2016年 36卷 第3期
2016, 36(3): 289-296.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0289-08
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摘要:
利用模型实验的手段模拟了巷道的爆破掘进，并在实验中辅以声波测试，通过分析声波波速和声波波形的变化规律，研究了新喷射混凝土在多次爆破动载作用下的累积损伤效应。实验结果表明，爆破次数、与掌子面之间的距离和爆破药量均会影响喷射混凝土的累积损伤，这种影响体现在声波波速和波形2个方面：爆破次数增加、距离减小和药量增加，则声速降低值越大，波形变化越明显，即累积损伤值越大；爆破次数和距掌子面的距离均与累积损伤呈非线性关系，其中距离与爆破损伤之间的非线性关系可以用二次多项式进行较好的拟合；第一次爆破对声速和波形影响最大，造成的单次损伤值也最大；在小药量爆破的情况下，测试面的最大累积损伤值达到了0.1268，表明爆破近区喷射混凝土的损伤是需要关注的重点。
利用模型实验的手段模拟了巷道的爆破掘进，并在实验中辅以声波测试，通过分析声波波速和声波波形的变化规律，研究了新喷射混凝土在多次爆破动载作用下的累积损伤效应。实验结果表明，爆破次数、与掌子面之间的距离和爆破药量均会影响喷射混凝土的累积损伤，这种影响体现在声波波速和波形2个方面：爆破次数增加、距离减小和药量增加，则声速降低值越大，波形变化越明显，即累积损伤值越大；爆破次数和距掌子面的距离均与累积损伤呈非线性关系，其中距离与爆破损伤之间的非线性关系可以用二次多项式进行较好的拟合；第一次爆破对声速和波形影响最大，造成的单次损伤值也最大；在小药量爆破的情况下，测试面的最大累积损伤值达到了0.1268，表明爆破近区喷射混凝土的损伤是需要关注的重点。
2016, 36(3): 297-304.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0297-08
摘要:
为了探究动静组合应力场作用下邻近巷道背爆侧裂纹缺陷的扩展规律，采用动静加载透射式动态焦散线方法进行了模拟实验，并结合裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率进行了分析。实验结果表明：在动静荷载作用下，邻近巷道背爆侧裂纹缺陷处也成为巷道主要扰动区，且爆炸荷载对背爆侧预制裂纹的起裂起主导作用；p=0.2 MPa时的相同动静组合应力场中，背爆侧预制裂纹的扩展位移差异与裂纹的倾角有关，当θ=75°时，爆炸应力波无法驱动裂纹起裂；在相同爆炸荷载作用下，θ=30°时，较小竖向荷载对裂纹的扩展具有抑制作用，且抑制作用随所施加的竖向荷载增加而增大，当p=0.4 MPa时，裂纹无法起裂；裂纹最终扩展位移，与裂纹尖端动态应力强度因子在极大值上下振荡变化的持续时间，或在裂纹扩展阶段能量释放率积累量，呈正相关。
为了探究动静组合应力场作用下邻近巷道背爆侧裂纹缺陷的扩展规律，采用动静加载透射式动态焦散线方法进行了模拟实验，并结合裂纹尖端的动态应力强度因子和能量释放率进行了分析。实验结果表明：在动静荷载作用下，邻近巷道背爆侧裂纹缺陷处也成为巷道主要扰动区，且爆炸荷载对背爆侧预制裂纹的起裂起主导作用；p=0.2 MPa时的相同动静组合应力场中，背爆侧预制裂纹的扩展位移差异与裂纹的倾角有关，当θ=75°时，爆炸应力波无法驱动裂纹起裂；在相同爆炸荷载作用下，θ=30°时，较小竖向荷载对裂纹的扩展具有抑制作用，且抑制作用随所施加的竖向荷载增加而增大，当p=0.4 MPa时，裂纹无法起裂；裂纹最终扩展位移，与裂纹尖端动态应力强度因子在极大值上下振荡变化的持续时间，或在裂纹扩展阶段能量释放率积累量，呈正相关。
2016, 36(3): 305-312.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0305-08
摘要:
基于网格切割思想，发展了二维/三维混合网格条件下的单元相交算法，可精确计算任意两个多边形/多面体的交集。在此基础上，实现了基于单元相交(CIB/DC)的精确守恒插值算法。二维和三维验证算例表明，该方法能够保证插值过程中计算域内物理量的严格守恒，且具有比常规二阶插值更高的精度。
