厚度从0.6 mm减小至0.2 mm时，后面板中心位移减小49.0%，总能量吸收增加86.7%；芯层振幅从0.2 mm增大至1.0 mm时，后面板中心位移减小20.7%，总能量吸收大致不变；芯层高度从10 mm增大至18 mm时，后面板中心位移减小88.3%，总能量吸收增加56.9%；芯层宽长比从0.56减小至0.2时，后面板中心位移减小39%，总能量吸收增加47.4%。
2024, 44(2): 021201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0183
摘要:
柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场，传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究，突破多项关键技术，包括研制特殊结构的密绕螺线管、脉冲功率源及大电流放电开关等，具备在直径135 mm套筒空间内实现20 T以上初始磁场产生能力，并建立了动态磁光测量系统。利用磁流体力学编码SSS-MHD开展多级装置设计，计算显示，设计的多级装置能够将约42%的初始磁通量压缩至轴线附近直径7 mm的空间内。最终研制成功多级内爆磁压缩装置CJ-150，在亚立方厘米以上空间实现轴向峰值磁场强度906 T，数据不确定度5.35%。10余发动态考核实验显示，CJ-150装置工作稳定，能够满足物理实验需要。利用经实验验证的磁流体模型计算显示，CJ-150具备1000 T以上超强磁场产生能力，能够对大尺寸样品实现500 GPa以上的准等熵加载。
柱面内爆磁通量压缩发生器是利用炸药内爆压缩其内部磁通量至轴线附近小体积内从而实现超高磁场，传统的单级装置因受到金属套筒内爆失稳等影响性能指标受限。开展了多级内爆磁压缩技术研究，突破多项关键技术，包括研制特殊结构的密绕螺线管、脉冲功率源及大电流放电开关等，具备在直径135 mm套筒空间内实现20 T以上初始磁场产生能力，并建立了动态磁光测量系统。利用磁流体力学编码SSS-MHD开展多级装置设计，计算显示，设计的多级装置能够将约42%的初始磁通量压缩至轴线附近直径7 mm的空间内。最终研制成功多级内爆磁压缩装置CJ-150，在亚立方厘米以上空间实现轴向峰值磁场强度906 T，数据不确定度5.35%。10余发动态考核实验显示，CJ-150装置工作稳定，能够满足物理实验需要。利用经实验验证的磁流体模型计算显示，CJ-150具备1000 T以上超强磁场产生能力，能够对大尺寸样品实现500 GPa以上的准等熵加载。
2024, 44(2): 022301.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0300
摘要:
在长管强约束条件下对HMX基PBX炸药点火实验进行了数值模拟，分析了点火方式对炸药反应演化规律的影响，获得了弱冲击点火条件下炸药反应演化过程的特征图像。针对黑火药和雷管2种点火方式，分别构建了PBX炸药黑火药点燃和冲击起爆2类实验的唯象模型和数值模拟方法，通过数值模拟获得了钢管内炸药柱反应演化进程的特征图像，柱壳膨胀历程与实验结果符合较好。研究表明，不同点火方式下炸药反应演化进程存在较大差异。如果使用雷管点火，PBX炸药会在几微秒内发生爆轰反应；而使用黑火药点火，PBX炸药会在数毫秒内从缓慢燃烧转化为剧烈爆炸，但随着壳体破裂解体，管内压力骤降，抑制了反应演化向爆轰转变。黑火药点燃条件下整个反应演化过程可以分为4个主要阶段，其中管壁附近炸药柱表面燃烧传播优先于炸药柱中心基体反应，是弱冲击点火反应演化过程的重要特征之一。
在长管强约束条件下对HMX基PBX炸药点火实验进行了数值模拟，分析了点火方式对炸药反应演化规律的影响，获得了弱冲击点火条件下炸药反应演化过程的特征图像。针对黑火药和雷管2种点火方式，分别构建了PBX炸药黑火药点燃和冲击起爆2类实验的唯象模型和数值模拟方法，通过数值模拟获得了钢管内炸药柱反应演化进程的特征图像，柱壳膨胀历程与实验结果符合较好。研究表明，不同点火方式下炸药反应演化进程存在较大差异。如果使用雷管点火，PBX炸药会在几微秒内发生爆轰反应；而使用黑火药点火，PBX炸药会在数毫秒内从缓慢燃烧转化为剧烈爆炸，但随着壳体破裂解体，管内压力骤降，抑制了反应演化向爆轰转变。黑火药点燃条件下整个反应演化过程可以分为4个主要阶段，其中管壁附近炸药柱表面燃烧传播优先于炸药柱中心基体反应，是弱冲击点火反应演化过程的重要特征之一。
