2006年 26卷 第3期
2006, 26(3): 193-198.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0193-06
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本文被引
摘要:
材料在高速变形过程中常常伴有不同形式的内部缺陷或微损伤的演化。大量的实验观察表明，损伤演化同时依赖于应变、应变率和温度，而且高应变率和低温之间有某种等价性。由此基于热激活机制，提出了同时依赖于应变率和应变的微损伤演化律，及相应的计及损伤弱化效应的率型本构关系。以聚丙烯/尼龙（PP/PA）共混高聚物为例，具体研究了其计及损伤演化的ZWT本构关系，并区分其率相关的本构响应及率相关的损伤演化响应。
材料在高速变形过程中常常伴有不同形式的内部缺陷或微损伤的演化。大量的实验观察表明，损伤演化同时依赖于应变、应变率和温度，而且高应变率和低温之间有某种等价性。由此基于热激活机制，提出了同时依赖于应变率和应变的微损伤演化律，及相应的计及损伤弱化效应的率型本构关系。以聚丙烯/尼龙（PP/PA）共混高聚物为例，具体研究了其计及损伤演化的ZWT本构关系，并区分其率相关的本构响应及率相关的损伤演化响应。
2006, 26(3): 199-207.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0199-09
摘要:
为了研究破片模拟弹的终点弹道效应,进行了不同质量A3钢钝头弹(弹径25 mm)撞击45钢板的试验研究，其中A3钢强度弱于45钢。在约200～800 m/s的撞击速度范围内，随着撞击速度的增加，分别观察到弹体出现泰勒撞击、向日葵型花瓣帽形失效及靶板冲塞穿甲三种破坏模式。伴随弹体和靶体经历的不同结构破坏模式，弹材和靶材也经历着相当复杂的材料失效。
为了研究破片模拟弹的终点弹道效应,进行了不同质量A3钢钝头弹(弹径25 mm)撞击45钢板的试验研究，其中A3钢强度弱于45钢。在约200～800 m/s的撞击速度范围内，随着撞击速度的增加，分别观察到弹体出现泰勒撞击、向日葵型花瓣帽形失效及靶板冲塞穿甲三种破坏模式。伴随弹体和靶体经历的不同结构破坏模式，弹材和靶材也经历着相当复杂的材料失效。
2006, 26(3): 208-213.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0208-06
摘要:
通过实验与数值模拟方法对CH4/空气预混火焰在有楔形障碍物的卧式燃烧方管内的传播进行了研究。采用多镜头Cranz Schardin高速摄像机和压力传感器等实验设备获得了高清晰度的障碍物诱导火焰失稳的分幅时序照片以及障碍物背风表面压力变化曲线。数值模拟则基于RANS方法与EDU-Arrhenius燃烧模型，计算结果与实验结果基本相符，反映了火焰在管内传播与变形的详细过程。通过综合分析实验与计算结果，得到了由楔形障碍物导致的火焰加速与变形的内在机理，揭示了火焰传播过程中由层流燃烧向湍流燃烧转捩的本质。
通过实验与数值模拟方法对CH4/空气预混火焰在有楔形障碍物的卧式燃烧方管内的传播进行了研究。采用多镜头Cranz Schardin高速摄像机和压力传感器等实验设备获得了高清晰度的障碍物诱导火焰失稳的分幅时序照片以及障碍物背风表面压力变化曲线。数值模拟则基于RANS方法与EDU-Arrhenius燃烧模型，计算结果与实验结果基本相符，反映了火焰在管内传播与变形的详细过程。通过综合分析实验与计算结果，得到了由楔形障碍物导致的火焰加速与变形的内在机理，揭示了火焰传播过程中由层流燃烧向湍流燃烧转捩的本质。
2006, 26(3): 214-221.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0214-08
摘要:
对垂直、剪切以及斜向等各种冲击载荷作用下裂纹的动态响应进行了数值模拟，得到了一系列随时间变化的动态应力场以及应变场图；根据其定义，计算出了相应的动态应力强度因子，进而分析了斜向载荷作用下裂纹起裂情况，并对最优断裂问题进行了阐述。
对垂直、剪切以及斜向等各种冲击载荷作用下裂纹的动态响应进行了数值模拟，得到了一系列随时间变化的动态应力场以及应变场图；根据其定义，计算出了相应的动态应力强度因子，进而分析了斜向载荷作用下裂纹起裂情况，并对最优断裂问题进行了阐述。
2006, 26(3): 222-227.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0222-06
摘要:
根据爆破地震信号具有持时短、突变快等特点，结合工程爆破地震监测资料，利用小波包良好的时频局部化性质对爆破地震信号的能量分布特征进行了分析，研究了爆破地震信号的能量在传播过程中的变化规律，得到了爆破地震信号不同频带上的能量分布。根据爆破地震信号不同频带的特征频率与受控建筑物自振频率之间的关系，确定爆破地震对建筑物的影响。并用工程实例说明了该方法比用单一强度因子作为爆破地震的安全判据更加有效。
根据爆破地震信号具有持时短、突变快等特点，结合工程爆破地震监测资料，利用小波包良好的时频局部化性质对爆破地震信号的能量分布特征进行了分析，研究了爆破地震信号的能量在传播过程中的变化规律，得到了爆破地震信号不同频带上的能量分布。根据爆破地震信号不同频带的特征频率与受控建筑物自振频率之间的关系，确定爆破地震对建筑物的影响。并用工程实例说明了该方法比用单一强度因子作为爆破地震的安全判据更加有效。
2006, 26(3): 228-233.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0228-06
摘要:
为了研究飞机蒙皮在12.7 mm标准机枪弹丸射击下的损伤，对3 mm厚LY-12 CZ材料的单蒙皮及其加筋板进行了模拟弹击试验。通过试验研究，建立了一个由高速气炮、弹体与弹托分离机构、连续位移激光测速装置和弹丸回收装置组成的系统并被有效地用于弹丸正撞击试验。通过对四边固支的3 mm厚蒙皮用12.7 mm直径弹丸进行速度约60~300 m/s的正撞击试验，结果表明，靶板从微小损伤到完全击穿；弹击造成的变形区有效直径随弹丸速度的增大呈幂指数趋势下降；弹击引起的变形深度随弹丸撞击速度的增加呈直线下降；靶板上的应变随弹丸速度的增加逐渐降低。弹丸剩余速度随弹丸撞击速度的增加呈直线上升。最后利用DYNA3D程序对单蒙皮及其加筋板进行了弹击数值模拟,模拟结果与弹击试验结果较吻合。
为了研究飞机蒙皮在12.7 mm标准机枪弹丸射击下的损伤，对3 mm厚LY-12 CZ材料的单蒙皮及其加筋板进行了模拟弹击试验。通过试验研究，建立了一个由高速气炮、弹体与弹托分离机构、连续位移激光测速装置和弹丸回收装置组成的系统并被有效地用于弹丸正撞击试验。通过对四边固支的3 mm厚蒙皮用12.7 mm直径弹丸进行速度约60~300 m/s的正撞击试验，结果表明，靶板从微小损伤到完全击穿；弹击造成的变形区有效直径随弹丸速度的增大呈幂指数趋势下降；弹击引起的变形深度随弹丸撞击速度的增加呈直线下降；靶板上的应变随弹丸速度的增加逐渐降低。弹丸剩余速度随弹丸撞击速度的增加呈直线上升。最后利用DYNA3D程序对单蒙皮及其加筋板进行了弹击数值模拟,模拟结果与弹击试验结果较吻合。
2006, 26(3): 234-239.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0234-06
摘要:
为探讨化爆条件下玻璃纤维对钢筋混凝土结构的加固效果，对粘贴玻璃纤维条带钢筋混凝土复合板以及普通钢筋混凝土板同时进行了抗爆性能试验，并将两者的结果进行了对比分析。结果表明，玻璃纤维能够有效阻止混凝土裂缝的发展，提高钢筋混凝土板的抗爆能力，研究结果可为玻璃纤维加固机理研究及复合结构的抗爆设计提供依据和参考。
为探讨化爆条件下玻璃纤维对钢筋混凝土结构的加固效果，对粘贴玻璃纤维条带钢筋混凝土复合板以及普通钢筋混凝土板同时进行了抗爆性能试验，并将两者的结果进行了对比分析。结果表明，玻璃纤维能够有效阻止混凝土裂缝的发展，提高钢筋混凝土板的抗爆能力，研究结果可为玻璃纤维加固机理研究及复合结构的抗爆设计提供依据和参考。
2006, 26(3): 240-244.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0240-05
摘要:
利用数值模拟方法研究了土中装药不同埋设深度爆炸能量分布问题，通过试验得到了耦合系数数据。给出了自由场条件下，封闭爆炸最小比例埋深为2.0 m/kg1/3，这与美军设计规范TM5-855-1中的数据0.56 m/kg1/3相差较大，分析了产生差异的可能原因。并指出本文中给出的冲量型耦合系数与TM5-855-1中的应力型耦合系数是有所区别的，应该注意其使用范围和对象。
利用数值模拟方法研究了土中装药不同埋设深度爆炸能量分布问题，通过试验得到了耦合系数数据。给出了自由场条件下，封闭爆炸最小比例埋深为2.0 m/kg1/3，这与美军设计规范TM5-855-1中的数据0.56 m/kg1/3相差较大，分析了产生差异的可能原因。并指出本文中给出的冲量型耦合系数与TM5-855-1中的应力型耦合系数是有所区别的，应该注意其使用范围和对象。
2006, 26(3): 245-249.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0245-05
