2018年 38卷 第5期
2018, 38(5): 937-947.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0329
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为研究圆盘结构下旋转爆震波的传播特性，通过改变反应物的质量流率及当量比，在非预混圆盘形旋转爆震模型发动机（rotating denonation engine，RDE）上进行实验研究。结果表明，爆震波在圆盘形RDE上成功起始并能够连续传播，得到了两种传播模态：单波模态和双波模态，在发动机工作过程中发现，集气腔与燃烧室存在相互作用。当反应物质量流率小于159.20 g/s时，旋转爆震波以单波模态稳定传播，爆震波传播频率为4.56~4.62 kHz，越靠近燃烧室外圆，爆震波的压力峰值及传播速度越大；当质量流率大于186.89 m/s时，旋转爆震波以双波模态传播，传播频率为8.59~8.64 kHz。双波传播模态经历四个阶段：起爆阶段的单波段、稳定双波段、不稳定双波段、排气阶段转单波段。当质量流率介于159.20~186.89 g/s之间时，旋转爆震波以单/双波混合模态传播。反应物当量比在1附近时，爆震波的传播过程较稳定，偏离1，爆震波传播不稳定，初始阶段起爆失败或传播过程中存在间断。
为研究圆盘结构下旋转爆震波的传播特性，通过改变反应物的质量流率及当量比，在非预混圆盘形旋转爆震模型发动机（rotating denonation engine，RDE）上进行实验研究。结果表明，爆震波在圆盘形RDE上成功起始并能够连续传播，得到了两种传播模态：单波模态和双波模态，在发动机工作过程中发现，集气腔与燃烧室存在相互作用。当反应物质量流率小于159.20 g/s时，旋转爆震波以单波模态稳定传播，爆震波传播频率为4.56~4.62 kHz，越靠近燃烧室外圆，爆震波的压力峰值及传播速度越大；当质量流率大于186.89 m/s时，旋转爆震波以双波模态传播，传播频率为8.59~8.64 kHz。双波传播模态经历四个阶段：起爆阶段的单波段、稳定双波段、不稳定双波段、排气阶段转单波段。当质量流率介于159.20~186.89 g/s之间时，旋转爆震波以单/双波混合模态传播。反应物当量比在1附近时，爆震波的传播过程较稳定，偏离1，爆震波传播不稳定，初始阶段起爆失败或传播过程中存在间断。
2018, 38(5): 948-956.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0328
摘要:
光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics，SPH）被广泛应用于薄板超高速撞击碎片云的数值模拟。利用AUTODYN软件中的SPH模块，考察了无失效模型、Grady失效模型和最大拉应力失效模型3种方案下碎片云模拟结果，发现无失效模型时计算结果及材料表现与实验明显不符；相比于Grady失效模型，最大拉应力失效模型下材料更难失效，将小幅度减弱碎片云扩散程度，碎片总数减少，粒子聚集产生更大碎片，碎片云侵彻性能提高，增大模型失效阈值亦有上述表现。相比而言，Grady失效模型计算结果更符合实验，但2种失效模型间差异与撞击工况相关，材料破碎越充分差异越小。
光滑粒子流体动力学方法（smoothed particle hydrodynamics，SPH）被广泛应用于薄板超高速撞击碎片云的数值模拟。利用AUTODYN软件中的SPH模块，考察了无失效模型、Grady失效模型和最大拉应力失效模型3种方案下碎片云模拟结果，发现无失效模型时计算结果及材料表现与实验明显不符；相比于Grady失效模型，最大拉应力失效模型下材料更难失效，将小幅度减弱碎片云扩散程度，碎片总数减少，粒子聚集产生更大碎片，碎片云侵彻性能提高，增大模型失效阈值亦有上述表现。相比而言，Grady失效模型计算结果更符合实验，但2种失效模型间差异与撞击工况相关，材料破碎越充分差异越小。
2018, 38(5): 957-965.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0075
摘要:
采用分离式霍普金森压杆（SHPB）加载方法和高速摄影技术，对混合压制烧结法制备的铝颗粒增强聚四氟乙烯复合材料（polytetrafluoroethylene/Al，PTFE/Al）的冲击反应临界条件进行研究。实验中采用钢杆、铝杆和不同尺寸的试样，进行不同加载条件下的测试，实验结果表明：PTFE/Al复合材料的冲击反应过程主要可分为变形、碎裂、反应阶段，其冲击反应临界同时关联于应力和应变率。并基于实验获得了PTFE/Al复合材料的冲击反应临界渐进线应力和应变率，通过对实验数据的归纳和分析，初步提出实验条件下关联应力和应变率的PTFE/Al临界反应关系式，获得冲击反应阈值预测曲线。
采用分离式霍普金森压杆（SHPB）加载方法和高速摄影技术，对混合压制烧结法制备的铝颗粒增强聚四氟乙烯复合材料（polytetrafluoroethylene/Al，PTFE/Al）的冲击反应临界条件进行研究。实验中采用钢杆、铝杆和不同尺寸的试样，进行不同加载条件下的测试，实验结果表明：PTFE/Al复合材料的冲击反应过程主要可分为变形、碎裂、反应阶段，其冲击反应临界同时关联于应力和应变率。并基于实验获得了PTFE/Al复合材料的冲击反应临界渐进线应力和应变率，通过对实验数据的归纳和分析，初步提出实验条件下关联应力和应变率的PTFE/Al临界反应关系式，获得冲击反应阈值预测曲线。
