2013年 33卷 第3期
2013, 33(3): 225-230.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0225-06
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本文被引
摘要:
利用SHPB装置对钨丝增强Zr基非晶复合材料和钨骨架增强Zr基非晶复合材料进行了3种环境温度下多种应变率的动态压缩性能测试。比较了2种材料的动态力学性能，发现二者均具有应变率敏感性和较强的塑性变形能力。但二者承载机制存在较大差异。钨丝增强结构变形主要表现在钨丝的失稳，由数值模拟初步分析了这种局部结构失稳控制的变形以及热失稳现象；钨骨架增强结构变形前期钨骨架起主要承载作用，而不是各成分的共同作用，这导致材料的屈服强度比纯非晶和纯钨的低。
利用SHPB装置对钨丝增强Zr基非晶复合材料和钨骨架增强Zr基非晶复合材料进行了3种环境温度下多种应变率的动态压缩性能测试。比较了2种材料的动态力学性能，发现二者均具有应变率敏感性和较强的塑性变形能力。但二者承载机制存在较大差异。钨丝增强结构变形主要表现在钨丝的失稳，由数值模拟初步分析了这种局部结构失稳控制的变形以及热失稳现象；钨骨架增强结构变形前期钨骨架起主要承载作用，而不是各成分的共同作用，这导致材料的屈服强度比纯非晶和纯钨的低。
2013, 33(3): 231-037.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0231-07
摘要:
提出了一种通过给定的土中爆炸成腔毁伤效应确定炸点状态的计算反求方法。该方法将确定炸点状态的反问题转化为求解爆炸毁伤效应的计算值与给定值误差函数最小的优化问题。在反求过程中，采用基于误差减小比率技术的多项式近似模型代替土中爆炸数值分析模型，以便提高反求效率。采用Tikhonov正则化方法克服反求过程中出现的病态问题。在此基础上，引入信赖域管理策略判断当前近似模型与实际模型的逼近程度，以确定最优的反求向量。炸点状态反求结果与实验结果的对比分析表明，该方法能够有效且稳定地通过给定的毁伤效应实现炸点状态的反求，这可为炸点状态的设计提供参考。
提出了一种通过给定的土中爆炸成腔毁伤效应确定炸点状态的计算反求方法。该方法将确定炸点状态的反问题转化为求解爆炸毁伤效应的计算值与给定值误差函数最小的优化问题。在反求过程中，采用基于误差减小比率技术的多项式近似模型代替土中爆炸数值分析模型，以便提高反求效率。采用Tikhonov正则化方法克服反求过程中出现的病态问题。在此基础上，引入信赖域管理策略判断当前近似模型与实际模型的逼近程度，以确定最优的反求向量。炸点状态反求结果与实验结果的对比分析表明，该方法能够有效且稳定地通过给定的毁伤效应实现炸点状态的反求，这可为炸点状态的设计提供参考。
2013, 33(3): 238-242.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0238-05
摘要:
为了揭示国产超强钢18NiC250的强度、断裂韧性随加载速率的变化规律，利用电子万能试验机和Hopkinson压杆，测试其在0.001～2 000 s-1的塑性流动应力应变曲线及在10-1~106 MPam1/2/s的断裂韧性，同时对断裂破坏机理进行了微观分析。结果表明：该材料的强度对加载速率不敏感，即流动应力基本保持在1.9 GPa；而断裂韧性很敏感，当加载速率由10-1 MPam1/2/s增大到106 MPam1/2/s时，断裂韧性降低了38.2%，断裂模式由韧窝断裂转变为解理断裂。
