2023年 43卷 第3期
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2023, 43(3): 031101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0408
摘要:
磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一，开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理，结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法，实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法，对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明，基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明，设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上，深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明：台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。
磁驱动准等熵压缩实验是研究材料偏离Hugoniot状态高压物性和动力学行为的重要实验技术之一，开展不确定量化评估具有重要意义和价值。基于Monte Carlo原理，结合磁驱动准等熵压缩实验过程分析、Lagrange分析和特征线正向数据处理方法建立了适用于此类实验的Monte Carlo不确定度量化评估方法，实现利用磁驱动准等熵压缩实验获取材料声速、应力、应变等物理量以及状态方程和本构关系等物理模型的不确定度量化评估。利用建立的不确定度评估方法，对文献中已开展的钽、铜和NiTi合金的磁驱动准等熵压缩实验结果进行不确定度量化评估与分析。结果表明，基于本文中方法的评估结果与国外文献以相同原理得到的评估结果一致。对基于CQ-4装置开展的NiTi合金磁驱动准等熵压缩实验的评估结果表明，设计的磁驱动准等熵压缩实验是一种可靠的精密物理实验。在此基础上，深入讨论了磁驱动准等熵压缩实验的误差相关性和敏感性。结果表明：台阶样品厚度和粒子速度的测量是影响实验精度的主要因素。
2023, 43(3): 032101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0352
摘要:
为了探究多因素耦合作用对甲烷爆炸特性的影响，采用1.2 L圆柱形爆炸装置，结合自主设计和搭建的可燃气体爆炸试验平台，从最大爆炸压力的角度分析了不同当量比φ （0.6～1.4）、初始温度T0 （25～200 ℃）和初始压力p0 （0.1～0.5 MPa）耦合条件对甲烷爆炸特性的影响规律。在此基础上，基于实验获得的最大爆炸压力数据，利用1stOpt构建了甲烷最大爆炸压力与当量比、初始温度和初始压力的非线性回归预测模型。结果表明：在初始温度和初始压力耦合作用下，初始压力越高，初始温度对最大爆炸压力的影响越大；初始温度越高，初始压力对最大爆炸压力的影响越小。在初始压力和当量比耦合作用下，在研究的实验条件范围内，当φ<0.9或φ>1.2时，初始压力越高，最大爆炸压力的变化越显著。在初始温度和当量比耦合作用下，在实验条件范围内，当φ>1.15时，初始温度越高，最大爆炸压力的变化越显著。此外，通过将基于1stOpt预测模型的预测结果与实验测试结果相比较，发现二者之间的相对误差均小于10%，表明该预测模型具有较高的精度和适应性。
为了探究多因素耦合作用对甲烷爆炸特性的影响，采用1.2 L圆柱形爆炸装置，结合自主设计和搭建的可燃气体爆炸试验平台，从最大爆炸压力的角度分析了不同当量比φ （0.6～1.4）、初始温度T0 （25～200 ℃）和初始压力p0 （0.1～0.5 MPa）耦合条件对甲烷爆炸特性的影响规律。在此基础上，基于实验获得的最大爆炸压力数据，利用1stOpt构建了甲烷最大爆炸压力与当量比、初始温度和初始压力的非线性回归预测模型。结果表明：在初始温度和初始压力耦合作用下，初始压力越高，初始温度对最大爆炸压力的影响越大；初始温度越高，初始压力对最大爆炸压力的影响越小。在初始压力和当量比耦合作用下，在研究的实验条件范围内，当φ<0.9或φ>1.2时，初始压力越高，最大爆炸压力的变化越显著。在初始温度和当量比耦合作用下，在实验条件范围内，当φ>1.15时，初始温度越高，最大爆炸压力的变化越显著。此外，通过将基于1stOpt预测模型的预测结果与实验测试结果相比较，发现二者之间的相对误差均小于10%，表明该预测模型具有较高的精度和适应性。
