2007年 27卷 第6期
2007, 27(6): 481-486.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0481-06
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本文被引
摘要:
采用一种唯象模型来模拟铀铌合金在高应变率条件下的变形行为，该模型包括了材料的非线性弹性（状态方程）、率相关塑性和孔洞的形核及生长等多种效应。并且采用一种对角隐式Runge-Kuta方法来求解本构率方程组，提高了热粘塑性本构关系计算的稳定性及精度。对D.L.Tonks等的铀铌合金平板撞击实验进行了数值模拟，并将计算结果同文献中的实验和数值模拟结果进行了比较。结果表明，本文的计算结果比文献中的数值模拟结果更接近有关实验数据。
采用一种唯象模型来模拟铀铌合金在高应变率条件下的变形行为，该模型包括了材料的非线性弹性（状态方程）、率相关塑性和孔洞的形核及生长等多种效应。并且采用一种对角隐式Runge-Kuta方法来求解本构率方程组，提高了热粘塑性本构关系计算的稳定性及精度。对D.L.Tonks等的铀铌合金平板撞击实验进行了数值模拟，并将计算结果同文献中的实验和数值模拟结果进行了比较。结果表明，本文的计算结果比文献中的数值模拟结果更接近有关实验数据。
2007, 27(6): 487-482.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0487-06
摘要:
为了评估高温气冷核反应堆热交换器H2泄漏、爆炸的安全性，研究含内构件管道的H2/空气爆燃传播现象，建造了几何相似、尺寸相同的实验管道（真空筒）。分别充入不同初压和当量比H2/空气混合物，在真空筒顶部点火并引发爆燃，利用多通道瞬态压力测量和数据采集系统，记录各测点压力时间曲线。结果表明：对化学计量比H2/空气混合物，在慢化剂室和真空筒顶部空间产生爆燃，邻近测点的压力时间曲线显示了冲击波特征。该冲击波通过慢化剂室和真空筒侧壁的狭缝（2.5 mm），进入含内构件的扩张管道并形成爆燃。冲击波在真空筒端部反射、向后传播并与火焰相互作用，爆炸流场波系复杂。对富油和低初压化学计量比混合物，在慢化剂室和真空筒顶部空间产生燃烧，高温富油燃气的压力上升速率较慢。当燃气通过上述狭缝时，在真空筒突扩空间内再次点火并形成较强爆燃，压力时间曲线显示了冲击波特征及其在端面的反射。
为了评估高温气冷核反应堆热交换器H2泄漏、爆炸的安全性，研究含内构件管道的H2/空气爆燃传播现象，建造了几何相似、尺寸相同的实验管道（真空筒）。分别充入不同初压和当量比H2/空气混合物，在真空筒顶部点火并引发爆燃，利用多通道瞬态压力测量和数据采集系统，记录各测点压力时间曲线。结果表明：对化学计量比H2/空气混合物，在慢化剂室和真空筒顶部空间产生爆燃，邻近测点的压力时间曲线显示了冲击波特征。该冲击波通过慢化剂室和真空筒侧壁的狭缝（2.5 mm），进入含内构件的扩张管道并形成爆燃。冲击波在真空筒端部反射、向后传播并与火焰相互作用，爆炸流场波系复杂。对富油和低初压化学计量比混合物，在慢化剂室和真空筒顶部空间产生燃烧，高温富油燃气的压力上升速率较慢。当燃气通过上述狭缝时，在真空筒突扩空间内再次点火并形成较强爆燃，压力时间曲线显示了冲击波特征及其在端面的反射。
2007, 27(6): 493-500.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0493-08
摘要:
两股来流碰撞形成非对称射流问题的定常解具有不确定性，理论上尚未很好求解。从分析特殊射流形成入手，由定常出流所满足的最小动能原理出发，分析来流初始交汇位形和相互作用过程，建立了非对称射流形成的方程封闭条件，提出了非对称射流形成的几何理论。以平面二维不等厚度来流碰撞为例，给出了非对称射流出流方向、厚度随初始位形变化的理论预测曲线，与数值模拟结果吻合较好。
两股来流碰撞形成非对称射流问题的定常解具有不确定性，理论上尚未很好求解。从分析特殊射流形成入手，由定常出流所满足的最小动能原理出发，分析来流初始交汇位形和相互作用过程，建立了非对称射流形成的方程封闭条件，提出了非对称射流形成的几何理论。以平面二维不等厚度来流碰撞为例，给出了非对称射流出流方向、厚度随初始位形变化的理论预测曲线，与数值模拟结果吻合较好。
2007, 27(6): 501-508.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0501-08
摘要:
将平板非对称正碰撞形成射流满足的定常方程组封闭条件推广到非正碰情况，提出了平面二维条件下非对称射流形成的一般理论，给出了射流形成的临界条件和出流射流的理论公式。对斜碰撞情形下非对称射流的出流方向、厚度随碰撞角和来流初始位形的变化规律进行了理论预测和数值模拟，理论解与二维欧拉程序的仿真结果符合较好。
将平板非对称正碰撞形成射流满足的定常方程组封闭条件推广到非正碰情况，提出了平面二维条件下非对称射流形成的一般理论，给出了射流形成的临界条件和出流射流的理论公式。对斜碰撞情形下非对称射流的出流方向、厚度随碰撞角和来流初始位形的变化规律进行了理论预测和数值模拟，理论解与二维欧拉程序的仿真结果符合较好。
2007, 27(6): 509-514.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0509-06
摘要:
针对有内压或外压的弹性圆柱壳在轴向冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题，构造哈密顿体系，在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题，从而形成一种辛方法。该方法直接得到非轴对称的屈曲模态。数值结果给出了圆柱壳问题的临界载荷和屈曲模态以及一些规律。
针对有内压或外压的弹性圆柱壳在轴向冲击载荷耦合作用下的动态屈曲问题，构造哈密顿体系，在辛空间中将临界载荷和动态屈曲模态归结为辛本征值和本征解问题，从而形成一种辛方法。该方法直接得到非轴对称的屈曲模态。数值结果给出了圆柱壳问题的临界载荷和屈曲模态以及一些规律。
2007, 27(6): 515-521.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0515-07
摘要:
将考虑热传导和粘性情况下的Navier Stokes方程描述的物理过程分解成3个子过程进行数值计算，即把整个流量计算分解成无粘性流量、粘性流量和热流量3部分，采用多介质流体高精度parabolic piecewise method（PPM）方法、二阶空间中心差方法和两步Rung-Kutta时间推进方法相结合进行数值计算。给出了激波管中Riemann问题和二维、三维Richtmyer-Meshkov界面不稳定性的Navier Stokes方程和Euler方程对比计算结果，显示了粘性对界面不稳定性的影响。
将考虑热传导和粘性情况下的Navier Stokes方程描述的物理过程分解成3个子过程进行数值计算，即把整个流量计算分解成无粘性流量、粘性流量和热流量3部分，采用多介质流体高精度parabolic piecewise method（PPM）方法、二阶空间中心差方法和两步Rung-Kutta时间推进方法相结合进行数值计算。给出了激波管中Riemann问题和二维、三维Richtmyer-Meshkov界面不稳定性的Navier Stokes方程和Euler方程对比计算结果，显示了粘性对界面不稳定性的影响。
2007, 27(6): 522-528.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0522-07
摘要:
扼要讨论了光滑粒子法的离散思想，充分利用光滑粒子法和有限元方法各自的优点，提出了一种初始时刻用有限元建模，计算过程中大变形单元自动转换为光滑粒子的耦合算法。高速碰撞的系列算例说明，耦合算法不但适宜于计算大变形冲击动力学问题，而且由于集两种方法的优点于一身，可以更高效地模拟一些高速碰撞问题，提高计算效率。
扼要讨论了光滑粒子法的离散思想，充分利用光滑粒子法和有限元方法各自的优点，提出了一种初始时刻用有限元建模，计算过程中大变形单元自动转换为光滑粒子的耦合算法。高速碰撞的系列算例说明，耦合算法不但适宜于计算大变形冲击动力学问题，而且由于集两种方法的优点于一身，可以更高效地模拟一些高速碰撞问题，提高计算效率。
2007, 27(6): 529-534.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0529-06
摘要:
既考虑了弹丸侵彻过程中受到的动阻力与静阻力，又考虑了弹丸与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的直接阻力，提出了弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型。不同初速下弹丸的侵彻深度、侵彻过程中弹丸的位移、速度和负加速度时间历程的计算结果与测试数据符合很好，弹丸过载在12 000g~15 000g之间。该解析模型能够较真实的描述弹丸侵彻钢筋混凝土过程中的运动状态，并且该模型能够分析配筋结构、配筋尺寸、网眼尺寸对侵彻深度和侵彻过程的影响。
