2007年 27卷 第3期
2007, 27(3): 193-197.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0193-05
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本文被引
摘要:
采用轻气炮加载技术和激光速度干涉(VISAR)测速技术相结合，对不同拉伸应变率条件下20钢的层裂特性进行了实验研究。通过改变飞片和样品的几何尺寸来调整拉伸应变率的大小，研究了拉伸应变率对20钢层裂强度的影响。实验的拉伸应变率的变化范围为104~106 s-1，最大拉伸应变率接近激光加载所能产生的拉伸应变率，相比激光加载，薄飞片技术容易保证一维应变条件。实验结果显示20钢的层裂特性明显依赖着拉伸应变率的大小，106 s-1条件下层裂强度比104 s-1时提高近70%。基于对数值计算结果的分析，讨论了影响层裂强度的主要外载荷因素。
采用轻气炮加载技术和激光速度干涉(VISAR)测速技术相结合，对不同拉伸应变率条件下20钢的层裂特性进行了实验研究。通过改变飞片和样品的几何尺寸来调整拉伸应变率的大小，研究了拉伸应变率对20钢层裂强度的影响。实验的拉伸应变率的变化范围为104~106 s-1，最大拉伸应变率接近激光加载所能产生的拉伸应变率，相比激光加载，薄飞片技术容易保证一维应变条件。实验结果显示20钢的层裂特性明显依赖着拉伸应变率的大小，106 s-1条件下层裂强度比104 s-1时提高近70%。基于对数值计算结果的分析，讨论了影响层裂强度的主要外载荷因素。
2007, 27(3): 198-223.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0198-06
摘要:
对于水和无水乙醇环形轴对称抛洒实验的首次破碎结果的分析表明，在给定实验条件下，液体密度大约是气体的1000倍，液体首次破碎的过程分2个阶段：首先，界面不稳定性非线性发展，液体尖钉在惯性力和空气阻力的作用下，拉伸变细变长；然后在射流不稳定性的作用下，断裂成液体珠串。这个理论分析给出的首次破碎的平均液体直径与实验结果基本一致。理论分析表明，无水乙醇破碎液滴的平均直径比水液滴小，是无水乙醇表面张力值仅为水的1/3的一个必然结果。
对于水和无水乙醇环形轴对称抛洒实验的首次破碎结果的分析表明，在给定实验条件下，液体密度大约是气体的1000倍，液体首次破碎的过程分2个阶段：首先，界面不稳定性非线性发展，液体尖钉在惯性力和空气阻力的作用下，拉伸变细变长；然后在射流不稳定性的作用下，断裂成液体珠串。这个理论分析给出的首次破碎的平均液体直径与实验结果基本一致。理论分析表明，无水乙醇破碎液滴的平均直径比水液滴小，是无水乙醇表面张力值仅为水的1/3的一个必然结果。
2007, 27(3): 204-209.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0204-06
摘要:
基于带化学反应的2维轴对称Euler方程，利用带有monotonized centered(MC)限制器的波传播算法，在两端敞开的圆桶中对惰性介质的聚心激波和氢气-空气混合物的聚心火焰与激波的相互作用进行了数值模拟。数值结果表明，在惰性介质中激波在轴心的每次汇聚均可成长为马赫干，马赫干的追赶使激波得到一定程度的增强，但整体还呈下降趋势。在氢气-空气混合物中，燃烧诱导的激波，由于与火焰的反复作用，使激波在轴心处产生马赫干的频率和强度皆高于惰性介质中的情形。同时，火焰在与激波的相互作用过程中发生失稳变形，使其形状呈扁平头部的蘑菇云。
基于带化学反应的2维轴对称Euler方程，利用带有monotonized centered(MC)限制器的波传播算法，在两端敞开的圆桶中对惰性介质的聚心激波和氢气-空气混合物的聚心火焰与激波的相互作用进行了数值模拟。数值结果表明，在惰性介质中激波在轴心的每次汇聚均可成长为马赫干，马赫干的追赶使激波得到一定程度的增强，但整体还呈下降趋势。在氢气-空气混合物中，燃烧诱导的激波，由于与火焰的反复作用，使激波在轴心处产生马赫干的频率和强度皆高于惰性介质中的情形。同时，火焰在与激波的相互作用过程中发生失稳变形，使其形状呈扁平头部的蘑菇云。