2023, 43(3): 032201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0075
摘要:
为深入认识水下爆炸近壁面流场局部空化的形成机理，采用自行研制的转镜式分幅相机，获得了炸药水下爆炸近壁面流场局部空化效应的光学图像，结合数值模拟和Taylor平面波理论、空泡动力学理论，分析了近壁面空化效应的形成过程。结果表明：界面反射的稀疏波作用和水中空化核的膨胀发展是水下爆炸近壁面流场空化效应形成的原因；外界流场压力对空泡初期膨胀运动影响较小，对空泡后期运动行为影响较大；低压环境下不同尺度空泡的运动行为存在较大差异，小尺度空泡（半径小于10 μm）在低压环境下处于快速膨胀、溃灭状态，对流场空化影响较小；大尺度空泡（半径大于10 μm）可失去稳定性，半径持续增大，对流场空化区的形成影响较大；水中不同尺寸空泡空间分布的随机性可导致空化区成长过程中呈现非规则形状。
为深入认识水下爆炸近壁面流场局部空化的形成机理，采用自行研制的转镜式分幅相机，获得了炸药水下爆炸近壁面流场局部空化效应的光学图像，结合数值模拟和Taylor平面波理论、空泡动力学理论，分析了近壁面空化效应的形成过程。结果表明：界面反射的稀疏波作用和水中空化核的膨胀发展是水下爆炸近壁面流场空化效应形成的原因；外界流场压力对空泡初期膨胀运动影响较小，对空泡后期运动行为影响较大；低压环境下不同尺度空泡的运动行为存在较大差异，小尺度空泡（半径小于10 μm）在低压环境下处于快速膨胀、溃灭状态，对流场空化影响较小；大尺度空泡（半径大于10 μm）可失去稳定性，半径持续增大，对流场空化区的形成影响较大；水中不同尺寸空泡空间分布的随机性可导致空化区成长过程中呈现非规则形状。
2023, 43(3): 032202.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0268
摘要:
针对具有不同类型喷管的爆轰管在水下爆轰中形成的燃气射流问题，搭建了爆轰实验平台，研究了单次爆轰过程中尾部喷管对水下气泡形态与压力特征的影响。采用数字粒子图像测速技术对高速摄影机拍摄得到的气泡脉动图片进行流场可视化分析，得到各喷管工况下的气泡速度场。为了确认爆轰管内是否形成稳定爆轰波，并观察爆轰波在气液两相界面上的透反射特性，爆轰管尾部安装有2个动态压力传感器，同时在距离喷管一定距离处设置一个水下爆炸传感器，以监测水中传播的压力波。结果表明：扩张喷管工况下的气泡脉动过程与直喷管工况基本一致，但扩张喷管提高了燃气射流速度，气泡膨胀体积更大；因为燃气射流的持续性，收敛喷管工况下的气泡脉动过程具有明显差异，气泡膨胀体积较小，但气泡二次脉动时长相较于一次脉动时长衰减更小；扩张喷管提高了气泡脉动强度，扩张喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力远大于直喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力；收敛喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力都较小，但收敛喷管燃气射流的持续性减缓了气泡脉动压力的衰减速度。相比于直喷管，扩张喷管工况下的气泡脉动时间、气泡脉动压力与透射冲击波压力都更大。收敛喷管工况下的气泡脉动持续时间较短，并且收敛喷管对透射冲击波压力和气泡脉动压力均具有明显的抑制作用。
