2022年 42卷 第10期
PDF 
本文被引
在线阅读
2022, 42(10): 102901.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0521
摘要:
为研究主控点火对复合推进剂慢速烤燃响应特性的影响，设计并开展了典型复合推进剂装药慢速烤燃实验，结合数值计算和推进剂热分解失重及形貌演化过程，探讨了点火前推进剂内的温度分布情况及推进剂细观结构热损伤规律。研究发现：针对复合推进剂装药的慢速烤燃，在推进剂发生自热点火前温度较低时进行主控点火可以有效降低反应剧烈程度；随着加热温度的升高，推进剂中部分组分发生分解，导致推进剂内部温度高于壳体温度，同时推进剂中粘结剂及AP的分解会导致推进剂装药形成多孔状的结构，在点火后更易导致对流燃烧，加剧反应烈度；当壳体温度仅138 ℃时，推进剂温度最高点达到150 ℃，最高点首先出现在靠近喷管的尾部，考虑到粘结剂及AP部分分解导致的孔隙结构会加剧反应的响应烈度，主控点火温度应设定在138 ℃以下。
为研究主控点火对复合推进剂慢速烤燃响应特性的影响，设计并开展了典型复合推进剂装药慢速烤燃实验，结合数值计算和推进剂热分解失重及形貌演化过程，探讨了点火前推进剂内的温度分布情况及推进剂细观结构热损伤规律。研究发现：针对复合推进剂装药的慢速烤燃，在推进剂发生自热点火前温度较低时进行主控点火可以有效降低反应剧烈程度；随着加热温度的升高，推进剂中部分组分发生分解，导致推进剂内部温度高于壳体温度，同时推进剂中粘结剂及AP的分解会导致推进剂装药形成多孔状的结构，在点火后更易导致对流燃烧，加剧反应烈度；当壳体温度仅138 ℃时，推进剂温度最高点达到150 ℃，最高点首先出现在靠近喷管的尾部，考虑到粘结剂及AP部分分解导致的孔隙结构会加剧反应的响应烈度，主控点火温度应设定在138 ℃以下。
2022, 42(10): 103101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0394
摘要:
对激光冲击强化后的压力容器材料Q345R钢的耐腐蚀性能和抗疲劳性能进行研究。通过电化学实验，并结合扫描电子显微镜分析其耐腐蚀性。结果显示，有吸收层保护和无吸收层保护激光冲击后，相较于原试样，耐腐蚀性分别提升5.8倍和2.6倍；微观实验结果表明经过激光冲击后腐蚀试样表面裂纹明显少于未处理试样。但随着冲击次数增加,耐腐蚀性有所下降。疲劳试验结果显示，相同应力条件下，腐蚀1和2 h的疲劳寿命相较于原试样降低36.8%和56.4%，经过一次或三次激光冲击后试件的疲劳寿命分别提升43.8%和198.2%，经XRD检测,激光冲击能在表面形成一定深度的残余压应力层并抑制裂纹扩展。
对激光冲击强化后的压力容器材料Q345R钢的耐腐蚀性能和抗疲劳性能进行研究。通过电化学实验，并结合扫描电子显微镜分析其耐腐蚀性。结果显示，有吸收层保护和无吸收层保护激光冲击后，相较于原试样，耐腐蚀性分别提升5.8倍和2.6倍；微观实验结果表明经过激光冲击后腐蚀试样表面裂纹明显少于未处理试样。但随着冲击次数增加,耐腐蚀性有所下降。疲劳试验结果显示，相同应力条件下，腐蚀1和2 h的疲劳寿命相较于原试样降低36.8%和56.4%，经过一次或三次激光冲击后试件的疲劳寿命分别提升43.8%和198.2%，经XRD检测,激光冲击能在表面形成一定深度的残余压应力层并抑制裂纹扩展。
2022, 42(10): 103102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0447
摘要:
采用大直径分离式霍普金森压杆系统获得的不同尺寸试样的实验冲击动态力学参数有差异，因此在直径100 mm压杆上进行了3种直径（50、75和100 mm）和5种长径比（0.4、0.5、0.6、0.8和1.0）的砂岩试样冲击试验，分析了不同尺寸试样应力-应变曲线和应变率曲线随尺寸的变化，提出了用于比较波形对齐重合度的波形叠加系数，并与应力平衡因子共同构建了动态应力平衡性研究体系，由此确定大直径霍普金森压杆试验的试样建议尺寸。同时，利用高速摄影机监测试样的动态破坏状况。结果表明：当长径比相同时，直径75与100 mm岩石试样的动态抗压强度测试值相近，直径50 mm试样具有更明显的长度效应；随着试样直径的增大，应变率曲线从单峰变为双峰；小尺寸试样更易发生轴向劈裂破坏，大尺寸试样受内部应力波叠加影响产生了较大的拉应力，易发生层裂拉伸和轴向劈裂的复合型破坏；对直径75 mm且长径比0.3~0.4的试样，波形对齐后重合度较高，在起始破坏前拥有充足的应力平衡时间，应变率加载效果较好。获得了砂岩试样冲击压缩试验的尺寸效应，可为大直径岩石试样的尺寸选择提供参考。
采用大直径分离式霍普金森压杆系统获得的不同尺寸试样的实验冲击动态力学参数有差异，因此在直径100 mm压杆上进行了3种直径（50、75和100 mm）和5种长径比（0.4、0.5、0.6、0.8和1.0）的砂岩试样冲击试验，分析了不同尺寸试样应力-应变曲线和应变率曲线随尺寸的变化，提出了用于比较波形对齐重合度的波形叠加系数，并与应力平衡因子共同构建了动态应力平衡性研究体系，由此确定大直径霍普金森压杆试验的试样建议尺寸。同时，利用高速摄影机监测试样的动态破坏状况。结果表明：当长径比相同时，直径75与100 mm岩石试样的动态抗压强度测试值相近，直径50 mm试样具有更明显的长度效应；随着试样直径的增大，应变率曲线从单峰变为双峰；小尺寸试样更易发生轴向劈裂破坏，大尺寸试样受内部应力波叠加影响产生了较大的拉应力，易发生层裂拉伸和轴向劈裂的复合型破坏；对直径75 mm且长径比0.3~0.4的试样，波形对齐后重合度较高，在起始破坏前拥有充足的应力平衡时间，应变率加载效果较好。获得了砂岩试样冲击压缩试验的尺寸效应，可为大直径岩石试样的尺寸选择提供参考。
2022, 42(10): 103103.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0464
摘要:
ABAQUS程序中最常用的混凝土损伤塑性（concrete damage plasticity, CDP）模型无法实现损伤因子与应变率相关。为了准确描述混凝土材料在高应变率下的损伤特性，基于CDP模型定义了新的应变率场变量，编制了VUSDFLD用户子程序，开发了能够考虑损伤因子率相关性的改进的CDP（modified CDP，MCDP）模型。MCDP模型采用能量法求解混凝土拉压损伤因子，主求解程序能够随着应变率场变量的变化而自动更新不同应变率对应的损伤参数，计算得到的混凝土单轴静态加载结果与CDP模型吻合较好。MCDP模型对高应变率下动态压缩性能的模拟结果表明：混凝土材料在不同应变率下的拉压损伤对其动态力学性能有显著影响，编制的VUSDFLD子程序和MCDP模型能够有效地解决损伤应变率相关的模拟难题，可以准确地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应，为预测爆炸冲击等强动载作用下混凝土结构的响应和破坏提供了更可靠的技术途径。