基于网格切割思想，发展了二维/三维混合网格条件下的单元相交算法，可精确计算任意两个多边形/多面体的交集。在此基础上，实现了基于单元相交(CIB/DC)的精确守恒插值算法。二维和三维验证算例表明，该方法能够保证插值过程中计算域内物理量的严格守恒，且具有比常规二阶插值更高的精度。
2016, 36(3): 313-318.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0313-06
摘要:
选取当今世界几种水陆两栖飞机典型横截面为研究对象，通过进行不同投放高度和不同质量的楔形体入水冲击实验，动态测量楔形体入水冲击过程中的压力并记录自由液面变化情况，研究了不同实验件的自由液面变化、冲击压力随时间变化及局部压力分布规律等。通过对比分析，发现带舭弯的弧形横截面型式有利于降低水陆两栖飞机在复杂海况下的着水冲击载荷，可作为水陆两栖飞机设计的参考线型。
选取当今世界几种水陆两栖飞机典型横截面为研究对象，通过进行不同投放高度和不同质量的楔形体入水冲击实验，动态测量楔形体入水冲击过程中的压力并记录自由液面变化情况，研究了不同实验件的自由液面变化、冲击压力随时间变化及局部压力分布规律等。通过对比分析，发现带舭弯的弧形横截面型式有利于降低水陆两栖飞机在复杂海况下的着水冲击载荷，可作为水陆两栖飞机设计的参考线型。
2016, 36(3): 319-325.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0319-07
摘要:
提出在岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏、细观缺陷；基于能量原理和断裂力学理论推导得出了同时考虑节理几何及力学特征的宏观损伤变量(张量)的计算公式；基于综合考虑宏、细观缺陷的复合损伤变量(张量)及完整岩石动态损伤Taylor-Chen-Kuszmaul(TCK)模型，建立了相应的单轴压缩下节理岩体动态损伤本构模型；利用该模型讨论了节理内摩擦角及节理长度对岩体动态力学特性的影响规律。研究表明，试件动态峰值强度随着节理内摩擦角的增大而增大，随着节理长度的增加而减小。
提出在岩体动态损伤本构模型中应同时考虑宏、细观缺陷；基于能量原理和断裂力学理论推导得出了同时考虑节理几何及力学特征的宏观损伤变量(张量)的计算公式；基于综合考虑宏、细观缺陷的复合损伤变量(张量)及完整岩石动态损伤Taylor-Chen-Kuszmaul(TCK)模型，建立了相应的单轴压缩下节理岩体动态损伤本构模型；利用该模型讨论了节理内摩擦角及节理长度对岩体动态力学特性的影响规律。研究表明，试件动态峰值强度随着节理内摩擦角的增大而增大，随着节理长度的增加而减小。
2016, 36(3): 326-332.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0326-07
摘要:
应用SPH方法研究弹丸入水过程中的动力学特征。利用拉格朗日形式的N-S方程自编SPH程序，建立弹丸入水的计算模型，赋予相应的材料参数及状态方程，研究弹丸外形、入水速度和角度等因素对入水过程的影响。模拟结果表明：空化泡的形态及发展规律主要由弹丸的运动姿态决定；弹道越稳定，阻力因数就越小，弹丸的存速就越大。SPH方法具有较强的自适应性，适用于研究弹丸入水的流固耦合问题。
应用SPH方法研究弹丸入水过程中的动力学特征。利用拉格朗日形式的N-S方程自编SPH程序，建立弹丸入水的计算模型，赋予相应的材料参数及状态方程，研究弹丸外形、入水速度和角度等因素对入水过程的影响。模拟结果表明：空化泡的形态及发展规律主要由弹丸的运动姿态决定；弹道越稳定，阻力因数就越小，弹丸的存速就越大。SPH方法具有较强的自适应性，适用于研究弹丸入水的流固耦合问题。
2016, 36(3): 333-339.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0333-07