为了揭示国产超强钢18NiC250的强度、断裂韧性随加载速率的变化规律，利用电子万能试验机和Hopkinson压杆，测试其在0.001～2 000 s-1的塑性流动应力应变曲线及在10-1~106 MPam1/2/s的断裂韧性，同时对断裂破坏机理进行了微观分析。结果表明：该材料的强度对加载速率不敏感，即流动应力基本保持在1.9 GPa；而断裂韧性很敏感，当加载速率由10-1 MPam1/2/s增大到106 MPam1/2/s时，断裂韧性降低了38.2%，断裂模式由韧窝断裂转变为解理断裂。
2013, 33(3): 243-248.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0243-06
摘要:
以某大型全碎石填方机场工程为背景,针对早龄期混凝土受爆破振动损伤开展了实验研究。通过室内实验模拟场地爆破振动作用于早龄期混凝土试块，测量了不同龄期混凝土受振损伤后的强度。并将实验结果与有限元数值计算和现场爆破场地测试数据相结合，分析了早龄期混凝土损伤后的强度增长规律，建立了场地爆破与混凝土结构浇筑平行施工的安全技术指标。
以某大型全碎石填方机场工程为背景,针对早龄期混凝土受爆破振动损伤开展了实验研究。通过室内实验模拟场地爆破振动作用于早龄期混凝土试块，测量了不同龄期混凝土受振损伤后的强度。并将实验结果与有限元数值计算和现场爆破场地测试数据相结合，分析了早龄期混凝土损伤后的强度增长规律，建立了场地爆破与混凝土结构浇筑平行施工的安全技术指标。
2013, 33(3): 249-254.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0249-06
摘要:
由于爆炸螺栓解锁过程具有瞬时性、变形大等特点,同时接触爆炸过程中交界面处介质阻抗相差 较大,因此基于计及材料强度的SPH 方法,在控制方程的粒子近似过程中将其转化为粒子密度及质量对物理 量近似过程影响较小的形式,建立了爆炸螺栓三维SPH 数值模型,分析了爆炸螺栓解锁过程中的冲击特性。 同时,通过与LS-DYNA软件的计算结果进行对比,验证了本文所建立数值模型的准确性和可靠性。
由于爆炸螺栓解锁过程具有瞬时性、变形大等特点,同时接触爆炸过程中交界面处介质阻抗相差 较大,因此基于计及材料强度的SPH 方法,在控制方程的粒子近似过程中将其转化为粒子密度及质量对物理 量近似过程影响较小的形式,建立了爆炸螺栓三维SPH 数值模型,分析了爆炸螺栓解锁过程中的冲击特性。 同时,通过与LS-DYNA软件的计算结果进行对比,验证了本文所建立数值模型的准确性和可靠性。
2013, 33(3): 255-263.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0255-08
摘要:
在水下爆炸冲击荷载作用下,结构动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多。通过大 量的数值模拟,探讨了混凝土重力坝在水下爆炸冲击荷载作用下,大坝高度、库前水位对大坝抗爆性能的影 响,为大坝抗爆性能评估和防护设计提供基础。数值计算中,构建了重力坝水下爆炸全耦合数值模型,并考虑 爆炸冲击作用下混凝土的高应变率效应。研究结果表明:对于混凝土重力坝,随着大坝高度的增加,大坝的抗 爆性能增强;库前水位对大坝的抗爆性能影响较大,通过降低库前水位可有效提高大坝的抗爆性能。
在水下爆炸冲击荷载作用下,结构动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多。通过大 量的数值模拟,探讨了混凝土重力坝在水下爆炸冲击荷载作用下,大坝高度、库前水位对大坝抗爆性能的影 响,为大坝抗爆性能评估和防护设计提供基础。数值计算中,构建了重力坝水下爆炸全耦合数值模型,并考虑 爆炸冲击作用下混凝土的高应变率效应。研究结果表明:对于混凝土重力坝,随着大坝高度的增加,大坝的抗 爆性能增强;库前水位对大坝的抗爆性能影响较大,通过降低库前水位可有效提高大坝的抗爆性能。
