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2025, 45(8): 081001.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0277
摘要:
采用自主搭建的5 L可燃气体爆炸特性实验平台，测量了初始温度为200~270 ℃、初始压力为0.4～0.6 MPa的条件下，不同甲烷掺混比及水蒸气浓度的CH4/C2H6、C2H6/H2O在纯氧中的爆炸上限，揭示了初始压力、初始温度、甲烷掺混比和水蒸气浓度对乙烷爆炸上限的影响。结果表明，初始温度为200 ℃、初始压力为0.4～0.6 MPa时，甲烷掺混比（0～0.5）对CH4/C2H6混合气爆炸上限的影响很小；随着初始压力的提高，CH4/C2H6混合气的爆炸上限均提高，且提高幅度逐渐降低；随着水蒸...
采用自主搭建的5 L可燃气体爆炸特性实验平台，测量了初始温度为200~270 ℃、初始压力为0.4～0.6 MPa的条件下，不同甲烷掺混比及水蒸气浓度的CH4/C2H6、C2H6/H2O在纯氧中的爆炸上限，揭示了初始压力、初始温度、甲烷掺混比和水蒸气浓度对乙烷爆炸上限的影响。结果表明，初始温度为200 ℃、初始压力为0.4～0.6 MPa时，甲烷掺混比（0～0.5）对CH4/C2H6混合气爆炸上限的影响很小；随着初始压力的提高，CH4/C2H6混合气的爆炸上限均提高，且提高幅度逐渐降低；随着水蒸...
2025, 45(8): 081101.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0225
摘要:
增材制造凭借其高设计自由度和快速成形的特点，在制造复杂几何结构的航空航天和国防领域关键部件上具有巨大的优势。Ti-6Al-4V钛合金具有低密度、高比强度及抗蠕变性的特性，在经常承受冲击载荷的航天器、武器装备等关键部位上得到了广泛应用，深入了解增材制造Ti-6Al-4V钛合金在动静载荷作用下的力学性能及影响机制是提高构件使役性能的重要基础。为此，对增材制造Ti-6Al-4V钛合金的力学响应最新研究进展进行了系统的梳理和归纳。首先，简要概括了典型金属增材制造技术分类和工作原理。其次，梳理了增材制造T...
增材制造凭借其高设计自由度和快速成形的特点，在制造复杂几何结构的航空航天和国防领域关键部件上具有巨大的优势。Ti-6Al-4V钛合金具有低密度、高比强度及抗蠕变性的特性，在经常承受冲击载荷的航天器、武器装备等关键部位上得到了广泛应用，深入了解增材制造Ti-6Al-4V钛合金在动静载荷作用下的力学性能及影响机制是提高构件使役性能的重要基础。为此，对增材制造Ti-6Al-4V钛合金的力学响应最新研究进展进行了系统的梳理和归纳。首先，简要概括了典型金属增材制造技术分类和工作原理。其次，梳理了增材制造T...
2025, 45(8): 082101.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0102
摘要:
为降低瓦斯爆炸对煤矿作业人员和煤炭安全开采的巨大威胁，对巷道中不同体积的瓦斯/空气混合气体爆炸超压和冲击气流速度随传播距离衰减的规律进行了深入研究。首先，根据量纲分析法和能量相似律，综合考虑巷道中瓦斯爆炸超压、冲击气流速度随传播距离衰减的影响因素，建立了超压和冲击气流速度随传播距离衰减的无量纲公式。其次，对大尺寸巷道中的试验数据进行回归分析，得到了超压、冲击气流速度的衰减模型及两者之间的关系式。最后，对所建立的衰减模型和关系式进行验证。结果表明：混合气体能量、气体积聚体积、测点距离、水力直径和巷...
为降低瓦斯爆炸对煤矿作业人员和煤炭安全开采的巨大威胁，对巷道中不同体积的瓦斯/空气混合气体爆炸超压和冲击气流速度随传播距离衰减的规律进行了深入研究。首先，根据量纲分析法和能量相似律，综合考虑巷道中瓦斯爆炸超压、冲击气流速度随传播距离衰减的影响因素，建立了超压和冲击气流速度随传播距离衰减的无量纲公式。其次，对大尺寸巷道中的试验数据进行回归分析，得到了超压、冲击气流速度的衰减模型及两者之间的关系式。最后，对所建立的衰减模型和关系式进行验证。结果表明：混合气体能量、气体积聚体积、测点距离、水力直径和巷...