2018, 38(5): 966-976.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0090
摘要:
为获得大型全容式LNG储罐混凝土穹顶结构在圆柱形刚体冲击作用下的动力响应、失效模式以及失效机理，基于160 000 m3的LNG储罐，应用ANSYS/LS-DYNA建立LNG储罐精细化有限元数值模型，并通过对弹丸冲击混凝土靶板实验的数值模拟，验证了有限元模拟方法及材料模型的适用性。通过分析圆柱体冲击物撞击下LNG储罐的动力响应，提出储罐穹顶结构的3种失效模式即局部凹陷、混凝土剥落、击穿破坏，并根据冲击过程中能量的传递特征揭示了每类失效模式对应的失效机理。最后通过大量参数分析获得不同冲击物直径、冲击位置、冲击角度对LNG储罐结构的最大冲击响应及失效模式的影响规律。结果表明，冲击角度、冲击物直径对LNG储罐混凝土外罐穹顶的失效模式影响较大，冲击位置对储罐穹顶失效模式的影响较小，可以忽略。
为获得大型全容式LNG储罐混凝土穹顶结构在圆柱形刚体冲击作用下的动力响应、失效模式以及失效机理，基于160 000 m3的LNG储罐，应用ANSYS/LS-DYNA建立LNG储罐精细化有限元数值模型，并通过对弹丸冲击混凝土靶板实验的数值模拟，验证了有限元模拟方法及材料模型的适用性。通过分析圆柱体冲击物撞击下LNG储罐的动力响应，提出储罐穹顶结构的3种失效模式即局部凹陷、混凝土剥落、击穿破坏，并根据冲击过程中能量的传递特征揭示了每类失效模式对应的失效机理。最后通过大量参数分析获得不同冲击物直径、冲击位置、冲击角度对LNG储罐结构的最大冲击响应及失效模式的影响规律。结果表明，冲击角度、冲击物直径对LNG储罐混凝土外罐穹顶的失效模式影响较大，冲击位置对储罐穹顶失效模式的影响较小，可以忽略。
2018, 38(5): 977-984.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0013
摘要:
为了准确、高效地对拆除爆破工程进行数值模拟，考虑钢筋混凝土受拉刚化效应以及配筋率对受拉刚化效应的影响和受压箍筋约束效应，采用组合模量的方法给出了一个简化的钢筋混凝土本构关系，在LS-DYNA有限元软件中的混凝土损伤塑性模型的基础上，通过参数修改建立新的钢筋混凝土损伤塑性模型模拟来钢筋混凝土。在实验验证的基础上，采用钢筋混凝土损伤塑性等效模型对一双切口钢筋混凝土烟囱延时爆破拆除效果进行数值模拟，数值模拟结果表明该模型可以准确反映烟囱倒塌破坏及运动过程。
为了准确、高效地对拆除爆破工程进行数值模拟，考虑钢筋混凝土受拉刚化效应以及配筋率对受拉刚化效应的影响和受压箍筋约束效应，采用组合模量的方法给出了一个简化的钢筋混凝土本构关系，在LS-DYNA有限元软件中的混凝土损伤塑性模型的基础上，通过参数修改建立新的钢筋混凝土损伤塑性模型模拟来钢筋混凝土。在实验验证的基础上，采用钢筋混凝土损伤塑性等效模型对一双切口钢筋混凝土烟囱延时爆破拆除效果进行数值模拟，数值模拟结果表明该模型可以准确反映烟囱倒塌破坏及运动过程。
2018, 38(5): 985-992.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0029
摘要:
将震源矩张量中的各分量作为权重因子，利用基本Green函数的线性组合可以对地震波场进行描述，本文利用水平分层模型下的广义反射-透射系数方法的地震波场正演公式，反演了苏联东哈萨克斯坦地下核试验场的7次地下核爆炸、3次震中位置相近的天然地震的震源矩张量，反演结果表明地下核爆炸震源明显含有爆炸源成分，同时包含双力偶成分（DC）和线性偶极补偿源成分（CLVD），且CLVD成分比重大，CLVD的存在可用层裂机制来解释；天然地震震源矩张量的反演结果表明，DC源为主要成分，符合剪切位错震源模式。
将震源矩张量中的各分量作为权重因子，利用基本Green函数的线性组合可以对地震波场进行描述，本文利用水平分层模型下的广义反射-透射系数方法的地震波场正演公式，反演了苏联东哈萨克斯坦地下核试验场的7次地下核爆炸、3次震中位置相近的天然地震的震源矩张量，反演结果表明地下核爆炸震源明显含有爆炸源成分，同时包含双力偶成分（DC）和线性偶极补偿源成分（CLVD），且CLVD成分比重大，CLVD的存在可用层裂机制来解释；天然地震震源矩张量的反演结果表明，DC源为主要成分，符合剪切位错震源模式。
2018, 38(5): 993-998.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0003
摘要:
在矩形管道粉尘爆炸装置中开展系列实验，系统研究了点火延迟时间、粉尘粒度及粉尘浓度对铝粉尘爆炸过程中最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率的影响。研究结果表明：不同的点火延迟时间对铝粉尘爆炸压力有显著影响，随着点火延迟时间由小变大，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率呈现先增大后减小的趋势，且不同粒径的铝粉尘最大爆炸压力对应有不同点火延迟时间。随铝粉粒度的减小，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率会呈现出先增大后减小的变化规律。铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随浓度的增加均表现为先变大后减小的趋势，即铝粉浓度在特定数值时会使其爆炸威力最强。