2013, 33(3): 263-269.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0263-06
摘要:
在轻气炮上进行了卵形头、平头及半球形头杆弹正撞击等厚接触式双层靶的实验,得到了这几种 结构的剩余速度-初始速度曲线及弹道极限速度,研究了叠层顺序对靶体抗侵彻性能的影响。实验表明:叠层 顺序对双层靶体抗侵彻性能的影响与弹体头部形状密切相关。对于平头和半球形头弹,厚板在前、薄板在后 的靶体的弹道极限速度高于相反叠层顺序的靶体的弹道极限速度;但是对于卵形头弹,薄板在前、厚板在后的 靶体的弹道极限速度高于相反叠层顺序的靶体的弹道极限速度。叠层顺序对靶体弹道极限速度的影响主要 通过改变靶板的失效形式和靶板间的作用力实现。
在轻气炮上进行了卵形头、平头及半球形头杆弹正撞击等厚接触式双层靶的实验,得到了这几种 结构的剩余速度-初始速度曲线及弹道极限速度,研究了叠层顺序对靶体抗侵彻性能的影响。实验表明:叠层 顺序对双层靶体抗侵彻性能的影响与弹体头部形状密切相关。对于平头和半球形头弹,厚板在前、薄板在后 的靶体的弹道极限速度高于相反叠层顺序的靶体的弹道极限速度;但是对于卵形头弹,薄板在前、厚板在后的 靶体的弹道极限速度高于相反叠层顺序的靶体的弹道极限速度。叠层顺序对靶体弹道极限速度的影响主要 通过改变靶板的失效形式和靶板间的作用力实现。
2013, 33(3): 269-275.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0269-06
摘要:
基于铝蜂窝表观密度、质量、平台强度、异面弹性模量、压缩率、吸能量6个基本力学量,建立了正 六边形铝蜂窝等效前后胞元厚跨比(胞壁厚度与跨度的比)间的映射关系,得到相同厚跨比蜂窝结构具有相同 的力学属性与吸能特性。采用以大换小的扩胞途径,保持胞元厚跨比不变,通过改变蜂窝胞元结构几何参数, 提出了将致密孔格稀疏化的蜂窝扩胞等效分析流程,实现了致密蜂窝数值模拟时单元规模与计算时间的有 效减缩。基于显式有限元方法,建立了8种等间距扩胞铝蜂窝求解模型,结果验证了扩胞等效方法的可行性。 等效前后计算效率的对比分析显示了扩胞方法的高效性。但在异面方向尺度与胞元跨度相近时,扩胞等效方 法受到一定的局限。
基于铝蜂窝表观密度、质量、平台强度、异面弹性模量、压缩率、吸能量6个基本力学量,建立了正 六边形铝蜂窝等效前后胞元厚跨比(胞壁厚度与跨度的比)间的映射关系,得到相同厚跨比蜂窝结构具有相同 的力学属性与吸能特性。采用以大换小的扩胞途径,保持胞元厚跨比不变,通过改变蜂窝胞元结构几何参数, 提出了将致密孔格稀疏化的蜂窝扩胞等效分析流程,实现了致密蜂窝数值模拟时单元规模与计算时间的有 效减缩。基于显式有限元方法,建立了8种等间距扩胞铝蜂窝求解模型,结果验证了扩胞等效方法的可行性。 等效前后计算效率的对比分析显示了扩胞方法的高效性。但在异面方向尺度与胞元跨度相近时,扩胞等效方 法受到一定的局限。
2013, 33(3): 275-282.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0275-07
摘要:
基于水泥砂浆试样动态劈裂拉伸实验,研究了不同加载速率下水泥砂浆材料动态劈裂时的裂纹发 生和扩展规律,提出一个微观力学模型。结果表明,微裂纹惯性是混凝土类材料动态拉伸实验中测量到的动 态拉伸强度随应变率的增加而提高的一种微观机制。
基于水泥砂浆试样动态劈裂拉伸实验,研究了不同加载速率下水泥砂浆材料动态劈裂时的裂纹发 生和扩展规律,提出一个微观力学模型。结果表明,微裂纹惯性是混凝土类材料动态拉伸实验中测量到的动 态拉伸强度随应变率的增加而提高的一种微观机制。