摘要:
利用弹道冲击摆锤系统对分层梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载下的动力响应进行了实验研究，分析了梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的变形失效模式，并与传统非梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能做了对比。通过一维应力波理论，分析了应力波在梯度芯层中的传播规律。应力波透射系数在梯度试件中比非梯度芯层中小，而且相对密度递减的芯层组合有最小的应力波透射系数。综合考虑结构变形失效模式，后面板挠度，芯层压缩量以及应力波传播特点得到：分层梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能明显优于传统的非梯度夹芯板，在所研究的荷载范围内，芯层相对密度从大到小排列试件的抗爆性能相对较好。
利用弹道冲击摆锤系统对分层梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载下的动力响应进行了实验研究，分析了梯度蜂窝夹芯板在爆炸荷载作用下的变形失效模式，并与传统非梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能做了对比。通过一维应力波理论，分析了应力波在梯度芯层中的传播规律。应力波透射系数在梯度试件中比非梯度芯层中小，而且相对密度递减的芯层组合有最小的应力波透射系数。综合考虑结构变形失效模式，后面板挠度，芯层压缩量以及应力波传播特点得到：分层梯度蜂窝夹芯板的抗爆性能明显优于传统的非梯度夹芯板，在所研究的荷载范围内，芯层相对密度从大到小排列试件的抗爆性能相对较好。
2016, 36(3): 340-346.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0340-07
摘要:
为了获得在典型空腔内发生爆炸后，结构壁面上爆炸载荷的分布规律和空腔结构的破坏形式，以国防工事和人防工事的等级设计规范为依据，设计了长方体单腔室空腔模型，并对该模型进行了药量逐渐递增直至可使结构破坏的内爆炸实验。用压力传感器和加速度传感器分别记录了单腔室壁面上爆炸载荷的压力时程曲线和结构壁面振动的加速度时程曲线，分析了壁面上爆炸载荷的分布规律以及模型结构的破坏形式，并将首个峰值的实测数据与理论计算和数值模拟结果进行了对比，探讨了3种研究方法产生误差的原因。
为了获得在典型空腔内发生爆炸后，结构壁面上爆炸载荷的分布规律和空腔结构的破坏形式，以国防工事和人防工事的等级设计规范为依据，设计了长方体单腔室空腔模型，并对该模型进行了药量逐渐递增直至可使结构破坏的内爆炸实验。用压力传感器和加速度传感器分别记录了单腔室壁面上爆炸载荷的压力时程曲线和结构壁面振动的加速度时程曲线，分析了壁面上爆炸载荷的分布规律以及模型结构的破坏形式，并将首个峰值的实测数据与理论计算和数值模拟结果进行了对比，探讨了3种研究方法产生误差的原因。
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2016, 36(3): 347-352.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0347-06
摘要:
依靠激波管可视化实验台架，完成了油气爆炸的氮气非预混抑制实验，获得了火焰前锋在氮气非预混段内衰减、熄灭过程的高速摄影照片。通过对实验数据和高速摄影照片的分析，讨论了油气爆炸氮气非预混抑制过程的超压特性和火焰行为。结果表明，采用氮气非预混手段能显著降低油气爆炸过程的超压与超压上升速率。油气爆炸的氮气非预混抑爆过程经历了惯性相持期、抑制衰减期和扩散熄灭期3个阶段。氮气分子作为第三体参与化学反应并携带走高能自由基的能量，促使链式反应向中止链大量发展，这是油气爆炸氮气非预混抑制过程的主要机理。抑制衰减期的火焰由衰减抑制区和核心区火焰构成，火焰与氮气的相互作用主要发生在衰减抑制区内。在抑制衰减期内，火焰速度的衰减可用线性公式描述。