针对具有不同类型喷管的爆轰管在水下爆轰中形成的燃气射流问题，搭建了爆轰实验平台，研究了单次爆轰过程中尾部喷管对水下气泡形态与压力特征的影响。采用数字粒子图像测速技术对高速摄影机拍摄得到的气泡脉动图片进行流场可视化分析，得到各喷管工况下的气泡速度场。为了确认爆轰管内是否形成稳定爆轰波，并观察爆轰波在气液两相界面上的透反射特性，爆轰管尾部安装有2个动态压力传感器，同时在距离喷管一定距离处设置一个水下爆炸传感器，以监测水中传播的压力波。结果表明：扩张喷管工况下的气泡脉动过程与直喷管工况基本一致，但扩张喷管提高了燃气射流速度，气泡膨胀体积更大；因为燃气射流的持续性，收敛喷管工况下的气泡脉动过程具有明显差异，气泡膨胀体积较小，但气泡二次脉动时长相较于一次脉动时长衰减更小；扩张喷管提高了气泡脉动强度，扩张喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力远大于直喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力；收敛喷管工况下的气泡脉动压力与透射冲击波压力都较小，但收敛喷管燃气射流的持续性减缓了气泡脉动压力的衰减速度。相比于直喷管，扩张喷管工况下的气泡脉动时间、气泡脉动压力与透射冲击波压力都更大。收敛喷管工况下的气泡脉动持续时间较短，并且收敛喷管对透射冲击波压力和气泡脉动压力均具有明显的抑制作用。
2023, 43(3): 033101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0374
摘要:
分层梯度材料特定的梯度变化能有效增强材料性能。为研究梯度结构、冲击方向对分层梯度材料冲击响应的影响，利用分离式霍普金森压杆结合高速摄影技术对Mo-ZrC分层梯度金属陶瓷进行了动态压缩实验，基于数字图像相关技术讨论了梯度结构、冲击方向对金属陶瓷材料破坏模式的影响，利用Mori-Tanaka理论计算得到金属陶瓷等效性质，结合应力波理论研究波在分层梯度复合材料中的传播规律。结果表明：(1) 相同加载条件下，梯度结构对材料的强度、韧性和破坏产物的完整性具有重要影响，在冲击过程中，样品响应可以分为压紧阶段、裂纹成核发展阶段和贯穿阶段，对于不同梯度结构和冲击方向，样品在加载过程中呈现出不同的破坏时序和失效模式；(2) 利用数字图像相关方法跟踪分层梯度陶瓷的局部变形发展，分析发现局部增量达到临界状态后，局部变形发展转化为微裂纹的形成和累积，最终导致整体性破碎失效；(3) 通过分层梯度材料一维应力波传播理论推导得到，改变冲击梯度方向对应力波透反射系数存在一定影响，不同梯度结构设计对改变冲击梯度方向敏感性不同，且存在极值情况。
分层梯度材料特定的梯度变化能有效增强材料性能。为研究梯度结构、冲击方向对分层梯度材料冲击响应的影响，利用分离式霍普金森压杆结合高速摄影技术对Mo-ZrC分层梯度金属陶瓷进行了动态压缩实验，基于数字图像相关技术讨论了梯度结构、冲击方向对金属陶瓷材料破坏模式的影响，利用Mori-Tanaka理论计算得到金属陶瓷等效性质，结合应力波理论研究波在分层梯度复合材料中的传播规律。结果表明：(1) 相同加载条件下，梯度结构对材料的强度、韧性和破坏产物的完整性具有重要影响，在冲击过程中，样品响应可以分为压紧阶段、裂纹成核发展阶段和贯穿阶段，对于不同梯度结构和冲击方向，样品在加载过程中呈现出不同的破坏时序和失效模式；(2) 利用数字图像相关方法跟踪分层梯度陶瓷的局部变形发展，分析发现局部增量达到临界状态后，局部变形发展转化为微裂纹的形成和累积，最终导致整体性破碎失效；(3) 通过分层梯度材料一维应力波传播理论推导得到，改变冲击梯度方向对应力波透反射系数存在一定影响，不同梯度结构设计对改变冲击梯度方向敏感性不同，且存在极值情况。
2023, 43(3): 033201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0098
摘要:
为深入认识跌落冲击条件下构型弹体内部的载荷传递规律及结构响应特征，促进战斗部装药安定性评估和结构设计，结合数值模拟和应力波分析手段，研究了构型弹体在跌落过程中的冲击响应特征，主要关注内部药柱的变形和损伤特性，并讨论跌落姿态、装药构型和跌落高度等因素的影响。结果表明，在跌落冲击条件下，构型弹体装药的变形并非由药柱同壳体的直接撞击作用主控，而主要受到弹体内部应力波传播的影响。装药结构最大变形和损伤区域并不位于药柱外侧同壳体相接触的位置，而位于内部区域。冲击应力波在壳体和药柱之间的透射特征、在壳体和装药内部的反射和叠加特性等决定了药柱的主要变形区域及其变形程度。跌落姿态对药柱的响应特征和变形形貌具有重要影响，导致装药安定性风险从高到低排序的跌落姿态依次为尾部向下垂直跌落、水平跌落、头部向下垂直跌落和倾斜跌落。药柱构型也具有重要作用，其中药柱分段界面容易使得药柱变形程度增大，但对装药过载以及变形分布特征的影响相对较小；隔板结构则容易增大装药过载，同时导致药柱的局域变形位置和变形程度均发生改变。跌落高度对药柱变形区域分布特征的影响较小，对载荷幅值、变形程度和分布范围大小等则具有重要作用，随跌落高度增加，药柱的变形和过载逐渐增大。基于数值模拟结合应力波传播来阐释复杂构型弹体结构响应特征的研究手段，较好地搭建了基本理论与实际工程应用之间的分析桥梁。