2007, 27(3): 210-216.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0210-07
摘要:
采用Instron1342电液伺服试验机和改进的SHPB技术对以113材料为例的PP/PA共混高聚物进行了应变率在10-4~103 s-1宽广范围，温度为25、40、60、80 ℃下的一维应力力学性能试验。结果表明,这类共混高聚物的力学响应对温度和应变率都是敏感的。以朱-王-唐非线性粘弹性本构方程来描述这类PP/PA共混高聚物的力学响应，并拟合得到了其热粘弹性本构参数，理论预言与试验结果在应变小于7%时吻合良好。对113材料20~80 ℃温度范围内不同应变率下的试验结果进行分析，证明PP/PA共混高聚物存在率温等效关系，提高温度和增加作用时间（减小应变率）的效果相当，反之，降低温度与减少作用时间（提高应变率）的效果相当。通过引入量纲一参量Z，使应变率d/dt、温度T这2个参量归结为统一的Z参量，从而得到了体现时温等效性的统一曲线。
采用Instron1342电液伺服试验机和改进的SHPB技术对以113材料为例的PP/PA共混高聚物进行了应变率在10-4~103 s-1宽广范围，温度为25、40、60、80 ℃下的一维应力力学性能试验。结果表明,这类共混高聚物的力学响应对温度和应变率都是敏感的。以朱-王-唐非线性粘弹性本构方程来描述这类PP/PA共混高聚物的力学响应，并拟合得到了其热粘弹性本构参数，理论预言与试验结果在应变小于7%时吻合良好。对113材料20~80 ℃温度范围内不同应变率下的试验结果进行分析，证明PP/PA共混高聚物存在率温等效关系，提高温度和增加作用时间（减小应变率）的效果相当，反之，降低温度与减少作用时间（提高应变率）的效果相当。通过引入量纲一参量Z，使应变率d/dt、温度T这2个参量归结为统一的Z参量，从而得到了体现时温等效性的统一曲线。
2007, 27(3): 217-222.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0217-06
摘要:
利用大尺寸Hopkinson压杆对新型混凝土桥面铺装材料钢纤维增强聚合物改性混凝土（steel fiber reinforced and polymer modified concrete，SFRPMC）进行了冲击实验，并且在相同基准配合比下，与普通混凝土、钢纤维混凝土的冲击性能进行了对比。观察了不同打击速度下三种材料的破坏形态，得到了在不同应变率下的应力应变关系，比较了三种材料的应变率敏感性，最后从机理上分析了掺加钢纤维和聚合物对混凝土材料冲击力学性能的影响。结果表明，钢纤维增强聚合物改性混凝土材料具有良好的冲击韧性，是一种理想的混凝土桥面铺装材料。
利用大尺寸Hopkinson压杆对新型混凝土桥面铺装材料钢纤维增强聚合物改性混凝土（steel fiber reinforced and polymer modified concrete，SFRPMC）进行了冲击实验，并且在相同基准配合比下，与普通混凝土、钢纤维混凝土的冲击性能进行了对比。观察了不同打击速度下三种材料的破坏形态，得到了在不同应变率下的应力应变关系，比较了三种材料的应变率敏感性，最后从机理上分析了掺加钢纤维和聚合物对混凝土材料冲击力学性能的影响。结果表明，钢纤维增强聚合物改性混凝土材料具有良好的冲击韧性，是一种理想的混凝土桥面铺装材料。
2007, 27(3): 223-229.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0223-07
摘要:
对薄壁管在准静态载荷下的卷曲撕裂进行了理论分析，并采用显示有限元方法进行了数值模拟。通过分析薄壁管的撕裂能、塑性变形能和摩擦能，讨论了冲头的锥形角、壁厚以及边数等因素对结构吸能的影响。
对薄壁管在准静态载荷下的卷曲撕裂进行了理论分析，并采用显示有限元方法进行了数值模拟。通过分析薄壁管的撕裂能、塑性变形能和摩擦能，讨论了冲头的锥形角、壁厚以及边数等因素对结构吸能的影响。
2007, 27(3): 230-235.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0230-06
摘要:
利用金属箔电爆炸驱动聚酯薄膜飞片产生短脉冲冲击波的加载技术（电炮），依据DRM（Delayed Robbins-Monro）试验程序，研究了以TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药的短脉冲冲击起爆特性，获得了其50%起爆概率条件下的冲击起爆阈值和100%起爆的最小起爆阈值。利用光纤探针/光电转换器/示波器接收技术，研究了冲击起爆压力幅值和脉宽对该炸药到爆轰距离的影响，得到了相应的Pop关系。
利用金属箔电爆炸驱动聚酯薄膜飞片产生短脉冲冲击波的加载技术（电炮），依据DRM（Delayed Robbins-Monro）试验程序，研究了以TATB/HMX为基的高聚物粘结炸药的短脉冲冲击起爆特性，获得了其50%起爆概率条件下的冲击起爆阈值和100%起爆的最小起爆阈值。利用光纤探针/光电转换器/示波器接收技术，研究了冲击起爆压力幅值和脉宽对该炸药到爆轰距离的影响，得到了相应的Pop关系。
2007, 27(3): 236-239.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0236-04
摘要:
根据钝感炸药爆轰过程中含有激化过程和慢反应，建立了一种新的反应率模型。与其他反应率模型相比，这种反应率模型可以应用于较粗的网格。在每厘米50个网格条件下，炸药驱动铝飞片和钽飞片的自由面计算结果与实验结果很接近。同时，应用此反应率模型计算了钝感炸药驱动LiF过程，在每厘米50个网格的条件下，炸药与LiF间速度的计算值同实验值接近，且误差随网格尺寸变小而变小。这些表明，此反应率模型能够在较粗的网格条件下，比较准确地描述钝感炸药驱动飞片过程，有利于在工程实际中应用。
根据钝感炸药爆轰过程中含有激化过程和慢反应，建立了一种新的反应率模型。与其他反应率模型相比，这种反应率模型可以应用于较粗的网格。在每厘米50个网格条件下，炸药驱动铝飞片和钽飞片的自由面计算结果与实验结果很接近。同时，应用此反应率模型计算了钝感炸药驱动LiF过程，在每厘米50个网格的条件下，炸药与LiF间速度的计算值同实验值接近，且误差随网格尺寸变小而变小。这些表明，此反应率模型能够在较粗的网格条件下，比较准确地描述钝感炸药驱动飞片过程，有利于在工程实际中应用。
2007, 27(3): 240-245.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0240-06
摘要:
采用AUTODYN软件对非球弹丸超高速正撞击航天器单防护屏防护结构进行了数值模拟，给出了2维及3维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下，不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击防护结构所产生碎片云特性及舱壁损伤尺寸的影响，并与球形弹丸撞击所产生的碎片云及舱壁损伤进行了比较。结果表明：弹丸的长径比越大，弹丸的穿孔能力越强；非球弹丸的撞击方向不同，所产生的碎片云形状、质量分布、破碎的程度和穿孔的能力是不同的。
采用AUTODYN软件对非球弹丸超高速正撞击航天器单防护屏防护结构进行了数值模拟，给出了2维及3维模拟的结果。研究了在相同质量和速度的条件下，不同形状弹丸长径比、撞击方向等对超高速撞击防护结构所产生碎片云特性及舱壁损伤尺寸的影响，并与球形弹丸撞击所产生的碎片云及舱壁损伤进行了比较。结果表明：弹丸的长径比越大，弹丸的穿孔能力越强；非球弹丸的撞击方向不同，所产生的碎片云形状、质量分布、破碎的程度和穿孔的能力是不同的。