ABAQUS程序中最常用的混凝土损伤塑性（concrete damage plasticity, CDP）模型无法实现损伤因子与应变率相关。为了准确描述混凝土材料在高应变率下的损伤特性，基于CDP模型定义了新的应变率场变量，编制了VUSDFLD用户子程序，开发了能够考虑损伤因子率相关性的改进的CDP（modified CDP，MCDP）模型。MCDP模型采用能量法求解混凝土拉压损伤因子，主求解程序能够随着应变率场变量的变化而自动更新不同应变率对应的损伤参数，计算得到的混凝土单轴静态加载结果与CDP模型吻合较好。MCDP模型对高应变率下动态压缩性能的模拟结果表明：混凝土材料在不同应变率下的拉压损伤对其动态力学性能有显著影响，编制的VUSDFLD子程序和MCDP模型能够有效地解决损伤应变率相关的模拟难题，可以准确地模拟爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁的动态响应，为预测爆炸冲击等强动载作用下混凝土结构的响应和破坏提供了更可靠的技术途径。
2022, 42(10): 103301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0275
摘要:
空间碎片超高速撞击是典型的高温、高压、高应变率的极限力学问题，涉及材料复杂的动态响应，对传统的数值方法提出了巨大挑战。最优运输无网格（OTM）方法通过有机结合最优运输时间积分理论、局部最大熵无网格近似、物质点抽样、基于物理的裂纹扩展算法以及大规模并行计算策略，克服了传统数值方法瓶颈，在理论上保证了不同形式能量耗散的自主耦合分配，为超高速撞击仿真预测提供了高效的解决方案。采用基于OTM方法自主研发的极限力学仿真软件ESCAAS，对不同质量（3、10 g）的铜飞片以不同撞击角度（5.4°、11.7°）和不同撞击速度（5.55、5.12 km/s）撞击铝合金靶板的过程进行数值模拟，获得碎片云的形貌、靶板穿孔孔径等结果，与实验测量数据吻合良好，显示出OTM方法及ESCAAS软件可以作为超高速撞击的有力数值分析手段。
空间碎片超高速撞击是典型的高温、高压、高应变率的极限力学问题，涉及材料复杂的动态响应，对传统的数值方法提出了巨大挑战。最优运输无网格（OTM）方法通过有机结合最优运输时间积分理论、局部最大熵无网格近似、物质点抽样、基于物理的裂纹扩展算法以及大规模并行计算策略，克服了传统数值方法瓶颈，在理论上保证了不同形式能量耗散的自主耦合分配，为超高速撞击仿真预测提供了高效的解决方案。采用基于OTM方法自主研发的极限力学仿真软件ESCAAS，对不同质量（3、10 g）的铜飞片以不同撞击角度（5.4°、11.7°）和不同撞击速度（5.55、5.12 km/s）撞击铝合金靶板的过程进行数值模拟，获得碎片云的形貌、靶板穿孔孔径等结果，与实验测量数据吻合良好，显示出OTM方法及ESCAAS软件可以作为超高速撞击的有力数值分析手段。
2022, 42(10): 103302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0467
摘要:
中空夹层钢管混凝土（concrete-filled double-skin steel tubular，CFDST）构件作为超高输电塔、海上平台等重要结构的承重构件，其抗撞性能是设计阶段需考虑的关键问题。因此，在前期试验研究的基础上，采用ABAQUS有限元软件建立了200个圆CFDST柱力学模型，并进行了轴力与撞击耦合作用下的抗撞机理分析，研究了在0~0.7轴压比下不同名义含钢率、空心率、截面直径、材料强度对构件抗撞性能的影响规律；基于动力放大系数和等效单自由度方法提出了构件抗撞承载力计算公式，并预测了撞击作用下构件的跨中动力响应。结果表明：在0~0.7轴压比下，名义含钢率、外径、外钢管强度、撞击速度与撞击质量对构件跨中挠度峰值和撞击力平台值影响显著，空心率与混凝土强度影响较小；提出的简化计算方法能较好地预测圆CFDST构件的抗撞承载力和跨中位移响应。