2024, 44(2): 023101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0235
摘要:
为探究水下爆炸荷载作用下钢筋混凝土拱的动力响应特性和破坏特征，制作了两个钢筋混凝土拱试件，并开展了水下爆炸试验。试验分为拱外爆炸和拱内爆炸两组，采用10 g乳化炸药，试验时爆源距结构面最小距离为10 cm（起爆点位于拱结构正上方和正下方），通过传感器记录爆炸试验中钢筋混凝土拱典型断面处的水压力及加速度时程曲线。基于Arbitrary Lagrange-Euler (ALE)算法，建立了空气-水-炸药-钢筋混凝土拱等多介质动态耦合作用模型，将数值模拟结果与试验结果对比，验证了数值方法的可靠性。采用验证后的数值模型进一步研究了拱外及拱内爆炸荷载作用下钢筋混凝土拱的动力响应差异。结果表明：相同炸药当量下，内部爆炸有更多的能量作用于混凝土拱，使结构的动力响应更强烈；外部爆炸下，拱顶、拱腰处产生较大裂缝；内部爆炸时，迎爆面裂缝数量明显增多，拱肩位置出现裂缝。钢筋混凝土拱形结构抵抗外部爆炸荷载的能力明显强于内部爆炸荷载。
为探究水下爆炸荷载作用下钢筋混凝土拱的动力响应特性和破坏特征，制作了两个钢筋混凝土拱试件，并开展了水下爆炸试验。试验分为拱外爆炸和拱内爆炸两组，采用10 g乳化炸药，试验时爆源距结构面最小距离为10 cm（起爆点位于拱结构正上方和正下方），通过传感器记录爆炸试验中钢筋混凝土拱典型断面处的水压力及加速度时程曲线。基于Arbitrary Lagrange-Euler (ALE)算法，建立了空气-水-炸药-钢筋混凝土拱等多介质动态耦合作用模型，将数值模拟结果与试验结果对比，验证了数值方法的可靠性。采用验证后的数值模型进一步研究了拱外及拱内爆炸荷载作用下钢筋混凝土拱的动力响应差异。结果表明：相同炸药当量下，内部爆炸有更多的能量作用于混凝土拱，使结构的动力响应更强烈；外部爆炸下，拱顶、拱腰处产生较大裂缝；内部爆炸时，迎爆面裂缝数量明显增多，拱肩位置出现裂缝。钢筋混凝土拱形结构抵抗外部爆炸荷载的能力明显强于内部爆炸荷载。
2024, 44(2): 023102.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0541
摘要:
通过建立混凝土的3D细观模型，在细观尺度上分析动态压缩荷载作用下混凝土材料内部裂缝的产生和发展、损伤演化和动态强度及其影响因素。首先，基于传统的“生成-投放”法生成粒径、形状和空间分布均随机的凸多面体粗骨料模型，并通过骨料沉降和粒径缩放实现粗骨料的大体积率（达50%）和可调控；使用四面体网格划分骨料和砂浆表征其真实物理形状；使用界面粘结接触表征界面过渡区（ITZ）提升计算效率。进一步通过对比不同粗骨料粒径混凝土的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验数据与模拟结果，如杆上应变时程、试件动态应力-应变曲线和试件损伤破坏模式，验证了建立的混凝土3D细观有限元模型、参数确定方法和数值仿真方法的准确性。最后，分析了30~100 s−1应变率范围内骨料粒径（4~8、10~14和22~26 mm）、体积率（20%、30%和40%）和类型（石灰岩、花岗岩和玄武岩）对混凝土动态压缩强度的影响。结果表明：粗骨料粒径增大，混凝土动态压缩强度先增大后减小；粗骨料体积率越高，混凝土动态压缩强度越大；混凝土动态压缩强度随粗骨料强度的增加而提高。
通过建立混凝土的3D细观模型，在细观尺度上分析动态压缩荷载作用下混凝土材料内部裂缝的产生和发展、损伤演化和动态强度及其影响因素。首先，基于传统的“生成-投放”法生成粒径、形状和空间分布均随机的凸多面体粗骨料模型，并通过骨料沉降和粒径缩放实现粗骨料的大体积率（达50%）和可调控；使用四面体网格划分骨料和砂浆表征其真实物理形状；使用界面粘结接触表征界面过渡区（ITZ）提升计算效率。进一步通过对比不同粗骨料粒径混凝土的分离式霍普金森压杆（SHPB）试验数据与模拟结果，如杆上应变时程、试件动态应力-应变曲线和试件损伤破坏模式，验证了建立的混凝土3D细观有限元模型、参数确定方法和数值仿真方法的准确性。最后，分析了30~100 s−1应变率范围内骨料粒径（4~8、10~14和22~26 mm）、体积率（20%、30%和40%）和类型（石灰岩、花岗岩和玄武岩）对混凝土动态压缩强度的影响。结果表明：粗骨料粒径增大，混凝土动态压缩强度先增大后减小；粗骨料体积率越高，混凝土动态压缩强度越大；混凝土动态压缩强度随粗骨料强度的增加而提高。