摘要:
针对火炮后坐磁流变阻尼器的特点，以某单管25 mm火炮实验用磁流变阻尼器为研究对象，基于Herschel-Bulkley本构模型，建立了该炮磁流变后坐阻尼器的轴对称一维层流模型，获得了不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。运用火炮的后坐运动方程，计算了不同磁流体特性指数下，火炮的后坐位移和后坐速度。计算结果表明，磁流体特性指数的变化对磁流变后坐阻尼器的性能影响显著。
针对火炮后坐磁流变阻尼器的特点，以某单管25 mm火炮实验用磁流变阻尼器为研究对象，基于Herschel-Bulkley本构模型，建立了该炮磁流变后坐阻尼器的轴对称一维层流模型，获得了不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。运用火炮的后坐运动方程，计算了不同磁流体特性指数下，火炮的后坐位移和后坐速度。计算结果表明，磁流体特性指数的变化对磁流变后坐阻尼器的性能影响显著。
2006, 26(3): 250-255.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0250-06
摘要:
以爆炸动力学、岩石断裂力学理论为原理，对聚能药包用于岩石定向断裂爆破时导向裂缝的形成，裂纹的起裂、扩展和贯通进行了初步研究，同时对该方法的爆破参数进行了设计，并通过现场进行试验验证其正确性。结果表明由聚能射流形成的切缝有明显的定向作用，使爆生气体的能量沿预定方向集中，裂纹的定向断裂控制效果良好，表明该方法是一种比较理想的断裂控制爆破技术。最后指出了该方法目前需要进一步研究的方面。研究成果对相关理论研究和现场应用均有一定的指导意义。
以爆炸动力学、岩石断裂力学理论为原理，对聚能药包用于岩石定向断裂爆破时导向裂缝的形成，裂纹的起裂、扩展和贯通进行了初步研究，同时对该方法的爆破参数进行了设计，并通过现场进行试验验证其正确性。结果表明由聚能射流形成的切缝有明显的定向作用，使爆生气体的能量沿预定方向集中，裂纹的定向断裂控制效果良好，表明该方法是一种比较理想的断裂控制爆破技术。最后指出了该方法目前需要进一步研究的方面。研究成果对相关理论研究和现场应用均有一定的指导意义。
2006, 26(3): 256-261.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0256-06
摘要:
通过在跨中施加一落锤冲击荷载的方法，研究了3根无粘结部分预应力混凝土梁的抗冲击性能，给出了典型的实测波形曲线，测得了无粘结部分预应力混凝土试验梁在落锤冲击荷载作用下的动态位移延性和极限承载能力，分析了落锤重力势能对预应力混凝土梁动力性能的影响，并根据相似模拟理论，得出了与试验梁相似的12 m跨度的实际无粘结部分预应力混凝土梁的极限抗冲击承载能力。肯定了无粘结部分预应力混凝土试验梁具有很好的抗冲击性能，不会发生脆性破坏，完全可用于大跨度地下结构。
通过在跨中施加一落锤冲击荷载的方法，研究了3根无粘结部分预应力混凝土梁的抗冲击性能，给出了典型的实测波形曲线，测得了无粘结部分预应力混凝土试验梁在落锤冲击荷载作用下的动态位移延性和极限承载能力，分析了落锤重力势能对预应力混凝土梁动力性能的影响，并根据相似模拟理论，得出了与试验梁相似的12 m跨度的实际无粘结部分预应力混凝土梁的极限抗冲击承载能力。肯定了无粘结部分预应力混凝土试验梁具有很好的抗冲击性能，不会发生脆性破坏，完全可用于大跨度地下结构。
2006, 26(3): 262-268.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0262-07
摘要:
为研究舰艇结构在小口径火炮弹道冲击下的响应以及各种舰用装甲结构抵御小口径火炮弹道冲击的有效性，以典型的小口径火炮战斗部为模拟对象，根据弹道冲击的相似理论，分别设计了模拟实验的弹体和6种靶板结构，并进行了弹道冲击实验研究。模拟实验结果表明，普通舰艇结构不能抵御小口径火炮弹道侵彻，必须设置专门的防护装甲；采用陶瓷/钢/纤维增强复合材料组合装甲结构抵御小口径火炮时，装甲防护结构比均质钢装甲减轻约60%；陶瓷材料能改变背板的破坏形式和破坏程度，大大增加背板的吸能量，此外，陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力。