2025, 45(8): 083101.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0207
摘要:
为探究非纯净冰和非完整冰在冲击载荷下的动态力学特性，基于改进后的分离式霍普金森压杆实验系统，采用快速加载、杆端降温和波形整形技术，对冻结温度为−10 ℃的完整冰（纯水，含2.5%、3.5%、4.5%盐分，含2.0%、4.5%、8.5%椰丝）和拼接冰（拼接界面倾角30°、60°）进行冲击力学特性研究；利用高速摄像技术记录破坏过程，并结合Mohr-Coulomb强度准则分析拼接冰的破坏模式。结果表明：纯水冰具有最高的抗压强度，添加椰丝的冰样次之，且两者表现出相似的正应变率效应，添加盐分的冰的抗压强度...
为探究非纯净冰和非完整冰在冲击载荷下的动态力学特性，基于改进后的分离式霍普金森压杆实验系统，采用快速加载、杆端降温和波形整形技术，对冻结温度为−10 ℃的完整冰（纯水，含2.5%、3.5%、4.5%盐分，含2.0%、4.5%、8.5%椰丝）和拼接冰（拼接界面倾角30°、60°）进行冲击力学特性研究；利用高速摄像技术记录破坏过程，并结合Mohr-Coulomb强度准则分析拼接冰的破坏模式。结果表明：纯水冰具有最高的抗压强度，添加椰丝的冰样次之，且两者表现出相似的正应变率效应，添加盐分的冰的抗压强度...
2025, 45(8): 083102.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0119
摘要:
鉴于H型钢柱在工业厂房、停车场等场合应用时易遭受吊装载荷和车辆撞击，在前期试验研究的基础上，通过有限元对H型钢柱撞击中及撞击后的力学性能开展全过程分析。首先，通过机理分析，获得了不同轴压比影响下试件的变形特征、应力和耗能发展。结果表明：侧向撞击下，H型钢柱以整体变形为主，上翼缘和腹板分别发生局部凹陷和平面外屈曲；撞击力时程曲线呈现明显的平台段，预加轴力明显削弱试件的抗撞能力。其次，建立了108个参数分析模型，重点探究了荷载参数（撞击质量m、撞击速度vh,m和轴压比n）、材料参数（屈服强度fys）...
鉴于H型钢柱在工业厂房、停车场等场合应用时易遭受吊装载荷和车辆撞击，在前期试验研究的基础上，通过有限元对H型钢柱撞击中及撞击后的力学性能开展全过程分析。首先，通过机理分析，获得了不同轴压比影响下试件的变形特征、应力和耗能发展。结果表明：侧向撞击下，H型钢柱以整体变形为主，上翼缘和腹板分别发生局部凹陷和平面外屈曲；撞击力时程曲线呈现明显的平台段，预加轴力明显削弱试件的抗撞能力。其次，建立了108个参数分析模型，重点探究了荷载参数（撞击质量m、撞击速度vh,m和轴压比n）、材料参数（屈服强度fys）...
2025, 45(8): 083103.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0002
摘要:
为了解核乏燃料储运容器等球墨铸铁结构在低温、冲击环境下的动态断裂特性，通过改进的分离式霍普金森压杆技术对球墨铸铁材料在不同温度（20、−40、−60和−80 ℃）下的Ⅰ型动态断裂韧性进行了测试，并着重研究了材料的韧脆转变行为。试样的起裂时间由应变法确定，采用实验-数值方法确定了裂尖动态应力强度因子和材料的Ⅰ型动态断裂韧性。结果表明，在相同冲击速度加载下，球墨铸铁的Ⅰ型动态断裂韧性随温度的降低而明显降低，起裂时间也随温度降低而缩短。通过对断口进行微观分析，发现在不同温度下材料存在失效机理的转变。随...