2013, 33(3): 282-286.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0282-05
摘要:
修正了Burgess电阻率模型中的错误公式和算法流程,获得了与文献中结果完全相同的电阻率曲 线。采用Burgess电阻率对Z装置上的磁驱动飞片实验进行数值模拟,计算的自由面速度曲线与实验结果相 差较大。由于液体到达汽化点时,是气液混合体,因此从汽化点到临界温度的Burgess电阻率公式不应采用 气体计算公式,应改为气液混合体的计算公式。采用从汽化点到临界温度阶段修改为气液混合体的电阻率公 式进行数值模拟,计算的自由面速度曲线与实验结果、文献计算结果相吻合。
修正了Burgess电阻率模型中的错误公式和算法流程,获得了与文献中结果完全相同的电阻率曲 线。采用Burgess电阻率对Z装置上的磁驱动飞片实验进行数值模拟,计算的自由面速度曲线与实验结果相 差较大。由于液体到达汽化点时,是气液混合体,因此从汽化点到临界温度的Burgess电阻率公式不应采用 气体计算公式,应改为气液混合体的计算公式。采用从汽化点到临界温度阶段修改为气液混合体的电阻率公 式进行数值模拟,计算的自由面速度曲线与实验结果、文献计算结果相吻合。
2013, 33(3): 287-292.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0287-05
摘要:
为了在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径符合要求,提出了一种前后两级均为爆炸成形弹丸 (EFP)装药的新型串联聚能装药结构。分析了装药结构参数对串联EFP侵彻威力的影响,并在此基础上分 别开展了串联EFP装药在不同装药间距与起爆延时条件下侵彻45钢靶实验。实验表明,优化后的串联EFP 装药结构使前后两级EFP装药的侵彻效率大大提高,能对硬目标进行有效破孔。
为了在大块度障碍物上快速开孔且孔深和孔径符合要求,提出了一种前后两级均为爆炸成形弹丸 (EFP)装药的新型串联聚能装药结构。分析了装药结构参数对串联EFP侵彻威力的影响,并在此基础上分 别开展了串联EFP装药在不同装药间距与起爆延时条件下侵彻45钢靶实验。实验表明,优化后的串联EFP 装药结构使前后两级EFP装药的侵彻效率大大提高,能对硬目标进行有效破孔。
2013, 33(3): 292-297.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0292-05
摘要:
分析了发射药形状特征量与密闭爆发器试验中发射药的燃烧压力曲线之间的关系,提出了估算破 碎发射药形状特征量的方法,并给出了确定发射药形状特征量的详细步骤。对通过落锤实验得到的不同破碎 程度的发射药进行了密闭爆发器实验,并利用建立的方法计算了该发射药的形状特征量,计算结果与实验结 果吻合较好。
分析了发射药形状特征量与密闭爆发器试验中发射药的燃烧压力曲线之间的关系,提出了估算破 碎发射药形状特征量的方法,并给出了确定发射药形状特征量的详细步骤。对通过落锤实验得到的不同破碎 程度的发射药进行了密闭爆发器实验,并利用建立的方法计算了该发射药的形状特征量,计算结果与实验结 果吻合较好。
2013, 33(3): 297-303.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0297-06
摘要:
根据无烟煤破坏以拉应力破坏、张应变破坏和卸载破坏等组合形式为主、压剪破坏出现的几率很 小的特征,提出了无烟煤的压缩膨胀拉伸破坏模型,并在能量平衡原理和断裂理论的基础上,推导了该模型的 动态强度理论计算关系式,确定了动力学参数之间的定量关系。利用导出的强度公式,对无烟煤的抗压强度 进行了计算,计算结果与已有的实验结果较好吻合。这表明,该公式能够用来预测无烟煤在单轴冲击载荷作 用下的极值强度,揭示无烟煤这种多孔隙介质在冲击载荷作用下的破坏机理。