中空夹层钢管混凝土（concrete-filled double-skin steel tubular，CFDST）构件作为超高输电塔、海上平台等重要结构的承重构件，其抗撞性能是设计阶段需考虑的关键问题。因此，在前期试验研究的基础上，采用ABAQUS有限元软件建立了200个圆CFDST柱力学模型，并进行了轴力与撞击耦合作用下的抗撞机理分析，研究了在0~0.7轴压比下不同名义含钢率、空心率、截面直径、材料强度对构件抗撞性能的影响规律；基于动力放大系数和等效单自由度方法提出了构件抗撞承载力计算公式，并预测了撞击作用下构件的跨中动力响应。结果表明：在0~0.7轴压比下，名义含钢率、外径、外钢管强度、撞击速度与撞击质量对构件跨中挠度峰值和撞击力平台值影响显著，空心率与混凝土强度影响较小；提出的简化计算方法能较好地预测圆CFDST构件的抗撞承载力和跨中位移响应。
2022, 42(10): 103303.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0030
摘要:
在侧限约束条件下，混凝土材料的抗侵彻性能可得到较大提高，在此基础上施加预应力围压，其抗侵彻性能可进一步提高，但现有预应力方法对约束混凝土施加预应力较为困难。基于此，提出了一种相对简便的锥台嵌挤预应力约束方法，采用楔形块楔紧的原理，将锥面倾角为3°和直径微大于约束环的锥台形混凝土靶体挤入与之匹配的约束钢环内，通过锥面配合契紧的方式对混凝土靶体沿径向施加预应力，以锥台靶体的下压深度、盈差以及压入力的大小等指标控制预应力大小。采用LS-DYNA软件验证了该方法施加预应力的可行性，并通过重启动算法开展了预应力约束混凝土靶的抗侵彻性能研究。数值计算结果表明，靶体预应力随着其下压深度或盈差的增大近似线性增加，且混凝土靶体的抗侵彻性能随预应力增大而提高，但预应力过大时靶体内部发生损伤，导致其抗侵彻性能反而快速下降。对钢环强度、混凝土强度、含钢率和弹体速度等参数进行敏感性分析，结果表明，合理匹配钢环强度和混凝土强度，并选择合适的靶体含钢率，可有效提高靶体的预应力、抗侵彻性能以及钢材利用率；且弹体初速度越高，预应力对提高靶体抗侵彻性能的作用越明显。提出的锥台嵌挤预应力约束方法可为提高混凝土等脆性材料的抗侵彻性能提供一种新思路和方法。
在侧限约束条件下，混凝土材料的抗侵彻性能可得到较大提高，在此基础上施加预应力围压，其抗侵彻性能可进一步提高，但现有预应力方法对约束混凝土施加预应力较为困难。基于此，提出了一种相对简便的锥台嵌挤预应力约束方法，采用楔形块楔紧的原理，将锥面倾角为3°和直径微大于约束环的锥台形混凝土靶体挤入与之匹配的约束钢环内，通过锥面配合契紧的方式对混凝土靶体沿径向施加预应力，以锥台靶体的下压深度、盈差以及压入力的大小等指标控制预应力大小。采用LS-DYNA软件验证了该方法施加预应力的可行性，并通过重启动算法开展了预应力约束混凝土靶的抗侵彻性能研究。数值计算结果表明，靶体预应力随着其下压深度或盈差的增大近似线性增加，且混凝土靶体的抗侵彻性能随预应力增大而提高，但预应力过大时靶体内部发生损伤，导致其抗侵彻性能反而快速下降。对钢环强度、混凝土强度、含钢率和弹体速度等参数进行敏感性分析，结果表明，合理匹配钢环强度和混凝土强度，并选择合适的靶体含钢率，可有效提高靶体的预应力、抗侵彻性能以及钢材利用率；且弹体初速度越高，预应力对提高靶体抗侵彻性能的作用越明显。提出的锥台嵌挤预应力约束方法可为提高混凝土等脆性材料的抗侵彻性能提供一种新思路和方法。