既考虑了弹丸侵彻过程中受到的动阻力与静阻力，又考虑了弹丸与钢筋发生碰撞时钢筋对弹丸的直接阻力，提出了弹丸侵彻钢筋混凝土的工程解析模型。不同初速下弹丸的侵彻深度、侵彻过程中弹丸的位移、速度和负加速度时间历程的计算结果与测试数据符合很好，弹丸过载在12 000g~15 000g之间。该解析模型能够较真实的描述弹丸侵彻钢筋混凝土过程中的运动状态，并且该模型能够分析配筋结构、配筋尺寸、网眼尺寸对侵彻深度和侵彻过程的影响。
2007, 27(6): 535-540.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0535-06
摘要:
针对二维带有收敛扩张喷管的脉冲爆震发动机模型，采用带基元化学反应的Euler方程组和H2、空气的9组分20基元反应，对发动机在前六个工作循环的流场进行了数值模拟。通过对前几个循环流场进行比较，发现脉冲爆震发动机在第五个循环后流场就基本稳定，单循环得到的流场和多循环稳定后的流场有很大的差别，同时喷管对发动机内流场影响特别大。
针对二维带有收敛扩张喷管的脉冲爆震发动机模型，采用带基元化学反应的Euler方程组和H2、空气的9组分20基元反应，对发动机在前六个工作循环的流场进行了数值模拟。通过对前几个循环流场进行比较，发现脉冲爆震发动机在第五个循环后流场就基本稳定，单循环得到的流场和多循环稳定后的流场有很大的差别，同时喷管对发动机内流场影响特别大。
2007, 27(6): 541-545.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0541-05
摘要:
利用带有波形整形器的Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)技术测试了碳布叠层/碳复合材料在应变率为500、1 500 s-1时的动态压缩性能。研究结果表明：利用轧制紫铜作为整形器材料不仅可以有效地实现对碳布叠层/碳复合材料的常应变率压缩加载，而且有助于改善试样两端的应力平衡，从而保证测试数据的可靠性；此外，与准静态压缩相比较，在动态压缩载荷下，碳布叠层/碳复合材料的压缩强度有较强的应变率效应，且复合材料压缩强度的动态增加函数可以用Cowper-Symonds幂函数的形式来表示。
利用带有波形整形器的Split Hopkinson Pressure Bar(SHPB)技术测试了碳布叠层/碳复合材料在应变率为500、1 500 s-1时的动态压缩性能。研究结果表明：利用轧制紫铜作为整形器材料不仅可以有效地实现对碳布叠层/碳复合材料的常应变率压缩加载，而且有助于改善试样两端的应力平衡，从而保证测试数据的可靠性；此外，与准静态压缩相比较，在动态压缩载荷下，碳布叠层/碳复合材料的压缩强度有较强的应变率效应，且复合材料压缩强度的动态增加函数可以用Cowper-Symonds幂函数的形式来表示。
2007, 27(6): 546-552.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0546-07
摘要:
以质量、动量和能量守恒为基础，结合平面激波理论和热力学理论，对球形铝弹丸正撞击薄板铝防护屏形成的碎片云特性进行了建模，模型计算结果与实验结果吻合较好。利用该模型对多种工况下碎片云特性进行了计算，结果表明：(1)碎片云质心速度和膨胀速度随撞击速度和弹丸直径的增加而增大，随防护屏厚度增大而减小；膨胀半角随撞击速度和防护屏厚度的增大而增大，随弹丸直径的增大而减小；(2)速度和膨胀半角变化曲线具有相似性；(3)对于给定的弹丸和防护屏材料，碎片云中受到激波加载部分的材料各相态质量分数只与弹丸撞击速度有关。这些规律与实验规律吻合。
以质量、动量和能量守恒为基础，结合平面激波理论和热力学理论，对球形铝弹丸正撞击薄板铝防护屏形成的碎片云特性进行了建模，模型计算结果与实验结果吻合较好。利用该模型对多种工况下碎片云特性进行了计算，结果表明：(1)碎片云质心速度和膨胀速度随撞击速度和弹丸直径的增加而增大，随防护屏厚度增大而减小；膨胀半角随撞击速度和防护屏厚度的增大而增大，随弹丸直径的增大而减小；(2)速度和膨胀半角变化曲线具有相似性；(3)对于给定的弹丸和防护屏材料，碎片云中受到激波加载部分的材料各相态质量分数只与弹丸撞击速度有关。这些规律与实验规律吻合。
2007, 27(6): 553-556.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0553-04
摘要:
为了降低可靠性评估试验样本量，避免计量法评估试验中由于刻度参数的估计偏差所带来的风险，研究了火工品可靠性验证试验中数据的统计分析方法，引入了熵，给出了试验熵等值方程，提出了结合产品的感度分布函数,通过计数和计量相结合评估火工品可靠性的试验熵等值方法，并结合某火工品的大小样本对比试验验证了该方法的正确性及可行性。研究结果表明，使用该方法可以用较少的试验样本量，实现对高可靠性指标要求的火工品进行可靠性评估。