在矩形管道粉尘爆炸装置中开展系列实验，系统研究了点火延迟时间、粉尘粒度及粉尘浓度对铝粉尘爆炸过程中最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率的影响。研究结果表明：不同的点火延迟时间对铝粉尘爆炸压力有显著影响，随着点火延迟时间由小变大，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率呈现先增大后减小的趋势，且不同粒径的铝粉尘最大爆炸压力对应有不同点火延迟时间。随铝粉粒度的减小，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率会呈现出先增大后减小的变化规律。铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率随浓度的增加均表现为先变大后减小的趋势，即铝粉浓度在特定数值时会使其爆炸威力最强。
2018, 38(5): 999-1005.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0052
摘要:
利用AUTODYN二次开发接口建立三维多层密绕螺线管数值模型，并实现周期性边界条件，应用光滑粒子动力学方法对内爆压缩多层密绕螺线管过程及其界面不稳定性开展数值模拟。计算结果表明，内爆压缩螺线管结构过程存在扰动快速增长至后期的界面失稳现象，与对应的实验结果较为相符。同时，计算显示螺线管结构参数对界面不稳定性发展具有显著影响，螺旋角度减小，结构压缩后期的界面不稳定性趋于严重；铜线直径减小，结构压缩后期的界面不稳定性趋于减弱。
利用AUTODYN二次开发接口建立三维多层密绕螺线管数值模型，并实现周期性边界条件，应用光滑粒子动力学方法对内爆压缩多层密绕螺线管过程及其界面不稳定性开展数值模拟。计算结果表明，内爆压缩螺线管结构过程存在扰动快速增长至后期的界面失稳现象，与对应的实验结果较为相符。同时，计算显示螺线管结构参数对界面不稳定性发展具有显著影响，螺旋角度减小，结构压缩后期的界面不稳定性趋于严重；铜线直径减小，结构压缩后期的界面不稳定性趋于减弱。
2018, 38(5): 1006-1012.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0194
摘要:
基于深孔台阶爆破近区大量实测振动信号，总结了趋势项产生的原因主要为大振幅脉冲输入下的非线性失真及低频干扰叠加，在此基础上以测试仪器有效监测范围作为识别趋势项组成部分的判别准则。利用集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）、小波分解等信号分析手段，提出了以固有模态函数（intrinsic mode function，IMF）的频带分布为指标、人工判别的趋势项去除方法，以及基于自相关分析识别噪声特征的小波阈值去噪方法。实例证明该方法切实有效，可实现爆破信号的批量化预处理。
基于深孔台阶爆破近区大量实测振动信号，总结了趋势项产生的原因主要为大振幅脉冲输入下的非线性失真及低频干扰叠加，在此基础上以测试仪器有效监测范围作为识别趋势项组成部分的判别准则。利用集合经验模态分解（ensemble empirical mode decomposition，EEMD）、小波分解等信号分析手段，提出了以固有模态函数（intrinsic mode function，IMF）的频带分布为指标、人工判别的趋势项去除方法，以及基于自相关分析识别噪声特征的小波阈值去噪方法。实例证明该方法切实有效，可实现爆破信号的批量化预处理。
2018, 38(5): 1013-1022.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0039
摘要:
火炮驻退机的节制环经常由于冲蚀磨损导致失效。为有效减少节制环磨损程度，提高节制环的可靠性，利用材料表面强化技术，通过微弧沉积与激光熔覆2种技术工艺，制备了铜基合金和镍基合金耐磨涂层，并测试和分析了不同种类涂层的组织形貌、涂层质量及显微硬度。在制备的4种耐磨涂层中，微弧沉积铜基合金涂层和激光熔覆镍基合金涂层的性能较好。为检验合金涂层的实际耐磨性能，在驻退机内安装节制环改进件，在反后坐装置试验台上实施后坐冲击试验。从节制环改进件的磨损形貌和冲蚀磨损量等实验数据得出，激光熔覆镍基合金涂层有较好的耐磨能力，可以作为增强火炮驻退机节制环耐磨能力的有效方法。
火炮驻退机的节制环经常由于冲蚀磨损导致失效。为有效减少节制环磨损程度，提高节制环的可靠性，利用材料表面强化技术，通过微弧沉积与激光熔覆2种技术工艺，制备了铜基合金和镍基合金耐磨涂层，并测试和分析了不同种类涂层的组织形貌、涂层质量及显微硬度。在制备的4种耐磨涂层中，微弧沉积铜基合金涂层和激光熔覆镍基合金涂层的性能较好。为检验合金涂层的实际耐磨性能，在驻退机内安装节制环改进件，在反后坐装置试验台上实施后坐冲击试验。从节制环改进件的磨损形貌和冲蚀磨损量等实验数据得出，激光熔覆镍基合金涂层有较好的耐磨能力，可以作为增强火炮驻退机节制环耐磨能力的有效方法。
2018, 38(5): 1023-1030.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0043
摘要:
在Forrestal素混凝土靶侵彻的可压缩弹-塑性球形动态空腔膨胀理论模型基础上，考虑粉碎区以内钢筋对混凝土的环向约束作用，提出了一个适用于刚性弹侵彻钢筋混凝土靶的阻力模型。论文通过体积配筋率的引入，获得了钢筋混凝土靶空腔表面径向应力的理论解，并讨论了配筋率对空腔壁面径向应力及各分区大小的影响。结果表明：钢筋对混凝土的环向约束效应影响了空腔膨胀过程中混凝土各区域的大小分布，并提高了空腔表面的径向应力。