2024, 44(2): 023103.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0176
摘要:
为研究超高分子聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）背板厚度对铝复合板抗钨球侵彻效果的影响，利用数字图像相关方法（digital image correlation method, DIC）与X射线电子计算机断层扫描（computed tomography, CT）得到UHMWPE受到冲击后的动态响应及局部破坏。建立钨球以不同速度侵彻Al/UHMWPE复合板的有限元模型，研究不同冲击速度下UHMWPE背板厚度对复合靶板吸能性能的影响，所用背板厚度为1.6~20 mm。结果表明：铝板在冲击作用下发生绝热剪切破坏，正交铺设纤维层产生纤维凸起和分叉应变带。随着背板厚度增大，纤维层由剪切破坏向拉伸破坏过度，纤维层应变带由十字形转变为X形。UHMWPE板厚度的增大有效地阻碍了铝块塞体运动，从而增加了破片侵彻铝板的时间与动能消耗。UHMWPE背板厚度对吸能性能影响呈先快速上升至阈值，后缓慢下降的趋势，说明PE板到达一定厚度后，通过增加厚度的方法来提升其吸能性能的作用有限。
为研究超高分子聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene, UHMWPE）背板厚度对铝复合板抗钨球侵彻效果的影响，利用数字图像相关方法（digital image correlation method, DIC）与X射线电子计算机断层扫描（computed tomography, CT）得到UHMWPE受到冲击后的动态响应及局部破坏。建立钨球以不同速度侵彻Al/UHMWPE复合板的有限元模型，研究不同冲击速度下UHMWPE背板厚度对复合靶板吸能性能的影响，所用背板厚度为1.6~20 mm。结果表明：铝板在冲击作用下发生绝热剪切破坏，正交铺设纤维层产生纤维凸起和分叉应变带。随着背板厚度增大，纤维层由剪切破坏向拉伸破坏过度，纤维层应变带由十字形转变为X形。UHMWPE板厚度的增大有效地阻碍了铝块塞体运动，从而增加了破片侵彻铝板的时间与动能消耗。UHMWPE背板厚度对吸能性能影响呈先快速上升至阈值，后缓慢下降的趋势，说明PE板到达一定厚度后，通过增加厚度的方法来提升其吸能性能的作用有限。
2024, 44(2): 023104.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0182
摘要:
针对固支单向加筋板在冲击载荷下的拉伸撕裂临界条件开展研究，首先将均布冲击载荷下的固支单向加筋板简化为带板梁模型，基于固支梁冲击变形理论解给出了加筋板最大永久变形理论解，之后基于复合运动场模型，修正了固支梁端点拉伸应变与最大永久变形关系式，并以等效应变达到失效应变作为拉伸撕裂条件，建立了加筋板在冲击载荷下的拉伸撕裂临界条件。经过数值模拟验证，该最大永久变形理论解和拉伸撕裂临界条件具有适用性，理论与数值误差小于15%。
针对固支单向加筋板在冲击载荷下的拉伸撕裂临界条件开展研究，首先将均布冲击载荷下的固支单向加筋板简化为带板梁模型，基于固支梁冲击变形理论解给出了加筋板最大永久变形理论解，之后基于复合运动场模型，修正了固支梁端点拉伸应变与最大永久变形关系式，并以等效应变达到失效应变作为拉伸撕裂条件，建立了加筋板在冲击载荷下的拉伸撕裂临界条件。经过数值模拟验证，该最大永久变形理论解和拉伸撕裂临界条件具有适用性，理论与数值误差小于15%。
2024, 44(2): 023201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0184
摘要:
采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动，重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响，并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理。研究表明：对于以冷高压气体驱动的激波风洞，使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况。高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用，其作用效果主要是使当地声速增大，从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快；另一方面，高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱，且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微。稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系。提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间。对于所测试的激波风洞构型，在150 MPa氢气驱动110 kPa氮气的工况下，高压效应导致的有效试验时间缩短约38%。适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响。
采用基于立方型气体状态方程的准一维流动数值模拟方法研究了反射式高焓激波风洞的真实气体流动，重点关注了高压真实气体效应对风洞全场流动时空结构和驻室区气流参数的影响，并以理论分析揭示了高压真实气体效应对激波管内流动的作用机理。研究表明：对于以冷高压气体驱动的激波风洞，使用考虑分子体积和分子间作用力的真实气体状态方程能够更准确地描述气体的状态和风洞内的流动状况。高压真实气体效应主要在冷驱动气体中发生作用，其作用效果主要是使当地声速增大，从而使得入射稀疏波和反射稀疏波的传播速度加快；另一方面，高压气体效应在高温气体效应较显著的被驱动气体中作用微弱，且对激波管产生激波的强度和激波后的流动状态影响甚微。稀疏波的加快传播改变了激波管波系的相干时空关系。提前抵达的稀疏波可在一定情况下侵蚀激波风洞的有效试验时间。对于所测试的激波风洞构型，在150 MPa氢气驱动110 kPa氮气的工况下，高压效应导致的有效试验时间缩短约38%。适当加长驱动段长度和采用高温气体驱动均可有效减弱高压真实气体效应的影响。
2024, 44(2): 023202.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0262
摘要:
为研究飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律，利用考虑电子态密度（DOS）效应的模型计算了电子热容和电声耦合系数随电子温度的演化规律，并与采用QEOS（quotidian equation of state）模型计算结果进行了对比；提出DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型，计算得到电子温度、晶格温度、等离子体羽位置时间演化规律和等离子体压力时空演化规律，并与QEOS飞秒脉冲激光冲击强化模型结果进行了对比。结果表明：DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型计算得到的等离子体羽位置随时间的演化规律与实验结果吻合程度更好；增加激光能量或功率密度、考虑电子DOS效应会增加电子、晶格温度和等离子体压力。
为研究飞秒脉冲激光冲击强化中等离子体压力时空演化规律，利用考虑电子态密度（DOS）效应的模型计算了电子热容和电声耦合系数随电子温度的演化规律，并与采用QEOS（quotidian equation of state）模型计算结果进行了对比；提出DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型，计算得到电子温度、晶格温度、等离子体羽位置时间演化规律和等离子体压力时空演化规律，并与QEOS飞秒脉冲激光冲击强化模型结果进行了对比。结果表明：DOS飞秒脉冲激光冲击强化模型计算得到的等离子体羽位置随时间的演化规律与实验结果吻合程度更好；增加激光能量或功率密度、考虑电子DOS效应会增加电子、晶格温度和等离子体压力。