2022, 42(10): 104101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0015
摘要:
三分量冲击力载荷的同步激励与输入输出间的精准建模是三轴冲击力传感器标定所面临的主要挑战。为了实现对三轴冲击力传感器的有效标定，使其能够准确测量空间中的三维冲击力载荷。首先，基于Hopkinson杆与矢量分解原理建立了一种高幅值（104 N量级）、窄脉宽（10−4 s量级）可计量三分量冲击力载荷的同步激励方法，实现了对三轴冲击力传感器的同步加载。然后，基于最小二乘原理与矩阵微分构建了三轴冲击力传感器的线性标定模型，并通过改变子弹结构与冲击气压揭示了线性解耦标定模型中传感器主灵敏度系数与轴间耦合灵敏度系数并非固定常数而均与冲击力载荷脉冲构型（幅值、脉宽）相关的冲击特性。最后，将能够反映载荷构型信息的传感器各轴输出电压脉冲的幅值与脉宽作为影响因素，并以神经元的形式添加到人工神经网络（artificial neural network, ANN）的输入层，建立了基于ANN的三轴冲击力传感器输出电压与输入载荷间的代理模型，实现了数据驱动的三轴冲击力传感器非线性解耦标定。结果表明，相对最小二乘模型，ANN标定精度更高，采用ANN进行三轴冲击力传感器标定具有可行性和有效性。
三分量冲击力载荷的同步激励与输入输出间的精准建模是三轴冲击力传感器标定所面临的主要挑战。为了实现对三轴冲击力传感器的有效标定，使其能够准确测量空间中的三维冲击力载荷。首先，基于Hopkinson杆与矢量分解原理建立了一种高幅值（104 N量级）、窄脉宽（10−4 s量级）可计量三分量冲击力载荷的同步激励方法，实现了对三轴冲击力传感器的同步加载。然后，基于最小二乘原理与矩阵微分构建了三轴冲击力传感器的线性标定模型，并通过改变子弹结构与冲击气压揭示了线性解耦标定模型中传感器主灵敏度系数与轴间耦合灵敏度系数并非固定常数而均与冲击力载荷脉冲构型（幅值、脉宽）相关的冲击特性。最后，将能够反映载荷构型信息的传感器各轴输出电压脉冲的幅值与脉宽作为影响因素，并以神经元的形式添加到人工神经网络（artificial neural network, ANN）的输入层，建立了基于ANN的三轴冲击力传感器输出电压与输入载荷间的代理模型，实现了数据驱动的三轴冲击力传感器非线性解耦标定。结果表明，相对最小二乘模型，ANN标定精度更高，采用ANN进行三轴冲击力传感器标定具有可行性和有效性。
2022, 42(10): 104201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0415
摘要:
针对爆炸冲击波与建筑物结构相互作用过程，分析了冲击波与结构碎块作用机理，发展了一种能够模拟建筑物结构破坏及冲击波传播过程的计算模型和方法。采用建筑物结构工程毁伤载荷作为判据，处理结构在冲击波作用下的破坏问题；利用流固耦合界面算法处理结构运动引起的泄压效应，利用“虚拟网格通气技术”处理结构碎块对冲击波的阻碍作用，模拟了冲击波作用下典型建筑物的毁伤过程及冲击波传播过程。结果表明，该模型在模拟冲击波与结构的作用过程中，压力计算结果与非结构动网格模拟结果符合较好；在典型建筑物毁伤过程的数值模拟中，计算得到的建筑物毁伤效果和冲击波超压分布与建筑物物理毁伤特点符合。