在Forrestal素混凝土靶侵彻的可压缩弹-塑性球形动态空腔膨胀理论模型基础上，考虑粉碎区以内钢筋对混凝土的环向约束作用，提出了一个适用于刚性弹侵彻钢筋混凝土靶的阻力模型。论文通过体积配筋率的引入，获得了钢筋混凝土靶空腔表面径向应力的理论解，并讨论了配筋率对空腔壁面径向应力及各分区大小的影响。结果表明：钢筋对混凝土的环向约束效应影响了空腔膨胀过程中混凝土各区域的大小分布，并提高了空腔表面的径向应力。
2018, 38(5): 1031-1038.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0049
摘要:
在长12 m的无缝不锈钢直管中，通过改变初始点火能量，探究了点火能对封闭管道内丙烷-空气混合气体爆炸传播特性和激波对管壁动态加载的影响。结果表明，初始点火能对预混气体爆炸火焰传播规律以及管壁的动态响应有显著影响：点火能越大，爆炸越剧烈，爆炸压力峰值压力和管壁最大应变就越大，且压力波和管壁应变的发展一致。火焰在传播过程中受到管道末端反射波的作用会发生短暂熄灭和复燃；管壁承受冲击波加载，应变信号主要分布在0~781.25 Hz，管壁最大应变率大于10-3 s-1，实验工况下管壁应变属动态响应。
在长12 m的无缝不锈钢直管中，通过改变初始点火能量，探究了点火能对封闭管道内丙烷-空气混合气体爆炸传播特性和激波对管壁动态加载的影响。结果表明，初始点火能对预混气体爆炸火焰传播规律以及管壁的动态响应有显著影响：点火能越大，爆炸越剧烈，爆炸压力峰值压力和管壁最大应变就越大，且压力波和管壁应变的发展一致。火焰在传播过程中受到管道末端反射波的作用会发生短暂熄灭和复燃；管壁承受冲击波加载，应变信号主要分布在0~781.25 Hz，管壁最大应变率大于10-3 s-1，实验工况下管壁应变属动态响应。
2018, 38(5): 1039-1044.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0055
摘要:
为了准确掌握靶板层裂过程和规律，基于波动力学和基本假设，建立了爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）垂直侵彻有限厚靶板时层裂的力学模型，得到了层裂点的表达式。研究结果表明：EFP速度为1 800 m/s、靶板厚度从35 mm增大到60 mm时，靶板背面弯月形层裂区厚度不断增大，弯月形层裂区长度不断减小；靶板厚度保持40 mm不变、EFP速度从1 600 m/s增大到1 900 m/s时，靶板背面层裂区厚度不断减小，弯月形层裂区长度不断增大。开展了EFP侵彻40 mm厚装甲钢靶板的实验，将实验结果和理论计算结果进行对比分析，两者吻合较好。
为了准确掌握靶板层裂过程和规律，基于波动力学和基本假设，建立了爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）垂直侵彻有限厚靶板时层裂的力学模型，得到了层裂点的表达式。研究结果表明：EFP速度为1 800 m/s、靶板厚度从35 mm增大到60 mm时，靶板背面弯月形层裂区厚度不断增大，弯月形层裂区长度不断减小；靶板厚度保持40 mm不变、EFP速度从1 600 m/s增大到1 900 m/s时，靶板背面层裂区厚度不断减小，弯月形层裂区长度不断增大。开展了EFP侵彻40 mm厚装甲钢靶板的实验，将实验结果和理论计算结果进行对比分析，两者吻合较好。
2018, 38(5): 1045-1050.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0056
摘要:
准静态压力是爆炸容器设计的重要参考数据。在球形爆炸容器内开展了爆炸加载实验，压力传感器采用齐平和导孔两种安装方式，均获得了准静态压力数据，且两组数据一致。理论推导了准静态压力的表达式，并通过拟合实测数据得到经验公式。研究结果表明：（1）爆炸冲击波在容器内部往返3次后，容器内气体压力进入准静态；（2）准静态压力与当量容积比近似呈正比例关系，比例系数为1.10 MPa·m3/kg TNT。
准静态压力是爆炸容器设计的重要参考数据。在球形爆炸容器内开展了爆炸加载实验，压力传感器采用齐平和导孔两种安装方式，均获得了准静态压力数据，且两组数据一致。理论推导了准静态压力的表达式，并通过拟合实测数据得到经验公式。研究结果表明：（1）爆炸冲击波在容器内部往返3次后，容器内气体压力进入准静态；（2）准静态压力与当量容积比近似呈正比例关系，比例系数为1.10 MPa·m3/kg TNT。
2018, 38(5): 1051-1056.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0057
摘要:
为了了解与掌握深井下水中放电冲击波对岩石的破碎作用规律，建立了静水压力高达35 MPa的电脉冲压裂装置，可模拟深井近3 000 m下的围压，并进行了不同静水压下等离子体冲击压裂实验。电脉冲压裂装置最高工作电压20 kV，最大储能40 kJ。在0~25 MPa的静水压力条件下，对6块砂岩岩样进行了冲击压裂实验。实验结果表明，随着静水压力的升高，相同放电条件下压裂产生的裂缝长度和宽度明显降低。所以静水压力的升高将使得岩样损伤范围减小，孔隙度以及渗透率提升幅度下降。静水压力对冲击压裂后裂缝的形成、分布、生长具有明显的影响。与常压下形成的裂缝相比，施加围压后裂缝多集中在电极处，数量多，但是长度较短，存在不同程度的弯曲，甚至局部区域出现了环形裂缝。