为了降低可靠性评估试验样本量，避免计量法评估试验中由于刻度参数的估计偏差所带来的风险，研究了火工品可靠性验证试验中数据的统计分析方法，引入了熵，给出了试验熵等值方程，提出了结合产品的感度分布函数,通过计数和计量相结合评估火工品可靠性的试验熵等值方法，并结合某火工品的大小样本对比试验验证了该方法的正确性及可行性。研究结果表明，使用该方法可以用较少的试验样本量，实现对高可靠性指标要求的火工品进行可靠性评估。
2007, 27(6): 557-561.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0557-05
摘要:
选择高密度液氦作为研究对象，采用F.H.Ree修正的WCA状态方程和改进的分子流体微扰变分统计理论（MCRSR），并且考虑液氦体系低温量子力学效应，计算了一次和二次冲击压力在0～108 GPa、对应温度为471～32 790 K范围内的高压物态方程。在确定体系分子间相互作用时，通过实验数据拟合选取了较合理的指数6势参数。理论计算结果与实验数据吻合较好。
选择高密度液氦作为研究对象，采用F.H.Ree修正的WCA状态方程和改进的分子流体微扰变分统计理论（MCRSR），并且考虑液氦体系低温量子力学效应，计算了一次和二次冲击压力在0～108 GPa、对应温度为471～32 790 K范围内的高压物态方程。在确定体系分子间相互作用时，通过实验数据拟合选取了较合理的指数6势参数。理论计算结果与实验数据吻合较好。
2007, 27(6): 562-566.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0562-05
摘要:
采用楔形装药，用临界截面厚度来表征爆轰波传播特性，分别对两种密度条件下HMX粒度对其自身和以HMX为主体的混合炸药HMX/F2641（wHMX/wF2641=95∶5）爆轰波传播性能的影响作了实验研究。结果表明：HMX粒度对爆轰波传播特性有显著的影响，随着HMX粒度的减小，临界截面厚度变小，即爆轰波传播性能增强;同一HMX粒度下， HMX/F2641爆轰波传播性能优于HMX；装药密度的增加有利于爆轰波传递。
采用楔形装药，用临界截面厚度来表征爆轰波传播特性，分别对两种密度条件下HMX粒度对其自身和以HMX为主体的混合炸药HMX/F2641（wHMX/wF2641=95∶5）爆轰波传播性能的影响作了实验研究。结果表明：HMX粒度对爆轰波传播特性有显著的影响，随着HMX粒度的减小，临界截面厚度变小，即爆轰波传播性能增强;同一HMX粒度下， HMX/F2641爆轰波传播性能优于HMX；装药密度的增加有利于爆轰波传递。
2007, 27(6): 567-571.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0567-05
摘要:
采用电探针及压力传感器测试技术对密度为1.597 g/cm3的固体B炸药（TNT/RDX=40/60）的燃烧转爆轰性能进行研究。实验结果表明，在较强的约束条件下（45号钢管，内径20 mm，外径64 mm，长500 mm），B炸药形成了DDT现象，诱导爆轰距离为295~310 mm。
采用电探针及压力传感器测试技术对密度为1.597 g/cm3的固体B炸药（TNT/RDX=40/60）的燃烧转爆轰性能进行研究。实验结果表明，在较强的约束条件下（45号钢管，内径20 mm，外径64 mm，长500 mm），B炸药形成了DDT现象，诱导爆轰距离为295~310 mm。
2007, 27(6): 572-576.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)06-0572-05
摘要:
根据空气动力学和火箭发动机的相关理论，针对600 m长无缝滑车轨道，对搭载50 kg有效载荷、速度为45 m/s和搭载100 kg有效载荷、速度为200 m/s的两种双轨滑车进行了理论估算和试验验证。试验中，滑车的速度测试采用磁感应法、激光法和高速摄影法三种方法。试验结果表明，三种测试方法获得的滑车速度值一致，测试结果与理论计算值符合得较好。
根据空气动力学和火箭发动机的相关理论，针对600 m长无缝滑车轨道，对搭载50 kg有效载荷、速度为45 m/s和搭载100 kg有效载荷、速度为200 m/s的两种双轨滑车进行了理论估算和试验验证。试验中，滑车的速度测试采用磁感应法、激光法和高速摄影法三种方法。试验结果表明，三种测试方法获得的滑车速度值一致，测试结果与理论计算值符合得较好。
