2024年 44卷 第7期
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2024, 44(7): 071001.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0439
摘要:
为加速多主元合金在航空工业领域的应用，将航空发动机经常面临的高温高应变率耦合环境作为实验条件，在5种温度下开展了CoCrFeNiMn多主元合金的动态压缩实验和变形后试样的塑性变形机理微观表征。结果表明：在1273 K的高温环境中，多主元合金的动态屈服强度可达200 MPa，表现出较好的耐高温性能；随着动态塑性应变的增加，材料内部出现了晶粒粗化的现象，并且在晶界处具有更高的亚结构孕育能力。此外，量化了不同环境温度下动态塑性变形过程中绝热温升的变化规律，指出了现有动态本构关系对CoCrFeNiMn多...
为加速多主元合金在航空工业领域的应用，将航空发动机经常面临的高温高应变率耦合环境作为实验条件，在5种温度下开展了CoCrFeNiMn多主元合金的动态压缩实验和变形后试样的塑性变形机理微观表征。结果表明：在1273 K的高温环境中，多主元合金的动态屈服强度可达200 MPa，表现出较好的耐高温性能；随着动态塑性应变的增加，材料内部出现了晶粒粗化的现象，并且在晶界处具有更高的亚结构孕育能力。此外，量化了不同环境温度下动态塑性变形过程中绝热温升的变化规律，指出了现有动态本构关系对CoCrFeNiMn多...
2024, 44(7): 071101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0330
摘要:
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，将氢气与天然气混合形成富氢燃料，可为能源结构向可再生和绿色能源转型提供支持，但也带来了更严峻的安全挑战。为系统了解富氢甲烷燃料的应用现状及富氢甲烷燃料的安全利用，通过文献调研，从爆燃火焰特性、爆炸特征参数、爆燃机理以及抑爆材料等方面对富氢甲烷爆燃特性与抑爆研究进行综述和讨论，并分析总结近年来的研究方向。发现随着氢气添加比的增加，火焰固有不稳定性、火焰传播速度和爆炸强度等参数存在不同程度的增强，抑爆材料的抑制效果不断减弱；目前针对多元因素耦合的富氢甲烷爆炸特性...
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，将氢气与天然气混合形成富氢燃料，可为能源结构向可再生和绿色能源转型提供支持，但也带来了更严峻的安全挑战。为系统了解富氢甲烷燃料的应用现状及富氢甲烷燃料的安全利用，通过文献调研，从爆燃火焰特性、爆炸特征参数、爆燃机理以及抑爆材料等方面对富氢甲烷爆燃特性与抑爆研究进行综述和讨论，并分析总结近年来的研究方向。发现随着氢气添加比的增加，火焰固有不稳定性、火焰传播速度和爆炸强度等参数存在不同程度的增强，抑爆材料的抑制效果不断减弱；目前针对多元因素耦合的富氢甲烷爆炸特性...
2024, 44(7): 073201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0458
摘要:
为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性，特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响，采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序，利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不同的单模界面导致的RM不稳定现象。研究中涵盖了轻/重界面和重/轻界面2 种情况，涉及的激波马赫数范围分别为6～9和8～11。对比了冻结流、热非平衡流和热化学非平衡流3种气体模式下的流场演化过程，揭示了扰动增长和增长率的变化规律。通过对比扰动增长的线性理论和非...
为了研究高马赫数激波冲击下的单模界面Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性，特别是高马赫数激波带来的热化学非平衡效应的影响，采用基于有限体积方法的二维高温非平衡流动程序，利用自适应非结构网格模拟了空气中高马赫数激波冲击两侧温度不同的单模界面导致的RM不稳定现象。研究中涵盖了轻/重界面和重/轻界面2 种情况，涉及的激波马赫数范围分别为6～9和8～11。对比了冻结流、热非平衡流和热化学非平衡流3种气体模式下的流场演化过程，揭示了扰动增长和增长率的变化规律。通过对比扰动增长的线性理论和非...
2024, 44(7): 073202.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0114
摘要:
空中强爆炸会释放热辐射使地表形成热层，冲击波进入热层后传播速度加快，形成前驱波。冲击波入射角是影响前驱波特性的重要因素，但目前相关工作大多依赖理论推导，实验研究较少。利用爆炸波模拟激波管平台，开展了热层温度为300 ℃时入射角对前驱波形成影响的研究实验，结合实验构型建立了数值仿真模型，并将实验、数值仿真结果与已有理论结果进行了对比。结果表明：实验获得的前驱波形成临界角范围与理论计算结果一致；入射角越大，前驱波超过马赫杆的距离越大，到时提前越多；前驱波会导致超压峰值减小，且随着入射角的增大，超压峰...