依靠激波管可视化实验台架，完成了油气爆炸的氮气非预混抑制实验，获得了火焰前锋在氮气非预混段内衰减、熄灭过程的高速摄影照片。通过对实验数据和高速摄影照片的分析，讨论了油气爆炸氮气非预混抑制过程的超压特性和火焰行为。结果表明，采用氮气非预混手段能显著降低油气爆炸过程的超压与超压上升速率。油气爆炸的氮气非预混抑爆过程经历了惯性相持期、抑制衰减期和扩散熄灭期3个阶段。氮气分子作为第三体参与化学反应并携带走高能自由基的能量，促使链式反应向中止链大量发展，这是油气爆炸氮气非预混抑制过程的主要机理。抑制衰减期的火焰由衰减抑制区和核心区火焰构成，火焰与氮气的相互作用主要发生在衰减抑制区内。在抑制衰减期内，火焰速度的衰减可用线性公式描述。
2016, 36(3): 353-358.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0353-06
摘要:
为了获得楔形罩线型聚能装药射流侵彻钢锭的特点和规律，利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了三维数值计算模型，并进行了数值模拟。在此基础上，进行了实际的切割实验：对于某一炸高条件，切割深度随时间的增加先快速增加，后缓慢增加；对于不同的炸高，切割深度随炸高的增加而缓慢增加，当炸高为40~60 mm和70~120 mm时，侵彻深度表现出对炸高的不敏感性；同时，获得了不同炸高条件下不同时刻的钢锭切口断面形状。结果表明，数值模拟和切割实验结果有很好的一致性，可以用该三维数值计算模型模拟实际切割器侵彻钢靶的过程，并获得其特点和规律。
为了获得楔形罩线型聚能装药射流侵彻钢锭的特点和规律，利用ANSYS/LS-DYNA软件建立了三维数值计算模型，并进行了数值模拟。在此基础上，进行了实际的切割实验：对于某一炸高条件，切割深度随时间的增加先快速增加，后缓慢增加；对于不同的炸高，切割深度随炸高的增加而缓慢增加，当炸高为40~60 mm和70~120 mm时，侵彻深度表现出对炸高的不敏感性；同时，获得了不同炸高条件下不同时刻的钢锭切口断面形状。结果表明，数值模拟和切割实验结果有很好的一致性，可以用该三维数值计算模型模拟实际切割器侵彻钢靶的过程，并获得其特点和规律。
2016, 36(3): 359-369.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0359-11
摘要:
将靶体视为不可压缩材料，假定空腔膨胀产生塑性-弹性响应分区，构造了靶背自由表面效应的衰减函数。将衰减函数乘以可压缩幂次硬化材料的阻力方程，得到了弹体贯穿金属靶板的阻力函数。基于弹性衰减-塑性衰减-开裂3个阶段，建立了同时考虑靶体可压缩性、靶背自由表面和开裂影响的弹体贯穿有限厚金属靶板的分析模型，推导得出了弹体瞬时速度的解析方程，并采用数值方法计算得到了弹体的过载、瞬时速度和残余速度。通过与6组实验数据和已有模型的对比得到，当靶板厚度和弹体冲击速度在一定范围内时，需要考虑自由表面效应的影响。
将靶体视为不可压缩材料，假定空腔膨胀产生塑性-弹性响应分区，构造了靶背自由表面效应的衰减函数。将衰减函数乘以可压缩幂次硬化材料的阻力方程，得到了弹体贯穿金属靶板的阻力函数。基于弹性衰减-塑性衰减-开裂3个阶段，建立了同时考虑靶体可压缩性、靶背自由表面和开裂影响的弹体贯穿有限厚金属靶板的分析模型，推导得出了弹体瞬时速度的解析方程，并采用数值方法计算得到了弹体的过载、瞬时速度和残余速度。通过与6组实验数据和已有模型的对比得到，当靶板厚度和弹体冲击速度在一定范围内时，需要考虑自由表面效应的影响。
2016, 36(3): 370-378.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0370-09
摘要:
为了研究充填裂隙岩石动态断裂时裂纹扩展规律，以空气、黏土和水作为有机玻璃的预制裂隙充填材料，在炮孔与预制裂隙的不同夹角、不同距离条件下，通过单发雷管加载，对3种不同裂隙充填物的有机玻璃模型进行了起爆实验。结果表明：爆炸裂纹几乎都不会越过预制裂隙；空气充填模型裂纹总数、左端翼裂纹几乎全部大于黏土和水充填模型；最长裂纹分布位置和长度与反射应力波传播方向和能量有关；空气充填模型右端翼裂纹多随角度增大而增长，黏土充填模型右端翼裂纹则表现为先增后减；爆炸裂纹扩展对充填物种类具有敏感性。
