2024年 44卷 第8期
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2024, 44(8): 081411.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0086
摘要:
多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构，具有轻质、高比吸能等特性，广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控，满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述，着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先，介绍了梯度多胞材料的分类，较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究，阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯...
多胞材料是一种内部含有大量空穴和胞元的结构，具有轻质、高比吸能等特性，广泛应用于航空航天、交通运输和人体防护等碰撞/爆炸防护领域。引入梯度设计可实现多胞材料的有序耗能和载荷调控，满足不同情形和工况下的防护需求。对梯度多胞材料动态力学行为和设计的研究进展进行了综述，着重介绍了梯度多胞材料/结构在抗冲击、抗爆炸和模拟爆炸载荷加载3个方面的应用案例。首先，介绍了梯度多胞材料的分类，较系统地总结了梯度多胞材料在动态加载下的变形特征、冲击波模型、防护性能等方面的研究，阐明了梯度多胞材料的密度/强度梯度与惯...
2024, 44(8): 081421.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0437
摘要:
梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程，推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法，解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解，随后利用极点留数法，得到时间域内温度场的第一类解析解。在第一类解析解的基础上，由简化欧拉方程解得第二类解析解。结合拉普拉斯数值逆变换方法，验证了解析解的准确性。以高温阻热梯度材料Mo-ZrC的应用为例，讨论了一般温度边界条件以及温度脉冲载荷作用下幂律梯度材料的热弛豫响应行为。分析...
梯度材料热弛豫响应行为的理论研究对于热分析具有重要意义。结合Cattaneo-Vernotte线性双曲型热传导方程，推导得到幂律梯度材料的一维双曲型非傅里叶热传导方程。通过积分变换法，解得频域内温度场的贝塞尔级数形式解，随后利用极点留数法，得到时间域内温度场的第一类解析解。在第一类解析解的基础上，由简化欧拉方程解得第二类解析解。结合拉普拉斯数值逆变换方法，验证了解析解的准确性。以高温阻热梯度材料Mo-ZrC的应用为例，讨论了一般温度边界条件以及温度脉冲载荷作用下幂律梯度材料的热弛豫响应行为。分析...
2024, 44(8): 081422.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0469
摘要:
动载荷下剪切失稳控制的扩散行为是岩石局部大变形发展和宏观力学性能劣化的诱因。基于广义变分原理建立剪切载荷作用下界面动态失稳的力学模型，得到了关于界面失稳的判别式和扩散方程。基于判别方程得到了剪切力和动力效应对失稳界面角度的影响，结果表明：随着外部剪切作用力的增大，剪切变形带角度有一定程度的增大；随着局部动力系数的增大，即局部惯性作用力的增大，剪切带角度明显减小。结合本征位移求解扩散方程，初步得到其位移解析表达式，位移随加载时间的增加逐渐增大。为了验证理论模型的可靠性，并进一步研究界面失稳的变形行...
动载荷下剪切失稳控制的扩散行为是岩石局部大变形发展和宏观力学性能劣化的诱因。基于广义变分原理建立剪切载荷作用下界面动态失稳的力学模型，得到了关于界面失稳的判别式和扩散方程。基于判别方程得到了剪切力和动力效应对失稳界面角度的影响，结果表明：随着外部剪切作用力的增大，剪切变形带角度有一定程度的增大；随着局部动力系数的增大，即局部惯性作用力的增大，剪切带角度明显减小。结合本征位移求解扩散方程，初步得到其位移解析表达式，位移随加载时间的增加逐渐增大。为了验证理论模型的可靠性，并进一步研究界面失稳的变形行...