为了了解与掌握深井下水中放电冲击波对岩石的破碎作用规律，建立了静水压力高达35 MPa的电脉冲压裂装置，可模拟深井近3 000 m下的围压，并进行了不同静水压下等离子体冲击压裂实验。电脉冲压裂装置最高工作电压20 kV，最大储能40 kJ。在0~25 MPa的静水压力条件下，对6块砂岩岩样进行了冲击压裂实验。实验结果表明，随着静水压力的升高，相同放电条件下压裂产生的裂缝长度和宽度明显降低。所以静水压力的升高将使得岩样损伤范围减小，孔隙度以及渗透率提升幅度下降。静水压力对冲击压裂后裂缝的形成、分布、生长具有明显的影响。与常压下形成的裂缝相比，施加围压后裂缝多集中在电极处，数量多，但是长度较短，存在不同程度的弯曲，甚至局部区域出现了环形裂缝。
2018, 38(5): 1057-1063.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0060
摘要:
针对端部开口短管气体爆燃火焰传播问题，通过借鉴Clanet等和Bychkov等提出的火焰传播模型，在假设绝热、不可压缩的条件下，得到了可燃气体分布与火焰锋面传播的数学模型。以汽油蒸气为实验工质，在全透明实验管道上进行了爆燃实验。通过高速摄影及纹影图像，对所提出的模型进行了验证。结果表明，该模型能够较准确地预测长径比4：1至10：1的端部开口短管气体爆燃外场可燃气体界面与火焰锋面位置。上述成果在可燃气防爆安全领域具有一定应用价值。
针对端部开口短管气体爆燃火焰传播问题，通过借鉴Clanet等和Bychkov等提出的火焰传播模型，在假设绝热、不可压缩的条件下，得到了可燃气体分布与火焰锋面传播的数学模型。以汽油蒸气为实验工质，在全透明实验管道上进行了爆燃实验。通过高速摄影及纹影图像，对所提出的模型进行了验证。结果表明，该模型能够较准确地预测长径比4：1至10：1的端部开口短管气体爆燃外场可燃气体界面与火焰锋面位置。上述成果在可燃气防爆安全领域具有一定应用价值。
2018, 38(5): 1071-1082.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0070
摘要:
为研究爆炸冲击波对钢化玻璃的毁伤阈值，开展了钢化玻璃冲击波毁伤效应实验。对每一发实验进行了爆炸参数测试，获得了冲击波超压随时间变化历程的实验数据。通过对实验数据的处理与分析，得到了爆炸冲击波基本参数，包括正反射超压、冲击波到时、正压作用时间、正反射冲量、负反射超压、负压作用时间和负反射冲量等。将实验结果与CONWEP计算结果进行了比较，比较结果表明二者误差很小，证明冲击波测试结果准确可靠。对冲击波正负反射参数进行了比较，结果表明冲击波正反射参数明显高于冲击波负反射参数。
为研究爆炸冲击波对钢化玻璃的毁伤阈值，开展了钢化玻璃冲击波毁伤效应实验。对每一发实验进行了爆炸参数测试，获得了冲击波超压随时间变化历程的实验数据。通过对实验数据的处理与分析，得到了爆炸冲击波基本参数，包括正反射超压、冲击波到时、正压作用时间、正反射冲量、负反射超压、负压作用时间和负反射冲量等。将实验结果与CONWEP计算结果进行了比较，比较结果表明二者误差很小，证明冲击波测试结果准确可靠。对冲击波正负反射参数进行了比较，结果表明冲击波正反射参数明显高于冲击波负反射参数。
2018, 38(5): 1083-1090.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0078
摘要:
为研究卵形弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿规律，开展直径60 mm尖卵形弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的侵彻实验，获得了不同撞击速度的弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的剩余速度规律。结合无网格SPH方法、RHT混凝土本构以及状态方程，对贯穿实验进行数值模拟，对不同工况下的弹丸过载规律以及靶体的损伤过程的分析发现：弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿过程分为开坑阶段、隧道稳定侵彻阶段以及靶背影响出靶阶段，在相同初始撞击速度下的靶背影响区的厚度随着靶体厚度的增加而增大。实验结果与数值模拟结果对比，表明模型能够有效模拟弹丸贯穿混凝介质问题，研究结果可为贯穿机理的研究提供参考。
为研究卵形弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿规律，开展直径60 mm尖卵形弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的侵彻实验，获得了不同撞击速度的弹丸贯穿不同厚度混凝土靶体的剩余速度规律。结合无网格SPH方法、RHT混凝土本构以及状态方程，对贯穿实验进行数值模拟，对不同工况下的弹丸过载规律以及靶体的损伤过程的分析发现：弹丸贯穿中等厚度混凝土靶体的贯穿过程分为开坑阶段、隧道稳定侵彻阶段以及靶背影响出靶阶段，在相同初始撞击速度下的靶背影响区的厚度随着靶体厚度的增加而增大。实验结果与数值模拟结果对比，表明模型能够有效模拟弹丸贯穿混凝介质问题，研究结果可为贯穿机理的研究提供参考。
2018, 38(5): 1091-1098.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0082
摘要:
为研究激光冲击Ti17合金中厚样品的层裂特性和层裂阈值，对样品（厚5 mm）表面进行单点连续1~8次激光冲击，激光工艺参数为：频率1 Hz，脉宽15 ns，激光能量30 J，方形光斑4 mm×4 mm。采用白光干涉仪、超声波无损检测技术和扫描电镜，分析和检测中厚样品冲击区域的表面形貌、内部损伤以及层裂形貌。实验结果表明，连续从4次到5次激光冲击中厚样品的表面凹坑深度增加值最大为64.5%。连续5次激光冲击为中厚样品层裂阈值，层裂面积随冲击次数增加而增加。连续5~8次激光冲击中厚样品层裂厚度的实验值为280~310 μm。层裂机理为韧性微孔洞的形核、增长和汇合，形成晶界失效和晶内失效。研究结果可为激光冲击强化整体叶盘改性提供工艺参考。
为研究激光冲击Ti17合金中厚样品的层裂特性和层裂阈值，对样品（厚5 mm）表面进行单点连续1~8次激光冲击，激光工艺参数为：频率1 Hz，脉宽15 ns，激光能量30 J，方形光斑4 mm×4 mm。采用白光干涉仪、超声波无损检测技术和扫描电镜，分析和检测中厚样品冲击区域的表面形貌、内部损伤以及层裂形貌。实验结果表明，连续从4次到5次激光冲击中厚样品的表面凹坑深度增加值最大为64.5%。连续5次激光冲击为中厚样品层裂阈值，层裂面积随冲击次数增加而增加。连续5~8次激光冲击中厚样品层裂厚度的实验值为280~310 μm。层裂机理为韧性微孔洞的形核、增长和汇合，形成晶界失效和晶内失效。研究结果可为激光冲击强化整体叶盘改性提供工艺参考。
2018, 38(5): 1099-1105.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0087
摘要:
为了研究大空间内预混可燃气体爆燃泄爆过程中的压力与火焰传播规律，在1.21 m3的方形空间内进行了不同体积分数乙烯气体和两种不同泄压面积的泄爆实验，针对泄压面积为0.18 m2、体积分数为7%的乙烯-空气预混气体爆燃泄爆过程进行了三维数值模拟研究。结果表明：不同泄爆条件下压力形式不同，小面积泄爆口开启后，压力先下降后上升且第2峰值较大，在高体积分数下超过第1峰值，大面积泄爆时第2峰值较小。数值模拟结果与实验得到的压力时程曲线趋势一致，与实验中观察到的外部火焰形态相似；泄爆口开启后引发的湍流效应，使得空间内火焰阵面变形和火焰传播速度显著加快，导致了小面积泄爆第2峰值压力较大。
为了研究大空间内预混可燃气体爆燃泄爆过程中的压力与火焰传播规律，在1.21 m3的方形空间内进行了不同体积分数乙烯气体和两种不同泄压面积的泄爆实验，针对泄压面积为0.18 m2、体积分数为7%的乙烯-空气预混气体爆燃泄爆过程进行了三维数值模拟研究。结果表明：不同泄爆条件下压力形式不同，小面积泄爆口开启后，压力先下降后上升且第2峰值较大，在高体积分数下超过第1峰值，大面积泄爆时第2峰值较小。数值模拟结果与实验得到的压力时程曲线趋势一致，与实验中观察到的外部火焰形态相似；泄爆口开启后引发的湍流效应，使得空间内火焰阵面变形和火焰传播速度显著加快，导致了小面积泄爆第2峰值压力较大。
2018, 38(5): 1106-1114.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0109
摘要:
研究了障碍物阻塞率、障碍物间距、障碍物空间位置对丙烷-空气爆炸过程及火焰加速效应的影响。采用雷诺平均（RANS）方程和湍流火焰封闭燃烧模型计算非稳态燃烧过程，主要分析障碍物周围复杂流场特性以及湍流涡与火焰面作用的详细机理。结果表明：阻塞率在0.5~0.7时，障碍物间距对火焰加速效果的影响较大，其中障碍物间距为一倍管径时火焰加速效应最大；而障碍物的空间位置对火焰传播的影响更为显著，当障碍物位于管道单侧时，湍流涡强度最大，火焰褶皱最明显，火焰传播速度最快。
研究了障碍物阻塞率、障碍物间距、障碍物空间位置对丙烷-空气爆炸过程及火焰加速效应的影响。采用雷诺平均（RANS）方程和湍流火焰封闭燃烧模型计算非稳态燃烧过程，主要分析障碍物周围复杂流场特性以及湍流涡与火焰面作用的详细机理。结果表明：阻塞率在0.5~0.7时，障碍物间距对火焰加速效果的影响较大，其中障碍物间距为一倍管径时火焰加速效应最大；而障碍物的空间位置对火焰传播的影响更为显著，当障碍物位于管道单侧时，湍流涡强度最大，火焰褶皱最明显，火焰传播速度最快。
2018, 38(5): 1115-1120.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0091
摘要:
工程爆破是非常重要的一种施工方法，但同时爆破引起的岩石振动也是爆破公害之一。由于爆破场地的复杂性，爆破地震引起的某位置质点振速峰值v与单段最大药量Q、爆心距R没有严格的函数关系，只能将振速视为随机变量，因此振动只能从概率的角度来描述。为了控制振动强度，达到较高的可靠度，必须计算振速小于目标设施安全振速的概率。本文中基于概率，将振速峰值近似视为服从正态分布，对目标设施进行安全分析以及安全炸药量计算，最后通过案例应用，解释概率公式计算炸药量的合理性。
工程爆破是非常重要的一种施工方法，但同时爆破引起的岩石振动也是爆破公害之一。由于爆破场地的复杂性，爆破地震引起的某位置质点振速峰值v与单段最大药量Q、爆心距R没有严格的函数关系，只能将振速视为随机变量，因此振动只能从概率的角度来描述。为了控制振动强度，达到较高的可靠度，必须计算振速小于目标设施安全振速的概率。本文中基于概率，将振速峰值近似视为服从正态分布，对目标设施进行安全分析以及安全炸药量计算，最后通过案例应用，解释概率公式计算炸药量的合理性。