空中强爆炸会释放热辐射使地表形成热层，冲击波进入热层后传播速度加快，形成前驱波。冲击波入射角是影响前驱波特性的重要因素，但目前相关工作大多依赖理论推导，实验研究较少。利用爆炸波模拟激波管平台，开展了热层温度为300 ℃时入射角对前驱波形成影响的研究实验，结合实验构型建立了数值仿真模型，并将实验、数值仿真结果与已有理论结果进行了对比。结果表明：实验获得的前驱波形成临界角范围与理论计算结果一致；入射角越大，前驱波超过马赫杆的距离越大，到时提前越多；前驱波会导致超压峰值减小，且随着入射角的增大，超压峰...
2024, 44(7): 073301.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0398
摘要:
结合某大口径锥头弹体高速倾斜入水试验，采用任意拉格朗日-欧拉（arbitrary Lagrange-Euler，ALE）流固耦合方法对弹体倾斜入水偏转行为进行数值模拟，研究了弹体以500 m/s高速倾斜入水过程中不同受力模式、载荷变化特征以及弹体发生偏转的力学机理，分析了入水角度对弹体偏转规律的影响。结果表明：在俯仰力矩作用下，弹体均发生抬头方向偏转，且偏转速度呈现先增大后减小的趋势，偏转程度在不同入水角度范围内呈现不同的变化趋势。当入水角度小于15°时，弹体会发生“跳弹”现象；当入水角度为30...
结合某大口径锥头弹体高速倾斜入水试验，采用任意拉格朗日-欧拉（arbitrary Lagrange-Euler，ALE）流固耦合方法对弹体倾斜入水偏转行为进行数值模拟，研究了弹体以500 m/s高速倾斜入水过程中不同受力模式、载荷变化特征以及弹体发生偏转的力学机理，分析了入水角度对弹体偏转规律的影响。结果表明：在俯仰力矩作用下，弹体均发生抬头方向偏转，且偏转速度呈现先增大后减小的趋势，偏转程度在不同入水角度范围内呈现不同的变化趋势。当入水角度小于15°时，弹体会发生“跳弹”现象；当入水角度为30...
2024, 44(7): 073302.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0272
摘要:
为了研究蜂窝夹芯板双层结构在活性弹超高速撞击下的损伤特性，制备了PTFE（polytetrafluoroethylene）/Al/Cu柱形活性弹丸，利用二级轻气炮对蜂窝夹芯板双层结构靶开展超高速撞击实验，采用超高速摄像机记录了活性弹撞击蜂窝板的碎片云演化过程，分析了蜂窝板的穿孔特性和结构内部各组件的损伤特征；数值模拟了撞击过程，分析了活性弹丸的超高速侵爆效应，获得了碎片云的膨胀运动规律，揭示了活性弹丸冲击-爆轰耦合效应对靶板的损伤机理。结果表明：活性弹丸在蜂窝板上形成较小的入射孔和较大的出射孔，...
为了研究蜂窝夹芯板双层结构在活性弹超高速撞击下的损伤特性，制备了PTFE（polytetrafluoroethylene）/Al/Cu柱形活性弹丸，利用二级轻气炮对蜂窝夹芯板双层结构靶开展超高速撞击实验，采用超高速摄像机记录了活性弹撞击蜂窝板的碎片云演化过程，分析了蜂窝板的穿孔特性和结构内部各组件的损伤特征；数值模拟了撞击过程，分析了活性弹丸的超高速侵爆效应，获得了碎片云的膨胀运动规律，揭示了活性弹丸冲击-爆轰耦合效应对靶板的损伤机理。结果表明：活性弹丸在蜂窝板上形成较小的入射孔和较大的出射孔，...
2024, 44(7): 074101.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0048
摘要:
为解决装药安全可靠性能实验成本高、强过载环境测试难度大等瓶颈问题，以等效模拟弹体侵彻钢板时内部装药过载环境力为目标，基于数值模拟方法，设计了装药过载环境力等效模拟实验装置，并开展了等效模拟实验，突破了同时满足加载压力大于1 GPa和脉冲宽度大于100 μs的技术难点。结果表明，弹丸侵彻钢板时装药受到的过载为正弦波单脉冲。在装置中采用波形调整器不仅能够调控加载到待测药表面的波形，还能对压力的衰减产生大幅影响。随着波形调整器厚度的增大，加载在待测药表面的压力逐渐减小，脉冲宽度显著增大；随着飞片厚度增...