为了研究充填裂隙岩石动态断裂时裂纹扩展规律，以空气、黏土和水作为有机玻璃的预制裂隙充填材料，在炮孔与预制裂隙的不同夹角、不同距离条件下，通过单发雷管加载，对3种不同裂隙充填物的有机玻璃模型进行了起爆实验。结果表明：爆炸裂纹几乎都不会越过预制裂隙；空气充填模型裂纹总数、左端翼裂纹几乎全部大于黏土和水充填模型；最长裂纹分布位置和长度与反射应力波传播方向和能量有关；空气充填模型右端翼裂纹多随角度增大而增长，黏土充填模型右端翼裂纹则表现为先增后减；爆炸裂纹扩展对充填物种类具有敏感性。
2016, 36(3): 379-385.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0379-07
摘要:
激波在收缩管内的反射与聚焦会形成高温高压区，点燃可燃混合气并诱导爆轰，因此对爆轰发动机的点火具有重要意义。本文基于二维N-S方程，结合五阶WENO格式，对马赫数为6的正激波在三角形楔面内的反射与聚焦现象进行了数值研究。结果表明，楔面顶角的变化对激波的反射类型以及聚焦均有明显的影响：随着顶角的增加，激波的反射类型从马赫反射向过渡马赫反射和双马赫反射转变，且壁面上的前向射流更加明显；三波点第一次碰撞产生的高温高压区足够满足可燃混合气体的点火条件，且其温度与压力值随顶角的增加而增大；当激波在楔面上发生临界双马赫反射时，温度与压力达到最大；当顶角增加到一定值时，激波在楔面反射转变为常规反射，不会产生激波对碰，因而没有高温高压区。
激波在收缩管内的反射与聚焦会形成高温高压区，点燃可燃混合气并诱导爆轰，因此对爆轰发动机的点火具有重要意义。本文基于二维N-S方程，结合五阶WENO格式，对马赫数为6的正激波在三角形楔面内的反射与聚焦现象进行了数值研究。结果表明，楔面顶角的变化对激波的反射类型以及聚焦均有明显的影响：随着顶角的增加，激波的反射类型从马赫反射向过渡马赫反射和双马赫反射转变，且壁面上的前向射流更加明显；三波点第一次碰撞产生的高温高压区足够满足可燃混合气体的点火条件，且其温度与压力值随顶角的增加而增大；当激波在楔面上发生临界双马赫反射时，温度与压力达到最大；当顶角增加到一定值时，激波在楔面反射转变为常规反射，不会产生激波对碰，因而没有高温高压区。
2016, 36(3): 386-390.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0386-05
摘要:
随着空间碎片的日益增多，在轨运行航天器的高压太阳电池阵受到空间碎片撞击的影响需要得到评估。通过二级轻气炮加载弹丸，应用Langmuir三探针和电流、电压探针对空间用硅太阳电池阵在不同碰撞速度下产生的放电效应进行了实验研究。结果表明，空间碎片撞击太阳电池阵会诱发产生放电现象，撞击过程产生的高浓度等离子体是放电现象产生的诱因，且碰撞速度越大，对太阳电池阵产生的损伤越严重。
随着空间碎片的日益增多，在轨运行航天器的高压太阳电池阵受到空间碎片撞击的影响需要得到评估。通过二级轻气炮加载弹丸，应用Langmuir三探针和电流、电压探针对空间用硅太阳电池阵在不同碰撞速度下产生的放电效应进行了实验研究。结果表明，空间碎片撞击太阳电池阵会诱发产生放电现象，撞击过程产生的高浓度等离子体是放电现象产生的诱因，且碰撞速度越大，对太阳电池阵产生的损伤越严重。
2016, 36(3): 391-399.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0391-09
摘要:
为研究大型商用飞机撞击核电站屏蔽厂房的毁伤特性，建立了Boeing 767商用飞机和双钢板混凝土屏蔽厂房的有限元模型，模拟两者的相互撞击作用过程，得到飞机不同部位(机身、发动机)对屏蔽厂房的撞击力时程曲线，对每一个作用部分给出简化撞击力曲线和作用面积，确定了撞击力分布形式。结果分析表明：飞机轴向网格尺寸对撞击力影响较大；屏蔽厂房被撞击部位变形明显，其他区域变形较小；撞击速度对撞击作用时间影响较小，而对结构响应位移影响很大，撞击力合力随着撞击速度的降低迅速下降。