2024, 44(8): 081423.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0454
摘要:
为加深理解波源距离和非完全粘结对地震波散射的影响规律，结合位移不连续模型、波函数展开法、Graf公式和镜像方法推导了反平面线源荷载下浅埋圆形非完全粘结隧道动力响应的级数解，并通过衬砌内外边界条件残余量与级数解截断项数的关系校验了该解的精度。通过对该级数解进行参数分析，系统地探讨了衬砌与围岩的接触刚度、衬砌模量、衬砌厚度、隧道埋深和波源距离等因素对衬砌内表面位移和周向剪应力的影响。结果表明：衬砌与围岩的接触刚度对隧道的动力响应具有显著的影响，尤其在某些较小接触刚度情况下隧道动力响应幅值可能非常大；...
为加深理解波源距离和非完全粘结对地震波散射的影响规律，结合位移不连续模型、波函数展开法、Graf公式和镜像方法推导了反平面线源荷载下浅埋圆形非完全粘结隧道动力响应的级数解，并通过衬砌内外边界条件残余量与级数解截断项数的关系校验了该解的精度。通过对该级数解进行参数分析，系统地探讨了衬砌与围岩的接触刚度、衬砌模量、衬砌厚度、隧道埋深和波源距离等因素对衬砌内表面位移和周向剪应力的影响。结果表明：衬砌与围岩的接触刚度对隧道的动力响应具有显著的影响，尤其在某些较小接触刚度情况下隧道动力响应幅值可能非常大；...
2024, 44(8): 081431.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0004
摘要:
通过弹塑性波分析求得HLLC（Harten-Lax-van Leer-contact）近似黎曼解，提出了SPH（smoothed particle hydrodynamics）与一维理想弹塑性体模型下近似的HLLC黎曼求解器耦合的一种构造简单的算法。在SPH计算中，支持域内每个粒子对都存在一个黎曼间断问题，它的黎曼解被代入控制方程中计算。其中一维理想弹塑性体的HLLC近似黎曼解的思想是：先假设整体处于弹性状态计算黎曼解，然后对计算结果进行塑性条件修正，最后用修正后的物理变量计算HLLC近似黎曼解...
通过弹塑性波分析求得HLLC（Harten-Lax-van Leer-contact）近似黎曼解，提出了SPH（smoothed particle hydrodynamics）与一维理想弹塑性体模型下近似的HLLC黎曼求解器耦合的一种构造简单的算法。在SPH计算中，支持域内每个粒子对都存在一个黎曼间断问题，它的黎曼解被代入控制方程中计算。其中一维理想弹塑性体的HLLC近似黎曼解的思想是：先假设整体处于弹性状态计算黎曼解，然后对计算结果进行塑性条件修正，最后用修正后的物理变量计算HLLC近似黎曼解...
2024, 44(8): 081432.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0026
摘要:
为探究跨介质枪弹的致伤威力，选用明胶为人体模拟靶标，借助LS-DYNA软件对设计的7.62 mm多环境枪弹侵彻模拟靶标过程进行了数值模拟，分析了弹头的运动规律和靶标空腔的变化特性，通过三自由度刚体运动模型，获得了弹头运动的理论曲线。采用多参数同步测量技术，开展了枪弹侵彻靶标实验。结果表明，数值模拟与实验现象一致，较好地再现了多环境枪弹侵彻靶标的过程和致伤效果。理论模型与实验结果误差较小，能准确预测枪弹在靶标中的运动规律。空化槽结构提高了枪弹跨介质运动的稳定性，相较传统的56式7.62 mm普通弹...
为探究跨介质枪弹的致伤威力，选用明胶为人体模拟靶标，借助LS-DYNA软件对设计的7.62 mm多环境枪弹侵彻模拟靶标过程进行了数值模拟，分析了弹头的运动规律和靶标空腔的变化特性，通过三自由度刚体运动模型，获得了弹头运动的理论曲线。采用多参数同步测量技术，开展了枪弹侵彻靶标实验。结果表明，数值模拟与实验现象一致，较好地再现了多环境枪弹侵彻靶标的过程和致伤效果。理论模型与实验结果误差较小，能准确预测枪弹在靶标中的运动规律。空化槽结构提高了枪弹跨介质运动的稳定性，相较传统的56式7.62 mm普通弹...