为解决装药安全可靠性能实验成本高、强过载环境测试难度大等瓶颈问题，以等效模拟弹体侵彻钢板时内部装药过载环境力为目标，基于数值模拟方法，设计了装药过载环境力等效模拟实验装置，并开展了等效模拟实验，突破了同时满足加载压力大于1 GPa和脉冲宽度大于100 μs的技术难点。结果表明，弹丸侵彻钢板时装药受到的过载为正弦波单脉冲。在装置中采用波形调整器不仅能够调控加载到待测药表面的波形，还能对压力的衰减产生大幅影响。随着波形调整器厚度的增大，加载在待测药表面的压力逐渐减小，脉冲宽度显著增大；随着飞片厚度增...
2024, 44(7): 074201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0447
摘要:
为预测战斗部的爆炸威力，对柱形装药运动爆炸的入射和反射冲击波峰值超压和最大冲量开展数值仿真研究。首先，基于AUTODYN有限元分析程序提出了“三阶段”装药运动爆炸有限元分析方法，通过与已有静止和运动爆炸试验结果对比，验证了方法的可靠性。然后，考虑装药运动速度、长径比、比例距离、方位角和刚性反射等影响因素，开展了运动爆炸工况下200组柱形装药的数值模拟。结果表明：相较于静爆，动爆冲击波场整体前移，波阵面强度在装药运动方向增强而在反方向减弱，该影响与装药运动速度正相关。最后，针对柱形装药空中自由场运...
为预测战斗部的爆炸威力，对柱形装药运动爆炸的入射和反射冲击波峰值超压和最大冲量开展数值仿真研究。首先，基于AUTODYN有限元分析程序提出了“三阶段”装药运动爆炸有限元分析方法，通过与已有静止和运动爆炸试验结果对比，验证了方法的可靠性。然后，考虑装药运动速度、长径比、比例距离、方位角和刚性反射等影响因素，开展了运动爆炸工况下200组柱形装药的数值模拟。结果表明：相较于静爆，动爆冲击波场整体前移，波阵面强度在装药运动方向增强而在反方向减弱，该影响与装药运动速度正相关。最后，针对柱形装药空中自由场运...
2024, 44(7): 074202.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0394
摘要:
为了研究深部大理岩的动态力学特性，首先基于离散元PFC (particle flow code)和有限差分FLAC (fast Lagrangian analysis of continua)耦合法，对大理岩的细观参数进行标定。接着，对三维分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）冲击模拟中的动态应力平衡条件及均匀性假设进行数值验证。最后，对真三轴应力环境下大理岩的应力-应变响应、破碎特征及能量演化机理等问题进行深入分析。结果表明：基于PFC-FL...
为了研究深部大理岩的动态力学特性，首先基于离散元PFC (particle flow code)和有限差分FLAC (fast Lagrangian analysis of continua)耦合法，对大理岩的细观参数进行标定。接着，对三维分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）冲击模拟中的动态应力平衡条件及均匀性假设进行数值验证。最后，对真三轴应力环境下大理岩的应力-应变响应、破碎特征及能量演化机理等问题进行深入分析。结果表明：基于PFC-FL...
2024, 44(7): 075101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0321
摘要:
为优化机载抗爆容器的结构设计并拓展其工程应用，研究了带剪切销抗爆容器的定向泄压特性。利用LS-DYNA软件建立了内爆载荷下带剪切销抗爆容器的数值模型，开展了容器内爆试验，获得了剪切销临界直径，并验证了模型可靠性，阐明了抗爆容器内冲击波的传播与载荷分布规律，分析并讨论了泄压过程中泄压盖的运动规律，建立了不同泄压盖质量下药量与剪切销直径之间的函数关系，探究了剪切销的临界断裂问题。结果表明：100 g TNT内爆试验得到剪切销临界直径为22 mm， TNT爆炸后冲击波在容器内往复式传播，约3.8 ms...
为优化机载抗爆容器的结构设计并拓展其工程应用，研究了带剪切销抗爆容器的定向泄压特性。利用LS-DYNA软件建立了内爆载荷下带剪切销抗爆容器的数值模型，开展了容器内爆试验，获得了剪切销临界直径，并验证了模型可靠性，阐明了抗爆容器内冲击波的传播与载荷分布规律，分析并讨论了泄压过程中泄压盖的运动规律，建立了不同泄压盖质量下药量与剪切销直径之间的函数关系，探究了剪切销的临界断裂问题。结果表明：100 g TNT内爆试验得到剪切销临界直径为22 mm， TNT爆炸后冲击波在容器内往复式传播，约3.8 ms...