为了解核乏燃料储运容器等球墨铸铁结构在低温、冲击环境下的动态断裂特性，通过改进的分离式霍普金森压杆技术对球墨铸铁材料在不同温度（20、−40、−60和−80 ℃）下的Ⅰ型动态断裂韧性进行了测试，并着重研究了材料的韧脆转变行为。试样的起裂时间由应变法确定，采用实验-数值方法确定了裂尖动态应力强度因子和材料的Ⅰ型动态断裂韧性。结果表明，在相同冲击速度加载下，球墨铸铁的Ⅰ型动态断裂韧性随温度的降低而明显降低，起裂时间也随温度降低而缩短。通过对断口进行微观分析，发现在不同温度下材料存在失效机理的转变。随...
2025, 45(8): 083301.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0062
摘要:
为探究薄壁椭球壳在局部冲击载荷作用下的变形特征，开展了实验和数值模拟研究。利用轻气枪开展弹丸冲击实验，采用三维数字图像相关技术记录变形过程，得到了圆柱弹丸以不同速度冲击作用下椭球壳的全局变形形貌以及中心凹陷深度和凹陷边界。在弹丸冲击椭球壳的数值模拟中，重点研究了3种曲率半径变化对椭球壳凹陷深度、凹陷长短轴的影响，采用量纲分析方法得到了无量纲变形特征所依赖的主要无量纲自变量，通过参数敏感性分析消减影响较小的参数，在保持相同材料、弹体尺寸与壳体厚度同一缩比时，得到了无量纲变形特征与3种曲率半径和速度...
为探究薄壁椭球壳在局部冲击载荷作用下的变形特征，开展了实验和数值模拟研究。利用轻气枪开展弹丸冲击实验，采用三维数字图像相关技术记录变形过程，得到了圆柱弹丸以不同速度冲击作用下椭球壳的全局变形形貌以及中心凹陷深度和凹陷边界。在弹丸冲击椭球壳的数值模拟中，重点研究了3种曲率半径变化对椭球壳凹陷深度、凹陷长短轴的影响，采用量纲分析方法得到了无量纲变形特征所依赖的主要无量纲自变量，通过参数敏感性分析消减影响较小的参数，在保持相同材料、弹体尺寸与壳体厚度同一缩比时，得到了无量纲变形特征与3种曲率半径和速度...
2025, 45(8): 083302.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0261
摘要:
加工与装配的公差导致间隙在工程结构中广泛存在，强动载下可能产生威胁结构可靠性与安全性的间隙射流。为了深入了解间隙射流的形成过程和形成机制，基于二级轻气炮对带有间隙的金属钨样品开展了超高速冲击加载实验，通过高速分幅照相系统记录了间隙射流的形成及演化过程。采用ANSYS Autodyn软件建立了预测间隙射流形成的数值模型，并基于代表性实验获取的射流形态及头部速度历史验证了该数值模型的适用性。通过调整数值模型中的飞片速度、间隙宽度和间隙半角，分别研究了这三者对间隙射流形成的影响，分析了定常射流模型的局...
加工与装配的公差导致间隙在工程结构中广泛存在，强动载下可能产生威胁结构可靠性与安全性的间隙射流。为了深入了解间隙射流的形成过程和形成机制，基于二级轻气炮对带有间隙的金属钨样品开展了超高速冲击加载实验，通过高速分幅照相系统记录了间隙射流的形成及演化过程。采用ANSYS Autodyn软件建立了预测间隙射流形成的数值模型，并基于代表性实验获取的射流形态及头部速度历史验证了该数值模型的适用性。通过调整数值模型中的飞片速度、间隙宽度和间隙半角，分别研究了这三者对间隙射流形成的影响，分析了定常射流模型的局...