2024, 44(2): 023301.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0071
摘要:
为研究IN718镍基高温合金在高速冲击作用下的抗侵彻能力，采用直径为5 mm的304不锈钢球形弹丸，利用二级轻气炮试验装置对IN718靶板进行了一系列弹道冲击试验。通过高速摄像机进行拍摄，弹丸的入射速度范围为548.2～1 067.0 m/s。对弹丸的剩余速度进行了测量和分析，并对弹道极限速度进行了验证，观察了靶板的变形和破坏模式以及弹孔直径。结果表明：在试验冲击范围之内，随着冲击速度的升高，靶板的变形模式由撕裂破坏到剪切破坏转变，靶板的穿甲破坏模式与冲击速度密切相关；靶板能量吸收效率随弹丸初始动能的增加而降低，且趋于常值0.7；靶板变形挠度随着冲击速度的升高呈减小趋势，且最大变形挠度出现在弹道极限附近；靶板正面和背面所形成的弹孔直径均随着冲击速度的升高而增大，且背面所形成的弹孔直径大于前面所形成的弹孔直径。
为研究IN718镍基高温合金在高速冲击作用下的抗侵彻能力，采用直径为5 mm的304不锈钢球形弹丸，利用二级轻气炮试验装置对IN718靶板进行了一系列弹道冲击试验。通过高速摄像机进行拍摄，弹丸的入射速度范围为548.2～1 067.0 m/s。对弹丸的剩余速度进行了测量和分析，并对弹道极限速度进行了验证，观察了靶板的变形和破坏模式以及弹孔直径。结果表明：在试验冲击范围之内，随着冲击速度的升高，靶板的变形模式由撕裂破坏到剪切破坏转变，靶板的穿甲破坏模式与冲击速度密切相关；靶板能量吸收效率随弹丸初始动能的增加而降低，且趋于常值0.7；靶板变形挠度随着冲击速度的升高呈减小趋势，且最大变形挠度出现在弹道极限附近；靶板正面和背面所形成的弹孔直径均随着冲击速度的升高而增大，且背面所形成的弹孔直径大于前面所形成的弹孔直径。
2024, 44(2): 023302.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0282
摘要:
为了评估超高性能混凝土（UHPC）的抗侵彻性能，对UHPC靶板进行了侵彻试验与数值模拟。首先，利用\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
![]()
为了评估超高性能混凝土（UHPC）的抗侵彻性能，对UHPC靶板进行了侵彻试验与数值模拟。首先，利用
2024, 44(2): 025101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0166
摘要:
为了将新型泡沫混凝土动态弹塑性损伤模型应用到防护结构中，首先开展组合式防护结构预制孔装药爆炸试验；随后利用新泡沫混凝土材料模型对试验进行数值模拟验证，并将新模型的模拟结果与LS-DYNA中Soil and Foam模型的模拟结果进行对比；最后，基于验证的数值模型，开展以梯度泡沫混凝土作为分配层的组合式防护结构预制孔装药爆炸的数值模拟，探讨梯度泡沫混凝土层界面层数和排列方式对组合式防护结构抗爆性能的影响。结果表明，新泡沫混凝土材料模型的模拟结果与试验结果吻合良好，与Soil and Foam模型相比，新模型在应力波传播和损伤破坏方面预测更好，泡沫混凝土层界面层数和排列方式对作用在主体结构上的应力以及分配层的损伤破坏情况有一定的影响。
为了将新型泡沫混凝土动态弹塑性损伤模型应用到防护结构中，首先开展组合式防护结构预制孔装药爆炸试验；随后利用新泡沫混凝土材料模型对试验进行数值模拟验证，并将新模型的模拟结果与LS-DYNA中Soil and Foam模型的模拟结果进行对比；最后，基于验证的数值模型，开展以梯度泡沫混凝土作为分配层的组合式防护结构预制孔装药爆炸的数值模拟，探讨梯度泡沫混凝土层界面层数和排列方式对组合式防护结构抗爆性能的影响。结果表明，新泡沫混凝土材料模型的模拟结果与试验结果吻合良好，与Soil and Foam模型相比，新模型在应力波传播和损伤破坏方面预测更好，泡沫混凝土层界面层数和排列方式对作用在主体结构上的应力以及分配层的损伤破坏情况有一定的影响。
2024, 44(2): 025102.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0126