2024, 44(8): 081433.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0470
摘要:
长脉宽爆炸波与结构作用的波传播及其载荷分布规律是大型爆炸防护设计与安全评估的重要基础。为了掌握长脉宽爆炸波与圆柱壳的相互作用机制及其作用下圆柱壳表面的载荷分布规律，开展了100 ms级冲击波圆柱绕流的激波管试验，并采用大涡模拟方法和高阶WENO-TCD（weighted essentially non-oscillatory-tuned centered difference）混合格式进一步对150 ms长脉宽冲击波与圆柱作用过程的波系演化与压力分布进行了数值分析。结果表明：数值仿真与压力实测结...
长脉宽爆炸波与结构作用的波传播及其载荷分布规律是大型爆炸防护设计与安全评估的重要基础。为了掌握长脉宽爆炸波与圆柱壳的相互作用机制及其作用下圆柱壳表面的载荷分布规律，开展了100 ms级冲击波圆柱绕流的激波管试验，并采用大涡模拟方法和高阶WENO-TCD（weighted essentially non-oscillatory-tuned centered difference）混合格式进一步对150 ms长脉宽冲击波与圆柱作用过程的波系演化与压力分布进行了数值分析。结果表明：数值仿真与压力实测结...
2024, 44(8): 081441.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0389
摘要:
准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB（split Hopkinson pressure bar）精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统，分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化，定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明：首先，弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位，纯弹性波的透反射与传播反而影响较小；其次，当入射波加载区间有一定的宽度时，杆2中弹性波在两...
准确地剖析反射波与透射波的形成过程与影响机理是SHPB（split Hopkinson pressure bar）精细化试验设计与精准数据处理的核心前提之一。针对夹心杆系统，分析矩形、梯形与半正弦三种典型入射波加载阶段系统中一维弹塑性波的传播与演化，定量研究试件中弹塑性波的传播、两个界面上弹塑性的透反射及其系列透反射波的相互作用影响。结果表明：首先，弹塑性波特别是应力波在弹塑性交界面上的透反射中占主要地位，纯弹性波的透反射与传播反而影响较小；其次，当入射波加载区间有一定的宽度时，杆2中弹性波在两...
2024, 44(8): 081442.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0392
摘要:
相对于入射波加载阶段透反射分析过程，入射波平台段持续时间长且弹塑性传播与演化行为复杂得多，此阶段试件内弹塑性波相互作用的影响非常明显。开展了矩形入射波作用下试件内弹塑性波的相互作用及其在两个界面上的弹塑性透反射行为计算，定量研究了夹心杆系统中反射波的衰减特征。结果表明：强入射波作用下，由于弹塑性波相互作用，试件内形成了曲线型弹塑性交界面，使透射端达到屈服状态的时间明显提前，该弹塑性交界面以大于弹性声速的速度向反射端变速传播；在塑性阶段，反射波的衰减是试件截面积增大引起的广义波阻抗增大和压缩引起的...
相对于入射波加载阶段透反射分析过程，入射波平台段持续时间长且弹塑性传播与演化行为复杂得多，此阶段试件内弹塑性波相互作用的影响非常明显。开展了矩形入射波作用下试件内弹塑性波的相互作用及其在两个界面上的弹塑性透反射行为计算，定量研究了夹心杆系统中反射波的衰减特征。结果表明：强入射波作用下，由于弹塑性波相互作用，试件内形成了曲线型弹塑性交界面，使透射端达到屈服状态的时间明显提前，该弹塑性交界面以大于弹性声速的速度向反射端变速传播；在塑性阶段，反射波的衰减是试件截面积增大引起的广义波阻抗增大和压缩引起的...