2025, 45(8): 083303.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0294
摘要:
针对精确预测不同长径比（L/D）的圆柱套筒在一段起爆下的破片初速分布问题，首先基于试验验证的数值模型研究了L/D对破片初速的影响；在此基础上，提出了适用于L/D≥1圆柱套筒的初速分布计算模型，该模型中添加了与L/D相关的受轴向稀疏波影响的修正项；最后，通过试验和数值模拟对所提出的初速计算模型进行了验证。研究结果表明：不同L/D下的破片初速分布均呈现两端初速低、中间高的变化趋势，且L/D越大，破片初速越高，当L/D达到5时，最大破片初速与Gurney公式计算结果之间的相对误差仅为0.15%；公式计...
针对精确预测不同长径比（L/D）的圆柱套筒在一段起爆下的破片初速分布问题，首先基于试验验证的数值模型研究了L/D对破片初速的影响；在此基础上，提出了适用于L/D≥1圆柱套筒的初速分布计算模型，该模型中添加了与L/D相关的受轴向稀疏波影响的修正项；最后，通过试验和数值模拟对所提出的初速计算模型进行了验证。研究结果表明：不同L/D下的破片初速分布均呈现两端初速低、中间高的变化趋势，且L/D越大，破片初速越高，当L/D达到5时，最大破片初速与Gurney公式计算结果之间的相对误差仅为0.15%；公式计...
2025, 45(8): 083304.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0128
摘要:
在简易自制爆炸装置的近场爆炸中，防护结构常受到爆炸冲击波和破片的复合作用。为了提高结构的防护性能，设计并制备了含“泡沫铝/纤维”夹芯复合结构材料，通过开展“爆炸+侵彻”实验，研究复合结构在爆炸冲击波和高速破片复合作用下的失效模式，重点讨论爆炸冲击波和破片两种载荷时序性对毁伤特性的影响，并分析不同材料的吸能机理。研究结果表明：爆距的变化直接影响爆炸冲击波和破片作用的时序性，在本文讨论的工况中，当爆距大于600 mm时，破片先于冲击波作用；在冲击波和破片的复合作用下，铝面板除了破片的贯穿破坏外，还伴...
在简易自制爆炸装置的近场爆炸中，防护结构常受到爆炸冲击波和破片的复合作用。为了提高结构的防护性能，设计并制备了含“泡沫铝/纤维”夹芯复合结构材料，通过开展“爆炸+侵彻”实验，研究复合结构在爆炸冲击波和高速破片复合作用下的失效模式，重点讨论爆炸冲击波和破片两种载荷时序性对毁伤特性的影响，并分析不同材料的吸能机理。研究结果表明：爆距的变化直接影响爆炸冲击波和破片作用的时序性，在本文讨论的工况中，当爆距大于600 mm时，破片先于冲击波作用；在冲击波和破片的复合作用下，铝面板除了破片的贯穿破坏外，还伴...
2025, 45(8): 083305.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0156
摘要:
磨料水射流射孔是一种有效的油气井射孔增产手段，然而，孔道形成机制及其参数调控规律仍是亟待解决的问题之一。鉴于此，设计并开展了磨料水射流射孔实验。结果表明，孔道形成过程是3种物理作用耦合的结果，即：入流垂直冲蚀孔尖岩石加深孔道，饭流以小角度冲蚀孔壁岩石达到扩径作用，沿程流体机械能耗散使得射孔后期孔道演化变缓。由于入流破岩能力远强于返流破岩能力，磨料水射流射孔孔道的孔深与孔径之比随喷射时间的延长而增大，喷射5~300 s，孔深与孔径之比由7增大到28。返流的破岩能力由孔尖到孔口递减，返流对孔壁岩石的...
磨料水射流射孔是一种有效的油气井射孔增产手段，然而，孔道形成机制及其参数调控规律仍是亟待解决的问题之一。鉴于此，设计并开展了磨料水射流射孔实验。结果表明，孔道形成过程是3种物理作用耦合的结果，即：入流垂直冲蚀孔尖岩石加深孔道，饭流以小角度冲蚀孔壁岩石达到扩径作用，沿程流体机械能耗散使得射孔后期孔道演化变缓。由于入流破岩能力远强于返流破岩能力，磨料水射流射孔孔道的孔深与孔径之比随喷射时间的延长而增大，喷射5~300 s，孔深与孔径之比由7增大到28。返流的破岩能力由孔尖到孔口递减，返流对孔壁岩石的...