针对爆炸冲击波与建筑物结构相互作用过程，分析了冲击波与结构碎块作用机理，发展了一种能够模拟建筑物结构破坏及冲击波传播过程的计算模型和方法。采用建筑物结构工程毁伤载荷作为判据，处理结构在冲击波作用下的破坏问题；利用流固耦合界面算法处理结构运动引起的泄压效应，利用“虚拟网格通气技术”处理结构碎块对冲击波的阻碍作用，模拟了冲击波作用下典型建筑物的毁伤过程及冲击波传播过程。结果表明，该模型在模拟冲击波与结构的作用过程中，压力计算结果与非结构动网格模拟结果符合较好；在典型建筑物毁伤过程的数值模拟中，计算得到的建筑物毁伤效果和冲击波超压分布与建筑物物理毁伤特点符合。
2022, 42(10): 104202.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0059
摘要:
数字图像相关（digital image correlation, DIC）技术作为一种非接触、非干涉的全场无损光学量测技术，可获取材料表面的动态变形信息和破坏过程。为了评估装甲钢的抗弹性能并探索高速三维数字图像相关（3D-DIC）技术在钢板贯穿试验测试中的应用，基于氢氧爆轰驱动弹道枪开展了7发15 mm口径可变形弹体以不同速度（255～568 m/s）冲击不同厚度（5、8和10 mm）高强高硬装甲钢板的试验，并结合帧率为144 000 s−1的高速3D-DIC测试技术获取了靶板的离面位移和应变时程。随后，基于前期标定并验证的装甲钢本构模型参数，对上述试验进行了数值模拟。通过对比弹体残余速度和长度验证了有限元分析方法的可靠性。进一步通过对比试验与数值模拟得到的靶背离面位移时程曲线和不同时刻靶背的应变云图，验证了高速3D-DIC测试结果的准确性。最后，对比分析了靶板最大离面位移与弹体冲击速度和装甲钢板厚度的关系。高速3D-DIC测试技术的应用可为相关试验测试提供参考，靶板最大离面位移分析结果可为屏障类防护结构的分析验证和优化设计提供试验依据。
数字图像相关（digital image correlation, DIC）技术作为一种非接触、非干涉的全场无损光学量测技术，可获取材料表面的动态变形信息和破坏过程。为了评估装甲钢的抗弹性能并探索高速三维数字图像相关（3D-DIC）技术在钢板贯穿试验测试中的应用，基于氢氧爆轰驱动弹道枪开展了7发15 mm口径可变形弹体以不同速度（255～568 m/s）冲击不同厚度（5、8和10 mm）高强高硬装甲钢板的试验，并结合帧率为144 000 s−1的高速3D-DIC测试技术获取了靶板的离面位移和应变时程。随后，基于前期标定并验证的装甲钢本构模型参数，对上述试验进行了数值模拟。通过对比弹体残余速度和长度验证了有限元分析方法的可靠性。进一步通过对比试验与数值模拟得到的靶背离面位移时程曲线和不同时刻靶背的应变云图，验证了高速3D-DIC测试结果的准确性。最后，对比分析了靶板最大离面位移与弹体冲击速度和装甲钢板厚度的关系。高速3D-DIC测试技术的应用可为相关试验测试提供参考，靶板最大离面位移分析结果可为屏障类防护结构的分析验证和优化设计提供试验依据。
2022, 42(10): 105101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0502
摘要:
城市地下浅埋管沟燃气爆炸事故会造成严重的灾害后果，然而目前针对长直空间内的爆炸荷载通过泄爆口向外传播规律的研究较少。以此类事故为基础，基于前期进行的长直泄爆空间可燃气体爆炸试验，利用FLACS软件，对城市地下浅埋管沟内可燃气体爆炸冲击波超压通过泄爆口到达地面后的分布进行了数值模拟，揭示了管沟内燃气爆炸冲击波在地面的传播规律。结果表明：传播到地面的爆炸冲击波会产生2个特征超压峰值Δp1和Δp2；Δp1较小，主要由压缩波引起，Δp2为最大超压峰值，主要由火焰波引起；Δp2随着与泄爆口之间的距离d的增大而逐渐减小，且各方向上数值的差异性较大，其中在沿管沟截面的短边方向上，呈对称衰减的趋势；Δp2与d大致满足指数函数关系，且拟合度均高于98.8%。
城市地下浅埋管沟燃气爆炸事故会造成严重的灾害后果，然而目前针对长直空间内的爆炸荷载通过泄爆口向外传播规律的研究较少。以此类事故为基础，基于前期进行的长直泄爆空间可燃气体爆炸试验，利用FLACS软件，对城市地下浅埋管沟内可燃气体爆炸冲击波超压通过泄爆口到达地面后的分布进行了数值模拟，揭示了管沟内燃气爆炸冲击波在地面的传播规律。结果表明：传播到地面的爆炸冲击波会产生2个特征超压峰值Δp1和Δp2；Δp1较小，主要由压缩波引起，Δp2为最大超压峰值，主要由火焰波引起；Δp2随着与泄爆口之间的距离d的增大而逐渐减小，且各方向上数值的差异性较大，其中在沿管沟截面的短边方向上，呈对称衰减的趋势；Δp2与d大致满足指数函数关系，且拟合度均高于98.8%。
2022, 42(10): 105102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0524
摘要:
为研究双折线抗力模型对空爆荷载梁式构件振动位移的影响，提出了柔性、刚性两类梁式构件正向弹塑性振动及回弹阶段弹塑性振动的分析法。应用等效单自由度法建立了各阶段振动方程并依据不同的初始条件推导出了各阶段的理论解。采用此理论解和代表性塑性强化系数，开展了双折线抗力模型中不同塑性强化程度对两类梁式构件正向弹塑性振动及回弹阶段弹塑性振动位移的典型工况验证。研究结果表明：基于双折线抗力模型位移理论解的适用范围更广；随着双折线抗力模型塑性强化系数的增大，两类梁式构件的最大弹塑性位移、残余变形均逐渐减小，且残余变形降低程度高于最大弹塑性位移；塑性强化系数增大到一定程度，梁式构件回弹阶段将出现塑性振动位移，进一步降低残余变形，无塑性回弹位移的理想弹塑性抗力模型会高估空爆荷载下梁式构件的残余变形。
为研究双折线抗力模型对空爆荷载梁式构件振动位移的影响，提出了柔性、刚性两类梁式构件正向弹塑性振动及回弹阶段弹塑性振动的分析法。应用等效单自由度法建立了各阶段振动方程并依据不同的初始条件推导出了各阶段的理论解。采用此理论解和代表性塑性强化系数，开展了双折线抗力模型中不同塑性强化程度对两类梁式构件正向弹塑性振动及回弹阶段弹塑性振动位移的典型工况验证。研究结果表明：基于双折线抗力模型位移理论解的适用范围更广；随着双折线抗力模型塑性强化系数的增大，两类梁式构件的最大弹塑性位移、残余变形均逐渐减小，且残余变形降低程度高于最大弹塑性位移；塑性强化系数增大到一定程度，梁式构件回弹阶段将出现塑性振动位移，进一步降低残余变形，无塑性回弹位移的理想弹塑性抗力模型会高估空爆荷载下梁式构件的残余变形。
2022, 42(10): 105401.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0012
摘要:
为探究立式拱顶油罐内油气体积分数、点火位置和液位对爆炸超压特性参数与火焰发展的影响规律，开展了一系列的实验研究，得到以下结果：（1）1.7%是任一工况下的最危险油气体积分数，内场超压发展都可以分为超压上升、超压泄放和振荡衰减3个阶段。爆炸过程中CH、C2、OH等自由基的生成和空间分布，使得不同初始油气体积分数下或不同爆炸阶段的火焰呈现不同的颜色变化。（2）点火位置对油气爆炸超压特性参数的影响较大，位置越靠下，爆炸威力越大。罐底中心点火时，内外场平均升压速率取得最大值，分别为0.46和0.05 MPa/s。（3）液位变化对油气爆炸内外场超压的影响较大，油罐侧壁上部位置点火时，50%液位是最危险的液位。任意液位下外场超压随比例距离的增大都呈现幂指数衰减规律，不同液位下油气爆炸外场冲击波超压峰值与距离和油气混合物体积的关系可以用一个公式统一表示。相比于气相空间，液相空间的超压变化具有延后性、负压增强和振荡衰减更快的特点。
为探究立式拱顶油罐内油气体积分数、点火位置和液位对爆炸超压特性参数与火焰发展的影响规律，开展了一系列的实验研究，得到以下结果：（1）1.7%是任一工况下的最危险油气体积分数，内场超压发展都可以分为超压上升、超压泄放和振荡衰减3个阶段。爆炸过程中CH、C2、OH等自由基的生成和空间分布，使得不同初始油气体积分数下或不同爆炸阶段的火焰呈现不同的颜色变化。（2）点火位置对油气爆炸超压特性参数的影响较大，位置越靠下，爆炸威力越大。罐底中心点火时，内外场平均升压速率取得最大值，分别为0.46和0.05 MPa/s。（3）液位变化对油气爆炸内外场超压的影响较大，油罐侧壁上部位置点火时，50%液位是最危险的液位。任意液位下外场超压随比例距离的增大都呈现幂指数衰减规律，不同液位下油气爆炸外场冲击波超压峰值与距离和油气混合物体积的关系可以用一个公式统一表示。相比于气相空间，液相空间的超压变化具有延后性、负压增强和振荡衰减更快的特点。
2022, 42(10): 105901.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0527
摘要:
为提高薄壁管结构耐撞性，以雀尾螳螂虾螯为仿生原型，结合仿生学设计方法，设计一种含正弦胞元的多胞薄壁管结构。以初始峰值载荷、比吸能和碰撞力效率为耐撞性指标，通过有限元数值模拟分析了不同碰撞角度（0º、10º、20º和30º）条件下，仿生胞元数对薄壁管耐撞性的影响，通过多目标的复杂比例评估法获取仿生薄壁管的最优胞元数。基于不同碰撞角度权重因子组合，设置了4种单一角度工况和3种多角度工况，采用多目标粒子群优化方法获取了不同工况下薄壁管结构最优胞元高宽比和壁厚。复杂比例评估结果表明，胞元数为4的薄壁管为最优晶胞数仿生薄壁管。优化结果表明，单一角度工况下，最优结构参数高宽比的范围为0.88～1.50，壁厚的范围为0.36～0.60 mm，碰撞角度为0º和10º的最优高宽比明显小于碰撞角度为20º和30º的；多角度工况下，最优高宽比范围为1.01～1.10，壁厚范围为0.49～0.57 mm。
为提高薄壁管结构耐撞性，以雀尾螳螂虾螯为仿生原型，结合仿生学设计方法，设计一种含正弦胞元的多胞薄壁管结构。以初始峰值载荷、比吸能和碰撞力效率为耐撞性指标，通过有限元数值模拟分析了不同碰撞角度（0º、10º、20º和30º）条件下，仿生胞元数对薄壁管耐撞性的影响，通过多目标的复杂比例评估法获取仿生薄壁管的最优胞元数。基于不同碰撞角度权重因子组合，设置了4种单一角度工况和3种多角度工况，采用多目标粒子群优化方法获取了不同工况下薄壁管结构最优胞元高宽比和壁厚。复杂比例评估结果表明，胞元数为4的薄壁管为最优晶胞数仿生薄壁管。优化结果表明，单一角度工况下，最优结构参数高宽比的范围为0.88～1.50，壁厚的范围为0.36～0.60 mm，碰撞角度为0º和10º的最优高宽比明显小于碰撞角度为20º和30º的；多角度工况下，最优高宽比范围为1.01～1.10，壁厚范围为0.49～0.57 mm。