根据无烟煤破坏以拉应力破坏、张应变破坏和卸载破坏等组合形式为主、压剪破坏出现的几率很 小的特征,提出了无烟煤的压缩膨胀拉伸破坏模型,并在能量平衡原理和断裂理论的基础上,推导了该模型的 动态强度理论计算关系式,确定了动力学参数之间的定量关系。利用导出的强度公式,对无烟煤的抗压强度 进行了计算,计算结果与已有的实验结果较好吻合。这表明,该公式能够用来预测无烟煤在单轴冲击载荷作 用下的极值强度,揭示无烟煤这种多孔隙介质在冲击载荷作用下的破坏机理。
2013, 33(3): 303-311.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0303-08
摘要:
采用ABAQUS/Explicit有限元分析软件对碳纤维增强铝合金层合板(CARAL)受低速冲击进行 数值模拟,研究其在承载过程中的动力响应及损伤。首先通过具体算例与文献中的结果相比较,验证了方法 的有效性;其次从试件的脱层和吸能等抗冲击角度对CARAL 进行分析,并与传统的纯碳/环氧树脂胶片 (CFRP)进行抗冲击对比分析,结果表明,CARAL具有较好的抗冲击性能。
采用ABAQUS/Explicit有限元分析软件对碳纤维增强铝合金层合板(CARAL)受低速冲击进行 数值模拟,研究其在承载过程中的动力响应及损伤。首先通过具体算例与文献中的结果相比较,验证了方法 的有效性;其次从试件的脱层和吸能等抗冲击角度对CARAL 进行分析,并与传统的纯碳/环氧树脂胶片 (CFRP)进行抗冲击对比分析,结果表明,CARAL具有较好的抗冲击性能。
2013, 33(3): 311-315.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0311-04
摘要:
通过对爆轰反应区中铝粉压力、温度弛豫时间的计算,发现爆轰产物压力是平衡的,温度是不平衡 的。对传统CJ模型进行了改进,考虑爆轰产物的多相性和产物温度间的非平衡性,提出了一种新的计算含 铝炸药爆速的模型。采用该模型对几种含铝炸药的爆速进行了计算,并与已有的实验数据进行了对比,计算 结果优于传统CJ模型,与实验的误差在2%以内。
通过对爆轰反应区中铝粉压力、温度弛豫时间的计算,发现爆轰产物压力是平衡的,温度是不平衡 的。对传统CJ模型进行了改进,考虑爆轰产物的多相性和产物温度间的非平衡性,提出了一种新的计算含 铝炸药爆速的模型。采用该模型对几种含铝炸药的爆速进行了计算,并与已有的实验数据进行了对比,计算 结果优于传统CJ模型,与实验的误差在2%以内。
2013, 33(3): 315-321.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0315-06
摘要:
通过建立简化的人体胸部三维有限元模型,模拟爆炸冲击波与人体胸部作用,根据人体胸部各个 器官的不同,选择合理的材料模型和参数,提出LS-DYNA有限元程序局部平面波改进方法,研究爆炸冲击波 与人体胸部作用的力学过程。依据人体胸部各个器官运动的速度差,预测创伤的区域分布;给出肺模型的压、 拉应力及剪切应力的变化规律,分析肺的创伤区域的分布,与解剖实验结果基本一致。对比Bowen创伤曲 线,证明人体胸部三维有限元模型可以有效得到冲击波创伤特征。
通过建立简化的人体胸部三维有限元模型,模拟爆炸冲击波与人体胸部作用,根据人体胸部各个 器官的不同,选择合理的材料模型和参数,提出LS-DYNA有限元程序局部平面波改进方法,研究爆炸冲击波 与人体胸部作用的力学过程。依据人体胸部各个器官运动的速度差,预测创伤的区域分布;给出肺模型的压、 拉应力及剪切应力的变化规律,分析肺的创伤区域的分布,与解剖实验结果基本一致。对比Bowen创伤曲 线,证明人体胸部三维有限元模型可以有效得到冲击波创伤特征。