2025, 45(8): 084201.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0191
摘要:
对于复杂结构的爆炸载荷估计，传统数值模拟方法计算耗时长，而基于神经网络的快速估计仅能进行点估计，无法给出结果的置信度。为此，结合贝叶斯理论和深度学习，构建了复杂结构爆炸载荷快速估计的贝叶斯深度学习方法。通过开源数值模拟软件，计算了爆炸当量、位置、速度等参数大范围变化下复杂结构的爆炸载荷数据，基于贝叶斯理论将深度学习模型参数视为随机变量，利用变分贝叶斯推断高效训练模型，在保证爆炸载荷快速估计精度的同时，赋予模型不确定性量化的能力。结果表明，该方法对训练数据以外的爆炸载荷快速估计的误差约为12.2%...
对于复杂结构的爆炸载荷估计，传统数值模拟方法计算耗时长，而基于神经网络的快速估计仅能进行点估计，无法给出结果的置信度。为此，结合贝叶斯理论和深度学习，构建了复杂结构爆炸载荷快速估计的贝叶斯深度学习方法。通过开源数值模拟软件，计算了爆炸当量、位置、速度等参数大范围变化下复杂结构的爆炸载荷数据，基于贝叶斯理论将深度学习模型参数视为随机变量，利用变分贝叶斯推断高效训练模型，在保证爆炸载荷快速估计精度的同时，赋予模型不确定性量化的能力。结果表明，该方法对训练数据以外的爆炸载荷快速估计的误差约为12.2%...
2025, 45(8): 084202.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0147
摘要:
为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程，分别采用FEM（finite element method）、SPG（smoothed particle Galerkin）、SPH（smoothed particle hydrodynamics）、FE-SPH（finite element-smoothed particle hydrodynamics）自适应数值模拟方法，对钨合金弹丸侵彻Q235A钢靶开展了数值模拟计算，对比了4种数值模拟方法在描述弹丸侵彻穿靶后，弹丸剩余速度、靶板穿孔孔径以及弹丸穿...
为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程，分别采用FEM（finite element method）、SPG（smoothed particle Galerkin）、SPH（smoothed particle hydrodynamics）、FE-SPH（finite element-smoothed particle hydrodynamics）自适应数值模拟方法，对钨合金弹丸侵彻Q235A钢靶开展了数值模拟计算，对比了4种数值模拟方法在描述弹丸侵彻穿靶后，弹丸剩余速度、靶板穿孔孔径以及弹丸穿...
2025, 45(8): 085201.
doi: 10.11883/bzycj-2024-0254
摘要:
为解决隧道拱脚周边孔爆破难成形以致超挖和掌子面底部欠挖问题，研究了马蹄形隧道拱脚周边孔爆破围岩的损伤特征。依托方山隧道，建立了拱脚周边孔的三维数值模型，模拟了拱脚处围岩的损伤情况，分析了爆破效果与自由面形状、装药量以及空孔偏转角的映射关系，并通过现场试验进行了验证。结果表明：自由面形状显著影响围岩的损伤范围和炸药的能量利用率，相较于平直自由面，凹形自由面的损伤范围小，岩石的夹制作用更大，炸药爆破难以有效破碎围岩，能量利用率仅为78%；爆破效果随着装药量的增加呈先增大后减小的趋势，当拱脚周边孔的线...
为解决隧道拱脚周边孔爆破难成形以致超挖和掌子面底部欠挖问题，研究了马蹄形隧道拱脚周边孔爆破围岩的损伤特征。依托方山隧道，建立了拱脚周边孔的三维数值模型，模拟了拱脚处围岩的损伤情况，分析了爆破效果与自由面形状、装药量以及空孔偏转角的映射关系，并通过现场试验进行了验证。结果表明：自由面形状显著影响围岩的损伤范围和炸药的能量利用率，相较于平直自由面，凹形自由面的损伤范围小，岩石的夹制作用更大，炸药爆破难以有效破碎围岩，能量利用率仅为78%；爆破效果随着装药量的增加呈先增大后减小的趋势，当拱脚周边孔的线...