为研究大型商用飞机撞击核电站屏蔽厂房的毁伤特性，建立了Boeing 767商用飞机和双钢板混凝土屏蔽厂房的有限元模型，模拟两者的相互撞击作用过程，得到飞机不同部位(机身、发动机)对屏蔽厂房的撞击力时程曲线，对每一个作用部分给出简化撞击力曲线和作用面积，确定了撞击力分布形式。结果分析表明：飞机轴向网格尺寸对撞击力影响较大；屏蔽厂房被撞击部位变形明显，其他区域变形较小；撞击速度对撞击作用时间影响较小，而对结构响应位移影响很大，撞击力合力随着撞击速度的降低迅速下降。
2016, 36(3): 400-406.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0400-07
摘要:
为探寻非钻孔条件下露天爆破大块二次破碎形态的控制方法, 应用线性聚能射流对圆柱混凝土模型试件进行侵彻实验, 使用High-speed 3D DIC(高速三维数字图像相关方法)方法分析试件劈裂发展过程的全场三维形变特征。研究结果表明, 数据分析区内劈裂裂纹扩展速度在4个区间内呈阶梯式变化趋势, 峰值速度为235.52 m/s, 平均速度为140.89 m/s；线性聚能射流侵彻对劈裂裂纹扩展有明显导向作用, 应力集中作用使得劈裂裂纹围绕线性射流侵彻对称轴扩展, 扩展方向变化幅度较小；在劈裂裂纹扩展速度突变的3个时刻, 劈裂裂纹路径产生了3处明显拐点, 在拐点处伴随有支裂纹的产生, 支裂纹的扩展距离均未超过5 cm；主应变集中带形状及分布位置决定了裂纹扩展路径及趋势, 拉应变集中先于裂纹出现, 试件呈现准静态劈裂形态, 劈裂面平整度较高。
为探寻非钻孔条件下露天爆破大块二次破碎形态的控制方法, 应用线性聚能射流对圆柱混凝土模型试件进行侵彻实验, 使用High-speed 3D DIC(高速三维数字图像相关方法)方法分析试件劈裂发展过程的全场三维形变特征。研究结果表明, 数据分析区内劈裂裂纹扩展速度在4个区间内呈阶梯式变化趋势, 峰值速度为235.52 m/s, 平均速度为140.89 m/s；线性聚能射流侵彻对劈裂裂纹扩展有明显导向作用, 应力集中作用使得劈裂裂纹围绕线性射流侵彻对称轴扩展, 扩展方向变化幅度较小；在劈裂裂纹扩展速度突变的3个时刻, 劈裂裂纹路径产生了3处明显拐点, 在拐点处伴随有支裂纹的产生, 支裂纹的扩展距离均未超过5 cm；主应变集中带形状及分布位置决定了裂纹扩展路径及趋势, 拉应变集中先于裂纹出现, 试件呈现准静态劈裂形态, 劈裂面平整度较高。
2016, 36(3): 407-415.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0407-09
摘要:
在内燃机中，HCCI(均值混合气压燃)爆震、汽油机常规爆震、汽油机超级爆震都是由未燃混合气自燃引起的化学能突然释放，从而产生振荡燃烧，但其压升率及压力振荡幅值却截然不同。为了阐明其中机理，根据上述的带震荡的燃烧压力波变化规律，提出以实验测得的放热率为基础的“能量注入法”，建立了3种自燃模式。通过对能量方程中的热源项进行分类改变，进而对3种自燃模式进行数值模拟、对其产生的压力波动进行比较分析。模拟结果表明，不同震荡特征的燃烧压力波源于不同的自燃模式，从而导致其宏观表现的压升率以及压力波振荡幅值有极大的差异。以放热率为基础的“能量注入法”能准确、快捷地探究内燃机燃烧室中压力波的形成与传播。
在内燃机中，HCCI(均值混合气压燃)爆震、汽油机常规爆震、汽油机超级爆震都是由未燃混合气自燃引起的化学能突然释放，从而产生振荡燃烧，但其压升率及压力振荡幅值却截然不同。为了阐明其中机理，根据上述的带震荡的燃烧压力波变化规律，提出以实验测得的放热率为基础的“能量注入法”，建立了3种自燃模式。通过对能量方程中的热源项进行分类改变，进而对3种自燃模式进行数值模拟、对其产生的压力波动进行比较分析。模拟结果表明，不同震荡特征的燃烧压力波源于不同的自燃模式，从而导致其宏观表现的压升率以及压力波振荡幅值有极大的差异。以放热率为基础的“能量注入法”能准确、快捷地探究内燃机燃烧室中压力波的形成与传播。