2024, 44(8): 081443.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0449
摘要:
为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理，开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验，研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律；基于Lemaitre应变等效原理，提出了能够综合考虑循环冲击和冻融影响的累积损伤因子的计算方法，分析了冻融和循环冲击作用后红砂岩的微观结构特征。结果表明：循环冲击荷载下不同冻融次数处理后的红砂岩试样均呈拉伸破坏模式；红砂岩试样可承受的循环冲击次数与冻融次数呈负相关，冻融75次后试样在首次冲击后即达到破...
为探索循环动力扰动作用下冻融岩体的强度和变形特性及损伤机理，开展了两种冲击气压下冻融红砂岩的循环冲击试验，研究了循环冲击次数和冻融次数对应力波传播、动态应力-应变曲线、峰值应力和峰值应变的影响规律；基于Lemaitre应变等效原理，提出了能够综合考虑循环冲击和冻融影响的累积损伤因子的计算方法，分析了冻融和循环冲击作用后红砂岩的微观结构特征。结果表明：循环冲击荷载下不同冻融次数处理后的红砂岩试样均呈拉伸破坏模式；红砂岩试样可承受的循环冲击次数与冻融次数呈负相关，冻融75次后试样在首次冲击后即达到破...
2024, 44(8): 081444.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0003
摘要:
为研究自由面对水下爆炸冲击波、气泡行为和由气泡与自由面强耦合作用形成水幕的影响，设计了小当量PETN球形装药近水面水下爆炸实验系统，开展了5种典型工况水下爆炸实验，采用高速相机和压力传感器分别获取了气泡和水幕形态演变过程、水中测点压力时间历程。根据冲击波、气泡时序特征分别分析了其自由面效应，冲击波主要变现为截断效应，气泡与自由面相互作用表现为复杂的气泡形态演化和水幕生成及演化，通过高速图像结合压力时间历程分析，进一步从气泡水平半径、中心偏移位移和水幕最大高度定量分析气泡自由面效应。结果表明：随着...
为研究自由面对水下爆炸冲击波、气泡行为和由气泡与自由面强耦合作用形成水幕的影响，设计了小当量PETN球形装药近水面水下爆炸实验系统，开展了5种典型工况水下爆炸实验，采用高速相机和压力传感器分别获取了气泡和水幕形态演变过程、水中测点压力时间历程。根据冲击波、气泡时序特征分别分析了其自由面效应，冲击波主要变现为截断效应，气泡与自由面相互作用表现为复杂的气泡形态演化和水幕生成及演化，通过高速图像结合压力时间历程分析，进一步从气泡水平半径、中心偏移位移和水幕最大高度定量分析气泡自由面效应。结果表明：随着...
2024, 44(8): 081445.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0442
摘要:
根据材料受冲击载荷时的压力-冲量函数，推导得到了适用于水下爆炸冲击载荷的压力时程公式。通过水下爆炸实验方法测量不同药量、不同距离的压力时程曲线，使用MATLAB软件对实验数据进行拟合，由此计算冲击波冲量和能量参数，并与通用的Cole与Орленко理论计算结果进行对比，验证拟合曲线的准确性。相较于Cole和Орленко理论，新方法得到的压力衰减曲线更接近实验值。计算水下爆炸冲击波的比冲量和比冲击波能时，新模型具有较高的计算精度，其中：比冲量与实验值的误差不超过4%，与Орленко理论相比，精...
根据材料受冲击载荷时的压力-冲量函数，推导得到了适用于水下爆炸冲击载荷的压力时程公式。通过水下爆炸实验方法测量不同药量、不同距离的压力时程曲线，使用MATLAB软件对实验数据进行拟合，由此计算冲击波冲量和能量参数，并与通用的Cole与Орленко理论计算结果进行对比，验证拟合曲线的准确性。相较于Cole和Орленко理论，新方法得到的压力衰减曲线更接近实验值。计算水下爆炸冲击波的比冲量和比冲击波能时，新模型具有较高的计算精度，其中：比冲量与实验值的误差不超过4%，与Орленко理论相比，精...