2024, 44(7): 075102.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0400
摘要:
为研究地下综合管廊结构的抗外部爆炸性能，针对整体现浇管廊和预制节段拼装管廊结构在地面爆炸作用下的动力响应特性和破坏模式开展了野外爆炸实验研究。通过11个工况的野外爆炸实验，观测了现浇管廊和预制节段拼装管廊在不同比例距离爆炸工况下的破坏特征和动力响应，对比分析了现浇管廊和预制节段拼装管廊的抗爆性能。结果表明：在地面爆炸作用下，现浇管廊和预制节段拼装管廊的顶板最终均出现弯剪破坏，整体现浇管廊的抗爆性能总体上优于预制节段拼装管廊。起爆位置对预制节段拼装管廊爆炸响应的影响较大，在节段中心上方起爆时结构损...
为研究地下综合管廊结构的抗外部爆炸性能，针对整体现浇管廊和预制节段拼装管廊结构在地面爆炸作用下的动力响应特性和破坏模式开展了野外爆炸实验研究。通过11个工况的野外爆炸实验，观测了现浇管廊和预制节段拼装管廊在不同比例距离爆炸工况下的破坏特征和动力响应，对比分析了现浇管廊和预制节段拼装管廊的抗爆性能。结果表明：在地面爆炸作用下，现浇管廊和预制节段拼装管廊的顶板最终均出现弯剪破坏，整体现浇管廊的抗爆性能总体上优于预制节段拼装管廊。起爆位置对预制节段拼装管廊爆炸响应的影响较大，在节段中心上方起爆时结构损...
2024, 44(7): 075401.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0399
摘要:
以工业固废煤矸石（coal gangue，CG）为原料，通过焙烧、酸碱激发和物理研磨等方法对其进行改性，得到一种表面粗糙、比表面积较大的微孔改性煤矸石（modified coal gangue，MCG）材料。以MCG作为基体，采用机械化学技术（mechanochemical technology，MCT）将一种新型阻燃剂海藻酸钠（sodium alginate，SA）与MCG进行复配，制备出一种高效、环保、经济的改性煤矸石-海藻酸钠（MCG-SA）粉体抑爆剂。运用热重分析仪、扫描电子显微镜、X射...
以工业固废煤矸石（coal gangue，CG）为原料，通过焙烧、酸碱激发和物理研磨等方法对其进行改性，得到一种表面粗糙、比表面积较大的微孔改性煤矸石（modified coal gangue，MCG）材料。以MCG作为基体，采用机械化学技术（mechanochemical technology，MCT）将一种新型阻燃剂海藻酸钠（sodium alginate，SA）与MCG进行复配，制备出一种高效、环保、经济的改性煤矸石-海藻酸钠（MCG-SA）粉体抑爆剂。运用热重分析仪、扫描电子显微镜、X射...
2024, 44(7): 075402.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0024
摘要:
为探究气粉两相混合体系泄爆特性变化规律，以甲烷-硝酸铵为实验介质，利用自行搭建的不锈钢火焰加速管道开展了泄爆口不同静态动作压力（pst）的燃爆实验，着重研究了pst对气粉两相燃爆压力、火焰传播速度和泄爆火焰形态的影响规律。pst由泄爆口阻塞比（θ）和泄爆膜层数（n）决定，θ和n增大的共同作用使pst升高。pst升高将增强管道对气粉和反应产物冲出管外的约束，增大管内流体的黏滞效应，促进管内气粉两相反应，降低未燃气在管外二次爆炸的强度。对爆燃压力进行分析，发现pst从2.97 kPa升高至14.64...
为探究气粉两相混合体系泄爆特性变化规律，以甲烷-硝酸铵为实验介质，利用自行搭建的不锈钢火焰加速管道开展了泄爆口不同静态动作压力（pst）的燃爆实验，着重研究了pst对气粉两相燃爆压力、火焰传播速度和泄爆火焰形态的影响规律。pst由泄爆口阻塞比（θ）和泄爆膜层数（n）决定，θ和n增大的共同作用使pst升高。pst升高将增强管道对气粉和反应产物冲出管外的约束，增大管内流体的黏滞效应，促进管内气粉两相反应，降低未燃气在管外二次爆炸的强度。对爆燃压力进行分析，发现pst从2.97 kPa升高至14.64...