为研究舰艇结构在小口径火炮弹道冲击下的响应以及各种舰用装甲结构抵御小口径火炮弹道冲击的有效性，以典型的小口径火炮战斗部为模拟对象，根据弹道冲击的相似理论，分别设计了模拟实验的弹体和6种靶板结构，并进行了弹道冲击实验研究。模拟实验结果表明，普通舰艇结构不能抵御小口径火炮弹道侵彻，必须设置专门的防护装甲；采用陶瓷/钢/纤维增强复合材料组合装甲结构抵御小口径火炮时，装甲防护结构比均质钢装甲减轻约60%；陶瓷材料能改变背板的破坏形式和破坏程度，大大增加背板的吸能量，此外，陶瓷对弹体的侵蚀、钝化及碎裂能大大降低弹体的侵彻能力。
2006, 26(3): 269-272.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0269-04
摘要:
用组合式电磁粒子速度计研究了JOB-9003炸药在不同冲击压力下的起爆过程。粒子速度计所测波形较好地反映出了炸药中冲击波向爆轰波的转变过程。对冲击波跟踪器所测波形的分析表明，冲击压力为4.9 GPa时，JOB-9003炸药冲击转爆轰的距离和时间分别为xD=6.06 mm和tD=1.13 s，当冲击压力增加到 5.8 GPa时,转爆轰的距离和时间减小为xD=5.66 mm和tD=1.01 s。
用组合式电磁粒子速度计研究了JOB-9003炸药在不同冲击压力下的起爆过程。粒子速度计所测波形较好地反映出了炸药中冲击波向爆轰波的转变过程。对冲击波跟踪器所测波形的分析表明，冲击压力为4.9 GPa时，JOB-9003炸药冲击转爆轰的距离和时间分别为xD=6.06 mm和tD=1.13 s，当冲击压力增加到 5.8 GPa时,转爆轰的距离和时间减小为xD=5.66 mm和tD=1.01 s。
2006, 26(3): 273-278.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0273-06
摘要:
简要介绍了物质点法（material point method）的离散原理，通过引入Johnson-Cook材料模型和Mie-Gruneisen状态方程，将其用于超高速碰撞问题的分析中，并编制了相应三维物质点法程序MPM3D。该方法避免了拉格朗日格式因网格畸变产生的数值困难，也克服了欧拉格式材料界面跟踪问题以及因非线性对流扩散项而引起的数值困难。利用该程序对Taylor杆高速碰撞问题和空间碎片防护超高速碰撞问题进行了数值模拟，所得数值结果与实验结果基本吻合，验证了程序的正确性，说明了物质点法在分析超高速碰撞问题时相对于有限元法的优势。
简要介绍了物质点法（material point method）的离散原理，通过引入Johnson-Cook材料模型和Mie-Gruneisen状态方程，将其用于超高速碰撞问题的分析中，并编制了相应三维物质点法程序MPM3D。该方法避免了拉格朗日格式因网格畸变产生的数值困难，也克服了欧拉格式材料界面跟踪问题以及因非线性对流扩散项而引起的数值困难。利用该程序对Taylor杆高速碰撞问题和空间碎片防护超高速碰撞问题进行了数值模拟，所得数值结果与实验结果基本吻合，验证了程序的正确性，说明了物质点法在分析超高速碰撞问题时相对于有限元法的优势。
2006, 26(3): 279-283.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0279-05
摘要:
在爆破实验中,通过调整段数、分段炸药量、炸药总量、间隔时间、孔网参数、岩石波阻等爆破相关因素,以改变各分段爆破地震波持续时间、段别间爆破地震波重叠程度来研究爆破地震强度与爆破相关因素间的相互关系。阐明了爆破地震波传播规律及其破坏行为特征,以及各个爆破相关因素对爆破地震强度的影响程度。获得了确定段数等爆破参数的规则,从而为生产实践设计最佳爆破参数提供理论依据。
在爆破实验中,通过调整段数、分段炸药量、炸药总量、间隔时间、孔网参数、岩石波阻等爆破相关因素,以改变各分段爆破地震波持续时间、段别间爆破地震波重叠程度来研究爆破地震强度与爆破相关因素间的相互关系。阐明了爆破地震波传播规律及其破坏行为特征,以及各个爆破相关因素对爆破地震强度的影响程度。获得了确定段数等爆破参数的规则,从而为生产实践设计最佳爆破参数提供理论依据。
2006, 26(3): 284-288.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)03-0284-04
摘要:
使用石英光纤探针成功测量了Teflon样品中的冲击波速度和电炮加载的厚度为75 m的Mylar膜飞片的平均速度和到达时间一致性。实验证明，石英光纤探针技术为非金属材料的冲击实验提供了一种直接的、不受电磁干扰的、精确的测量手段。
使用石英光纤探针成功测量了Teflon样品中的冲击波速度和电炮加载的厚度为75 m的Mylar膜飞片的平均速度和到达时间一致性。实验证明，石英光纤探针技术为非金属材料的冲击实验提供了一种直接的、不受电磁干扰的、精确的测量手段。