2018, 38(5): 1121-1129.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0098
摘要:
为了研究预混气爆轰的内部结构，对不同浓度的Ar稀释的C2H2+2.5O2预混气进行爆轰实验和数值计算。首先，在内径63.5 mm的管道内进行爆轰实验，使用烟熏玻璃记录了不同初始压力下C2H2+2.5O2预混气的爆轰端面结构。使用数字化图像处理技术来分析烟熏玻璃记录的三波点轨迹，以减少人为误差。然后，观察实验结果并描绘规则图形，图像识别程序经过验证后，用于分析实验结果。从端面结构中对封闭图形进行圆的拟合，用胞格半径方差来表示胞格大小的均匀程度；用相邻胞格圆心距的方差来表示胞格分布的规则程度。通过对比不同Ar稀释下半径方差和圆心距方差随胞格数量的变化，给出不同浓度Ar稀释下C2H2+2.5O2预混气的端面胞格尺寸及分布规律，随着Ar浓度的升高，预混气端面胞格分布更加规律。
为了研究预混气爆轰的内部结构，对不同浓度的Ar稀释的C2H2+2.5O2预混气进行爆轰实验和数值计算。首先，在内径63.5 mm的管道内进行爆轰实验，使用烟熏玻璃记录了不同初始压力下C2H2+2.5O2预混气的爆轰端面结构。使用数字化图像处理技术来分析烟熏玻璃记录的三波点轨迹，以减少人为误差。然后，观察实验结果并描绘规则图形，图像识别程序经过验证后，用于分析实验结果。从端面结构中对封闭图形进行圆的拟合，用胞格半径方差来表示胞格大小的均匀程度；用相邻胞格圆心距的方差来表示胞格分布的规则程度。通过对比不同Ar稀释下半径方差和圆心距方差随胞格数量的变化，给出不同浓度Ar稀释下C2H2+2.5O2预混气的端面胞格尺寸及分布规律，随着Ar浓度的升高，预混气端面胞格分布更加规律。
2018, 38(5): 1130-1136.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0101
摘要:
采用20 L近球形粉尘爆炸实验系统，探究微米级铝粉在不同点火延迟时间、粉尘粒径及粉尘浓度下的爆炸特性规律。结果表明：当点火延迟时间在20~120 ms范围内，铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率先增大后减小，随铝粉粒径增大，最佳点火延迟时间增大；在任一点火延迟时间下，粒径大于8.12 μm的铝粉最大爆炸压力随粉尘粒径的减小呈增大的变化趋势；粒径大于8.12 μm的铝粉，在80~440 g/m3粉尘浓度范围内，铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率先增大后减小，且铝粉粒径越小，对应的最猛烈爆炸粉尘浓度越低。
采用20 L近球形粉尘爆炸实验系统，探究微米级铝粉在不同点火延迟时间、粉尘粒径及粉尘浓度下的爆炸特性规律。结果表明：当点火延迟时间在20~120 ms范围内，铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率先增大后减小，随铝粉粒径增大，最佳点火延迟时间增大；在任一点火延迟时间下，粒径大于8.12 μm的铝粉最大爆炸压力随粉尘粒径的减小呈增大的变化趋势；粒径大于8.12 μm的铝粉，在80~440 g/m3粉尘浓度范围内，铝粉最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率先增大后减小，且铝粉粒径越小，对应的最猛烈爆炸粉尘浓度越低。
2018, 38(5): 1137-1144.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0107
摘要:
采用基于霍普金森压杆的新型加载技术对Ti-6Al-4V材料的动态剪切特性及失效机理进行了测试研究。获得了Ti-6Al-4V材料在超过104 s-1应变率下的剪应力-剪应变曲线及失效参数。研究发现，材料的流动应力存在明显的应变率强化效应；随着应变率的增加，材料的失效应力逐渐增大，而失效应变逐渐减小。采用ABAQUS/Explicit对加载过程进行了数值模拟。结果显示，剪切区材料基本处于平面剪切状态，应力应变场分布较为均匀，计算得到的剪应力-剪应变曲线与实验结果吻合较好。经断口分析可知，随着应变率的升高，Ti-6Al-4V的失效机理存在由韧窝、拉伸韧窝至台阶及河流花样的演化过程，材料的失效模式主要表现为韧性断裂。
采用基于霍普金森压杆的新型加载技术对Ti-6Al-4V材料的动态剪切特性及失效机理进行了测试研究。获得了Ti-6Al-4V材料在超过104 s-1应变率下的剪应力-剪应变曲线及失效参数。研究发现，材料的流动应力存在明显的应变率强化效应；随着应变率的增加，材料的失效应力逐渐增大，而失效应变逐渐减小。采用ABAQUS/Explicit对加载过程进行了数值模拟。结果显示，剪切区材料基本处于平面剪切状态，应力应变场分布较为均匀，计算得到的剪应力-剪应变曲线与实验结果吻合较好。经断口分析可知，随着应变率的升高，Ti-6Al-4V的失效机理存在由韧窝、拉伸韧窝至台阶及河流花样的演化过程，材料的失效模式主要表现为韧性断裂。
2018, 38(5): 1145-1154.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0119
摘要:
通过实验以及数值模拟，开展了防雷舱结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤研究，探讨冲击波在多介质结构中的传播规律及其对结构的毁伤机理。结果表明：相同爆炸当量条件下，爆破型装药仅对空舱产生破坏，防雷舱的多介质复合结构对冲击波具有较强的衰减作用，聚能型装药形成的侵彻体可造成液舱前板及后板的穿孔，孔径约为装药直径的1/3~1/2。加宽液舱以及加厚液舱后板可以增强防雷舱的抗爆能力。