2013, 33(3): 321-325.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0321-04
摘要:
运用MEMS加速度计MMA8453Q和单片机MSP430设计了一种针对放入式电子测压器的倒置 开关。利用加速度计方向检测功能,单片机通过I2C接口读取加速度,判断是否倒置。倒置开关经步进电机 多次旋转倒置测试成功率达到100%,并利用霍普金森杆进行了抗过载测试。结果表明,在受到45000g 冲击 后仍能正常工作,能满足火炮等高冲击场合的测试要求。
运用MEMS加速度计MMA8453Q和单片机MSP430设计了一种针对放入式电子测压器的倒置 开关。利用加速度计方向检测功能,单片机通过I2C接口读取加速度,判断是否倒置。倒置开关经步进电机 多次旋转倒置测试成功率达到100%,并利用霍普金森杆进行了抗过载测试。结果表明,在受到45000g 冲击 后仍能正常工作,能满足火炮等高冲击场合的测试要求。
2013, 33(3): 325-330.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0325-05
摘要:
针对不同边界条件下,炸药水下爆炸的能量输出结构,设置自由场、沉底、近水底和近水面等不同 边界条件水下爆炸实验。结果表明,炸药在距水底、水面一定距离时爆炸,边界条件对冲击波影响较小,对气 泡脉动影响较大;当炸药与水底距离小于1倍最大气泡半径处爆炸时,由于水底边界影响,不能形成完整的气 泡脉动;当炸药在距水面小于1倍最大气泡半径处爆炸时,气泡直接溢出水面,不能形成气泡脉动压力;当炸 药在距水面1~1.5倍最大气泡半径处爆炸时,部分气泡溢出水面,气泡脉动压力较自由场爆炸时小;气泡在 膨胀和收缩过程中,由于气泡不断上升,水面对气泡脉动的影响范围要大于水底。
针对不同边界条件下,炸药水下爆炸的能量输出结构,设置自由场、沉底、近水底和近水面等不同 边界条件水下爆炸实验。结果表明,炸药在距水底、水面一定距离时爆炸,边界条件对冲击波影响较小,对气 泡脉动影响较大;当炸药与水底距离小于1倍最大气泡半径处爆炸时,由于水底边界影响,不能形成完整的气 泡脉动;当炸药在距水面小于1倍最大气泡半径处爆炸时,气泡直接溢出水面,不能形成气泡脉动压力;当炸 药在距水面1~1.5倍最大气泡半径处爆炸时,部分气泡溢出水面,气泡脉动压力较自由场爆炸时小;气泡在 膨胀和收缩过程中,由于气泡不断上升,水面对气泡脉动的影响范围要大于水底。
2013, 33(3): 330-336.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)03-0330-07
摘要:
为了研究爆炸近区内装药形状对爆炸载荷的影响,运用压杆法测量了爆炸容器内壁的压力。通过 实验发现,对于圆柱装药径向方向上的正反射爆炸载荷,等长径圆柱装药的压力峰值、冲量与相同当量下球形 装药对应量的比最大超过2。还通过实验验证了数值模拟,并运用数值模拟获得2种装药形状下爆炸载荷的 静水压、密度、粒子速度,得到爆炸近区内2种装药形状载荷的差异以及该差异随爆心距离的变化规律。
为了研究爆炸近区内装药形状对爆炸载荷的影响,运用压杆法测量了爆炸容器内壁的压力。通过 实验发现,对于圆柱装药径向方向上的正反射爆炸载荷,等长径圆柱装药的压力峰值、冲量与相同当量下球形 装药对应量的比最大超过2。还通过实验验证了数值模拟,并运用数值模拟获得2种装药形状下爆炸载荷的 静水压、密度、粒子速度,得到爆炸近区内2种装药形状载荷的差异以及该差异随爆心距离的变化规律。