2007, 27(3): 246-250.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0246-05
摘要:
为描述弹丸材料冲击混凝土时的绝热剪切过程，根据冲击条件下绝热剪切局部化的一维分析结果，给出冲击混凝土弹丸材料的绝热剪切局部化模型并引入到数值分析中。为了既能描述混凝土的非线性变形及断裂特性又要保持分析过程中材料界面的清晰，混凝土划分成光滑粒子并使用无网格光滑粒子动力学算法，而弹体划分成有限元网格并使用有限元算法。结果显示，利用本文中给出的绝热剪切局部化模型计算得到的弹丸内绝热剪切局部化区域与实验中的破坏位置一致。
为描述弹丸材料冲击混凝土时的绝热剪切过程，根据冲击条件下绝热剪切局部化的一维分析结果，给出冲击混凝土弹丸材料的绝热剪切局部化模型并引入到数值分析中。为了既能描述混凝土的非线性变形及断裂特性又要保持分析过程中材料界面的清晰，混凝土划分成光滑粒子并使用无网格光滑粒子动力学算法，而弹体划分成有限元网格并使用有限元算法。结果显示，利用本文中给出的绝热剪切局部化模型计算得到的弹丸内绝热剪切局部化区域与实验中的破坏位置一致。
2007, 27(3): 251-258.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0251-08
摘要:
对平面激波和单个矩形障碍物作用的过程进行了数值模拟，研究了反射产生的上行爆轰波在下游可燃气体中形成爆轰波的过程。数值结果表明，下游爆轰波形成过程主要有2种模式：爆轰波直接绕射和绕射波在上壁面反射，这和已有的实验结果是一致的。通过研究下游爆轰波的形成过程受入射激波马赫数、混合气体的压力和管道尺度的影响，分析了上游爆轰波向下游传播的波动力学过程，讨论了2种形成过程的作用规律和控制因素，阐明了下游爆轰波的形成规律。
对平面激波和单个矩形障碍物作用的过程进行了数值模拟，研究了反射产生的上行爆轰波在下游可燃气体中形成爆轰波的过程。数值结果表明，下游爆轰波形成过程主要有2种模式：爆轰波直接绕射和绕射波在上壁面反射，这和已有的实验结果是一致的。通过研究下游爆轰波的形成过程受入射激波马赫数、混合气体的压力和管道尺度的影响，分析了上游爆轰波向下游传播的波动力学过程，讨论了2种形成过程的作用规律和控制因素，阐明了下游爆轰波的形成规律。
2007, 27(3): 259-264.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0259-07
摘要:
为分析高-低爆速圆板炸药于空中串联爆轰时平面爆轰波在传播过程中演变成凸面波的现象，分别对平面爆轰波阵面后爆轰产物状态参数的分布、有效药量与柱面装药几何尺寸的关系、爆轰产物的状态方程及强爆轰关系式进行了讨论。并以100 mm50 mm的TNT与RC炸药串联爆轰为例，描述了平面爆轰波演变为凸面爆轰波的过程，预估了爆轰波的平面范围和波形差。预估结果与实验结果基本符合。
为分析高-低爆速圆板炸药于空中串联爆轰时平面爆轰波在传播过程中演变成凸面波的现象，分别对平面爆轰波阵面后爆轰产物状态参数的分布、有效药量与柱面装药几何尺寸的关系、爆轰产物的状态方程及强爆轰关系式进行了讨论。并以100 mm50 mm的TNT与RC炸药串联爆轰为例，描述了平面爆轰波演变为凸面爆轰波的过程，预估了爆轰波的平面范围和波形差。预估结果与实验结果基本符合。
2007, 27(3): 266-271.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0266-06
摘要:
为了更有效地使用超声技术检测功能梯度管道中纵向缺陷，基于3维弹性理论，采用一种正交多项式法研究无限长功能梯度材料管道中的周向导波。为验证方法的正确性与适用性，首先采用该方法计算均匀各向异性管道中的周向导波，并与已有数据相比较。其次，计算了不同梯度函数下管道周向导波的频散曲线，并与均匀管道进行了比较，说明了梯度材料管道中周向导波的特点以及梯度函数变化对频散曲线的影响。最后，求解了不同径厚比下功能梯度材料圆柱壳周向导波的频散曲线，分析了径厚比的变化对频散曲线的影响。
为了更有效地使用超声技术检测功能梯度管道中纵向缺陷，基于3维弹性理论，采用一种正交多项式法研究无限长功能梯度材料管道中的周向导波。为验证方法的正确性与适用性，首先采用该方法计算均匀各向异性管道中的周向导波，并与已有数据相比较。其次，计算了不同梯度函数下管道周向导波的频散曲线，并与均匀管道进行了比较，说明了梯度材料管道中周向导波的特点以及梯度函数变化对频散曲线的影响。最后，求解了不同径厚比下功能梯度材料圆柱壳周向导波的频散曲线，分析了径厚比的变化对频散曲线的影响。
2007, 27(3): 272-278.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0272-06
摘要:
以柱装药爆破漏斗理论为基础，对高地应力巷道崩落爆破标准漏斗形成进行研究，导出了高应力条件下形成崩落爆破标准漏斗的判断准则，进而导出了相应条件的巷道崩落爆破参数计算式。结果表明，地应力的作用要求对巷道崩落爆破的现有参数计算进行修正，而且地应力越高，崩落爆破的最小抵抗线和炮孔间距减小越多，单位耗药量和循环炮孔数量增加越多。最后指出，选用较高爆速的炸药可减缓崩落爆破参数随地应力增大而改变的速率。
以柱装药爆破漏斗理论为基础，对高地应力巷道崩落爆破标准漏斗形成进行研究，导出了高应力条件下形成崩落爆破标准漏斗的判断准则，进而导出了相应条件的巷道崩落爆破参数计算式。结果表明，地应力的作用要求对巷道崩落爆破的现有参数计算进行修正，而且地应力越高，崩落爆破的最小抵抗线和炮孔间距减小越多，单位耗药量和循环炮孔数量增加越多。最后指出，选用较高爆速的炸药可减缓崩落爆破参数随地应力增大而改变的速率。
2007, 27(3): 278-282.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0278-05
摘要:
讨论了数字全息的理论和数字全息在爆轰实验中的应用。在解决了系统分辨率、动态模糊、安全和防护、精确同步的基础上，使用数字全息技术获得了中心刻有锥形小孔的铝飞片在爆轰加载下的喷射物的全息图，并提供了该全息图的数字再现图像。在照相视场内喷射粒子的速度约2.7~4 km/s，粒子粒径从几微米至几十微米。
讨论了数字全息的理论和数字全息在爆轰实验中的应用。在解决了系统分辨率、动态模糊、安全和防护、精确同步的基础上，使用数字全息技术获得了中心刻有锥形小孔的铝飞片在爆轰加载下的喷射物的全息图，并提供了该全息图的数字再现图像。在照相视场内喷射粒子的速度约2.7~4 km/s，粒子粒径从几微米至几十微米。
2007, 27(3): 283-288.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)03-0283-06
摘要:
分析了高地应力条件下静水压力场中圆形隧洞钻爆开挖时开挖边界上初始应力场动态卸荷效应及破坏机理，并计算了其破坏范围。初始应力动态卸荷时，动应力在隧洞径向表现为卸荷回弹，而在切向出现动应力集中，表现为加载。动态卸荷时间对径向应力的影响较对切向应力大，卸荷时间越短，扰动的幅度越大；初始应力动态卸荷在岩体中所造成的破坏范围较准静态卸荷情况大，卸荷时间越短，破坏范围越大。
分析了高地应力条件下静水压力场中圆形隧洞钻爆开挖时开挖边界上初始应力场动态卸荷效应及破坏机理，并计算了其破坏范围。初始应力动态卸荷时，动应力在隧洞径向表现为卸荷回弹，而在切向出现动应力集中，表现为加载。动态卸荷时间对径向应力的影响较对切向应力大，卸荷时间越短，扰动的幅度越大；初始应力动态卸荷在岩体中所造成的破坏范围较准静态卸荷情况大，卸荷时间越短，破坏范围越大。