通过实验以及数值模拟，开展了防雷舱结构在聚能装药水下爆炸作用下的毁伤研究，探讨冲击波在多介质结构中的传播规律及其对结构的毁伤机理。结果表明：相同爆炸当量条件下，爆破型装药仅对空舱产生破坏，防雷舱的多介质复合结构对冲击波具有较强的衰减作用，聚能型装药形成的侵彻体可造成液舱前板及后板的穿孔，孔径约为装药直径的1/3~1/2。加宽液舱以及加厚液舱后板可以增强防雷舱的抗爆能力。
2018, 38(5): 1155-1164.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0387
摘要:
针对带环形密闭气囊弹体入水冲击问题，基于LS-DYNA，运用控制体积法模拟环形密闭气囊，结合流固耦合算法，模拟了某弹体及附带环形密闭气囊入水过程。将入水过程分为弹体砰水、气囊着水、入水减速、水中悬停、缓慢上浮、上浮出水、水面漂浮7个主要阶段，对比分析了垂直与倾斜入水过程中不同阶段弹体和气囊的姿态变化、减速特性及入水深度等特征的异同。从气囊内压变化、流体对气囊的作用合力、气囊内压与入水速度的关系等方面研究了流体与气囊的相互作用，发现入水过程中气囊内压的变化主要受入水深度、运动速度、连接绳拉力等因素影响。通过计算不同初始内压条件下弹体的入水深度、减速时间及连接绳的拉力峰值，发现囊压越高，入水深度越小，减速时间越短，但是相应连接绳对弹体外壳的拉力峰值越大。因此，在进行入水回收气囊参数设计时，需要综合考虑缓冲效果、减速效果及气囊安全性等因素。
针对带环形密闭气囊弹体入水冲击问题，基于LS-DYNA，运用控制体积法模拟环形密闭气囊，结合流固耦合算法，模拟了某弹体及附带环形密闭气囊入水过程。将入水过程分为弹体砰水、气囊着水、入水减速、水中悬停、缓慢上浮、上浮出水、水面漂浮7个主要阶段，对比分析了垂直与倾斜入水过程中不同阶段弹体和气囊的姿态变化、减速特性及入水深度等特征的异同。从气囊内压变化、流体对气囊的作用合力、气囊内压与入水速度的关系等方面研究了流体与气囊的相互作用，发现入水过程中气囊内压的变化主要受入水深度、运动速度、连接绳拉力等因素影响。通过计算不同初始内压条件下弹体的入水深度、减速时间及连接绳的拉力峰值，发现囊压越高，入水深度越小，减速时间越短，但是相应连接绳对弹体外壳的拉力峰值越大。因此，在进行入水回收气囊参数设计时，需要综合考虑缓冲效果、减速效果及气囊安全性等因素。
2018, 38(5): 1165-1171.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0116
摘要:
分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验的传统测试技术是基于应变片的电测技术，测试结果的可靠性强烈依赖于应变片与杆之间粘贴质量，受到人为因素的影响较大。本文中采用基于多普勒频移原理的双探头全光纤激光干涉测速技术，以粒子速度为监测目标，借助应力波传播理论，换算成试件的应变和应力，从而建立了SHPB实验的非接触光学测试系统。针对韧性和脆性两类材料，分别提出了激光正入射和激光斜入射两种测试技术。再以铝合金和PZT陶瓷为例，通过与传统的应变片测试结果以及DIC测量结果的对比分析，验证了两种测试技术的有效性。与传统的应变片测试技术相比，新的激光干涉测试技术具有免标定、抗干扰、可靠性高等许多优点，有助于实现SHPB实验测试系统标准化。
分离式Hopkinson压杆（SHPB）实验的传统测试技术是基于应变片的电测技术，测试结果的可靠性强烈依赖于应变片与杆之间粘贴质量，受到人为因素的影响较大。本文中采用基于多普勒频移原理的双探头全光纤激光干涉测速技术，以粒子速度为监测目标，借助应力波传播理论，换算成试件的应变和应力，从而建立了SHPB实验的非接触光学测试系统。针对韧性和脆性两类材料，分别提出了激光正入射和激光斜入射两种测试技术。再以铝合金和PZT陶瓷为例，通过与传统的应变片测试结果以及DIC测量结果的对比分析，验证了两种测试技术的有效性。与传统的应变片测试技术相比，新的激光干涉测试技术具有免标定、抗干扰、可靠性高等许多优点，有助于实现SHPB实验测试系统标准化。
2018, 38(5): 1172-1180.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0410
摘要:
为研究切缝药包定向控制爆炸机理，基于双缝/耦合切缝药包爆轰行为高速纹影实验，建立"炸药-切缝管-空气"模型，采用数值模拟方法研究切缝药包爆炸过程中冲击波相互作用、爆炸流场压力时空分布和切缝管形态变化。研究结果表明：切缝药包爆炸过程中切缝管能够有效控制爆炸能量释放和爆生气体动力学行为；切缝方向压力超前且高于非切缝方向；在爆炸冲击波及爆生气体共同作用下，切缝管曲率不断变小且从起爆点处以相同的变形特征沿切缝管轴向发展；数值模拟结果与实验结果吻合。
为研究切缝药包定向控制爆炸机理，基于双缝/耦合切缝药包爆轰行为高速纹影实验，建立"炸药-切缝管-空气"模型，采用数值模拟方法研究切缝药包爆炸过程中冲击波相互作用、爆炸流场压力时空分布和切缝管形态变化。研究结果表明：切缝药包爆炸过程中切缝管能够有效控制爆炸能量释放和爆生气体动力学行为；切缝方向压力超前且高于非切缝方向；在爆炸冲击波及爆生气体共同作用下，切缝管曲率不断变小且从起爆点处以相同的变形特征沿切缝管轴向发展；数值模拟结果与实验结果吻合。