2016, 36(3): 416-421.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0416-06
摘要:
采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA程序对静态和冲击荷载作用下的含裂纹半圆弯曲(SCB)实验进行了数值模拟。根据静态实验的模拟结果，提出了适合复合型加载的Ⅰ型应力强度因子拟合公式，采用该公式计算应力强度因子的最大误差不超过10%。动态实验的模拟结果表明：对于纯Ⅰ型加载的SCB实验，动态应力强度因子随着试样半径、支座间距以及相对裂纹长度的变化呈现规律性变化；当试样半径小于60mm、相对支座间距为1.2、相对裂纹长度在0.1~0.4范围内时，惯性效应的影响较小，采用静态拟合公式计算裂尖的动态应力强度因子的误差约10%；对于复合型加载的SCB实验，当相对裂纹长度为0.2~0.4、裂纹倾角在10°~40°范围内时，采用静态拟合公式计算裂尖的动态应力强度因子的误差小于10%。
采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA程序对静态和冲击荷载作用下的含裂纹半圆弯曲(SCB)实验进行了数值模拟。根据静态实验的模拟结果，提出了适合复合型加载的Ⅰ型应力强度因子拟合公式，采用该公式计算应力强度因子的最大误差不超过10%。动态实验的模拟结果表明：对于纯Ⅰ型加载的SCB实验，动态应力强度因子随着试样半径、支座间距以及相对裂纹长度的变化呈现规律性变化；当试样半径小于60mm、相对支座间距为1.2、相对裂纹长度在0.1~0.4范围内时，惯性效应的影响较小，采用静态拟合公式计算裂尖的动态应力强度因子的误差约10%；对于复合型加载的SCB实验，当相对裂纹长度为0.2~0.4、裂纹倾角在10°~40°范围内时，采用静态拟合公式计算裂尖的动态应力强度因子的误差小于10%。
2016, 36(3): 422-428.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0422-07
摘要:
混凝土类不均匀脆性材料的率敏感性主要是由于混凝土的不均匀性造成的，不均匀性使得不同速率的动裂纹发展路径不同，决定了不同速率的抗折动强度不同。基于此，提出混凝土抗折动强度由砂浆与骨料的抗折静强度的加权平均值再加上惯性项组成的代数表达式，并预测混凝土材料在爆炸冲击荷载条件下的极限抗折动强度。最后通过特殊设计的单一菱形净浆骨料三点弯实验, 验证了不同加载速率时破坏裂纹的发展路径及抗折动强度变化规律。
混凝土类不均匀脆性材料的率敏感性主要是由于混凝土的不均匀性造成的，不均匀性使得不同速率的动裂纹发展路径不同，决定了不同速率的抗折动强度不同。基于此，提出混凝土抗折动强度由砂浆与骨料的抗折静强度的加权平均值再加上惯性项组成的代数表达式，并预测混凝土材料在爆炸冲击荷载条件下的极限抗折动强度。最后通过特殊设计的单一菱形净浆骨料三点弯实验, 验证了不同加载速率时破坏裂纹的发展路径及抗折动强度变化规律。
2016, 36(3): 429-432.
doi: 10.11883/1001-1455(2016)03-0429-04
摘要:
将CO2充入的液化石油气中并进行点火，研究不同初始温度下CO2对多元混合气液化石油气爆炸的抑制作用。实验显示：初始温度15℃时CO2体积分数达到36%时，混合气体退出可爆范围，临界氧浓度为12.8%；初始温度50℃时CO2体积分数达到39%时，混合气体退出可爆范围，临界氧浓度为12.2%。结果表明：CO2对液化石油气爆炸的抑制效果在一定程度上要受环境温度的影响。
将CO2充入的液化石油气中并进行点火，研究不同初始温度下CO2对多元混合气液化石油气爆炸的抑制作用。实验显示：初始温度15℃时CO2体积分数达到36%时，混合气体退出可爆范围，临界氧浓度为12.8%；初始温度50℃时CO2体积分数达到39%时，混合气体退出可爆范围，临界氧浓度为12.2%。结果表明：CO2对液化石油气爆炸的抑制效果在一定程度上要受环境温度的影响。