摘要:
研究了不同位置炸药爆炸作用下钛合金定向泄爆容器的冲击响应。通过试验与数值模拟，分析了100 g TNT炸药放置不同位置时容器的抗爆性能和冲击端头的飞行角度，并以限制罐体运动为目的，对罐体轴向受力进行了分析。研究表明：爆炸物位于轴线时，罐体产生弹性形变；紧贴内壁中间位置时，罐体外壁鼓包并贯穿开裂；紧贴内壁近端头处时，罐体外壁凸起。100 g TNT炸药作用下，冲击端头出口速度均值为124.45 m/s、最大偏角为2.3°，且爆炸物位置对端头出口速度影响较小。爆炸物位于轴线前、后端时，轴向力较爆炸物位于轴线中心时分别增大173%和116%。该研究可为民机定向泄爆容器及连接结构设计提供参考。
研究了不同位置炸药爆炸作用下钛合金定向泄爆容器的冲击响应。通过试验与数值模拟，分析了100 g TNT炸药放置不同位置时容器的抗爆性能和冲击端头的飞行角度，并以限制罐体运动为目的，对罐体轴向受力进行了分析。研究表明：爆炸物位于轴线时，罐体产生弹性形变；紧贴内壁中间位置时，罐体外壁鼓包并贯穿开裂；紧贴内壁近端头处时，罐体外壁凸起。100 g TNT炸药作用下，冲击端头出口速度均值为124.45 m/s、最大偏角为2.3°，且爆炸物位置对端头出口速度影响较小。爆炸物位于轴线前、后端时，轴向力较爆炸物位于轴线中心时分别增大173%和116%。该研究可为民机定向泄爆容器及连接结构设计提供参考。
2024, 44(2): 025201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0217
摘要:
为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律，提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型，得到了隧道表面爆破振动场积分形式解；以龙南隧道爆破工程为背景，建立了有限元数值模型，通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性；提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法，结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征，最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。结果表明：隧道爆破产生P波、S波，R波在自由面迅速发育，3类波呈现指数衰减特征，S波衰减快于P波快于R波。随着爆心距的增大，垂直方向主要成分由S波转变为R波，水平方向主要成分由S波转变为P波，P波转变为R波。Ⅳ级围岩工况下，隧道爆破地震波作用分区为：隧道轴向距掌子面0~6.44 m为爆破近区，主导波型为水平S波；6.44~21.23 m为爆破中区，主导波型为水平P波；21.23 m外为爆破远区，主导波型为垂直R波。爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系，可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置，用于隧道安全稳定性分析。
为了研究隧道表面爆破地震波的产生机制及传播规律，提出了隧道表面爆破振动平面应变理论模型，得到了隧道表面爆破振动场积分形式解；以龙南隧道爆破工程为背景，建立了有限元数值模型，通过现场测试验证了数值模拟与理论解答的准确性；提出了基于高分辨率Radon变换的隧道爆破地震波波场分离方法，结合理论解析与数值模拟得到了P波、S波、R波的传播特征，最后综合理论结果与波场分离结果提出了隧道爆破地震波作用分区。结果表明：隧道爆破产生P波、S波，R波在自由面迅速发育，3类波呈现指数衰减特征，S波衰减快于P波快于R波。随着爆心距的增大，垂直方向主要成分由S波转变为R波，水平方向主要成分由S波转变为P波，P波转变为R波。Ⅳ级围岩工况下，隧道爆破地震波作用分区为：隧道轴向距掌子面0~6.44 m为爆破近区，主导波型为水平S波；6.44~21.23 m为爆破中区，主导波型为水平P波；21.23 m外为爆破远区，主导波型为垂直R波。爆破分区分界点与单段最大药量呈线性关系，可通过爆破药量得到隧道爆破分区位置，用于隧道安全稳定性分析。