为深入认识跌落冲击条件下构型弹体内部的载荷传递规律及结构响应特征，促进战斗部装药安定性评估和结构设计，结合数值模拟和应力波分析手段，研究了构型弹体在跌落过程中的冲击响应特征，主要关注内部药柱的变形和损伤特性，并讨论跌落姿态、装药构型和跌落高度等因素的影响。结果表明，在跌落冲击条件下，构型弹体装药的变形并非由药柱同壳体的直接撞击作用主控，而主要受到弹体内部应力波传播的影响。装药结构最大变形和损伤区域并不位于药柱外侧同壳体相接触的位置，而位于内部区域。冲击应力波在壳体和药柱之间的透射特征、在壳体和装药内部的反射和叠加特性等决定了药柱的主要变形区域及其变形程度。跌落姿态对药柱的响应特征和变形形貌具有重要影响，导致装药安定性风险从高到低排序的跌落姿态依次为尾部向下垂直跌落、水平跌落、头部向下垂直跌落和倾斜跌落。药柱构型也具有重要作用，其中药柱分段界面容易使得药柱变形程度增大，但对装药过载以及变形分布特征的影响相对较小；隔板结构则容易增大装药过载，同时导致药柱的局域变形位置和变形程度均发生改变。跌落高度对药柱变形区域分布特征的影响较小，对载荷幅值、变形程度和分布范围大小等则具有重要作用，随跌落高度增加，药柱的变形和过载逐渐增大。基于数值模拟结合应力波传播来阐释复杂构型弹体结构响应特征的研究手段，较好地搭建了基本理论与实际工程应用之间的分析桥梁。
2023, 43(3): 033301.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0182
摘要:
为研究药型罩对聚能射孔弹侵彻页岩储层的射孔和损伤致裂效果的影响机理，建立了射孔弹-空气-页岩三维模型，设置药型罩的锥角分别为50°、60°、70°和80°，壁厚分别为0.5、1.0和1.5 mm，材料分别为铜、钢、钛和钨。利用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值计算，分别从射流速度与形态、页岩射孔效果及页岩孔裂隙形成规律特征等进行系统性分析。研究结果表明：在射孔弹结构中，随着药型罩锥角的减小，射流速度提高、杵体速度降低、侵彻深度增大同时开孔孔径减小。在一定范围内，适当减小药型罩的壁厚，可以提高射流速度、减小杵体质量、增大侵彻深度和开孔倾斜度。药型罩材料对射流速度、杵体结构和页岩射孔效果均有显著影响，其中钨药型罩射孔弹的侵彻深度最大但开孔孔径最小，钛药型罩射孔弹的侵彻深度最小但开孔倾斜度最大，铜比钢药型罩射孔弹的侵彻深度略大但开孔孔径略小。通过研究不同对照组的页岩孔裂隙形成规律特征发现，页岩孔裂隙发育主要发生在杵体对页岩的再扩孔阶段，减小射流初始扩孔孔径、增大杵体直径、提高杵体速度，可以促进页岩孔裂隙发育程度。
为研究药型罩对聚能射孔弹侵彻页岩储层的射孔和损伤致裂效果的影响机理，建立了射孔弹-空气-页岩三维模型，设置药型罩的锥角分别为50°、60°、70°和80°，壁厚分别为0.5、1.0和1.5 mm，材料分别为铜、钢、钛和钨。利用ANSYS/LS-DYNA软件进行数值计算，分别从射流速度与形态、页岩射孔效果及页岩孔裂隙形成规律特征等进行系统性分析。研究结果表明：在射孔弹结构中，随着药型罩锥角的减小，射流速度提高、杵体速度降低、侵彻深度增大同时开孔孔径减小。在一定范围内，适当减小药型罩的壁厚，可以提高射流速度、减小杵体质量、增大侵彻深度和开孔倾斜度。药型罩材料对射流速度、杵体结构和页岩射孔效果均有显著影响，其中钨药型罩射孔弹的侵彻深度最大但开孔孔径最小，钛药型罩射孔弹的侵彻深度最小但开孔倾斜度最大，铜比钢药型罩射孔弹的侵彻深度略大但开孔孔径略小。通过研究不同对照组的页岩孔裂隙形成规律特征发现，页岩孔裂隙发育主要发生在杵体对页岩的再扩孔阶段，减小射流初始扩孔孔径、增大杵体直径、提高杵体速度，可以促进页岩孔裂隙发育程度。
2023, 43(3): 033302.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0029
摘要:
为了考察受超高车辆撞击装配式钢筋混凝土箱梁跨线桥的冲击动力和破坏行为，以一起近来发生的实际工程事故为案例进行精化有限元数值分析，并提出了双质量-并联弹簧（double mass-parallel spring, DM-PS）简化车辆模型，以有效地模拟超高车辆与桥梁的非对心碰撞行为。所建议DM-PS简化模型的有效性通过与两种广泛使用的车辆模型包括全尺（full scale, FS）模型和简单刚体（simple rigid, SR）模型的比较而得到充分地评估。计算结果表明：采用FS模型可得到与事故现场照片基本一致的跨线桥撞击区域破坏特征；SR模型高估结构的局部破坏，弱化结构的整体变形；DM-PS模型对于预测结构破坏具有较高的准确性。因此，所提出的DM-PS模型为超高车辆撞击桥梁结构防护设计提供了一个简单有效的分析手段。在此基础上，利用DM-PS模型进行了详细的结构行为参数分析，深入考察了车辆撞击速度、撞击质量、撞击位置以及结构形式等效应。所得到的结论为：相比撞击质量，结构的冲击动力行为对于撞击速度有更高的敏感性；跨中受撞和边跨受撞的变形和破坏模式有较大差异，边跨受撞对于单侧支座损伤更严重；箱梁内的箱板以及底板可以有效提高结构的抗冲击性能。
为了考察受超高车辆撞击装配式钢筋混凝土箱梁跨线桥的冲击动力和破坏行为，以一起近来发生的实际工程事故为案例进行精化有限元数值分析，并提出了双质量-并联弹簧（double mass-parallel spring, DM-PS）简化车辆模型，以有效地模拟超高车辆与桥梁的非对心碰撞行为。所建议DM-PS简化模型的有效性通过与两种广泛使用的车辆模型包括全尺（full scale, FS）模型和简单刚体（simple rigid, SR）模型的比较而得到充分地评估。计算结果表明：采用FS模型可得到与事故现场照片基本一致的跨线桥撞击区域破坏特征；SR模型高估结构的局部破坏，弱化结构的整体变形；DM-PS模型对于预测结构破坏具有较高的准确性。因此，所提出的DM-PS模型为超高车辆撞击桥梁结构防护设计提供了一个简单有效的分析手段。在此基础上，利用DM-PS模型进行了详细的结构行为参数分析，深入考察了车辆撞击速度、撞击质量、撞击位置以及结构形式等效应。所得到的结论为：相比撞击质量，结构的冲击动力行为对于撞击速度有更高的敏感性；跨中受撞和边跨受撞的变形和破坏模式有较大差异，边跨受撞对于单侧支座损伤更严重；箱梁内的箱板以及底板可以有效提高结构的抗冲击性能。
2023, 43(3): 033303.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0115
摘要:
基于iSALE-2D仿真代码对依兰陨石坑的形成过程进行了研究，采用欧拉算法开展数值模拟，探讨了依兰陨石坑的撞击条件，统计分析了成坑过程中熔化层的形成与分布规律，结合点源成坑相似律模型，拟合得到强度机制下的成坑半径关系式。研究结果表明一颗直径120 m、撞击速度12 km/s的花岗岩质小行星垂直撞击地表形成一个与依兰陨石坑形态相似的陨石坑，再现了成坑形成的3个阶段：接触与压缩阶段、开坑阶段、后期调整阶段。大部分熔体在坑底呈分层堆叠分布，少量熔体随抛射物沉积在靶体表面，呈离散状分布，完全熔化材料质量约为撞击体质量的24倍。直径120 m、撞击速度12 km/s工况模拟结果与拟合的成坑半径关系式结果相对误差10.3%。
基于iSALE-2D仿真代码对依兰陨石坑的形成过程进行了研究，采用欧拉算法开展数值模拟，探讨了依兰陨石坑的撞击条件，统计分析了成坑过程中熔化层的形成与分布规律，结合点源成坑相似律模型，拟合得到强度机制下的成坑半径关系式。研究结果表明一颗直径120 m、撞击速度12 km/s的花岗岩质小行星垂直撞击地表形成一个与依兰陨石坑形态相似的陨石坑，再现了成坑形成的3个阶段：接触与压缩阶段、开坑阶段、后期调整阶段。大部分熔体在坑底呈分层堆叠分布，少量熔体随抛射物沉积在靶体表面，呈离散状分布，完全熔化材料质量约为撞击体质量的24倍。直径120 m、撞击速度12 km/s工况模拟结果与拟合的成坑半径关系式结果相对误差10.3%。
2023, 43(3): 034101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0344
摘要:
研制了一种可以实现多次加载的凸轮递进式中应变率压缩实验系统。该实验装置采用伺服电机驱动蓄能飞轮转动，后蓄能飞轮带动加载凸轮压缩加载杆的方法，实现对试样中应变率的压缩；同时在一级压缩即将结束时步进电机迅速推动蓄能飞轮贴近加载凸轮，实现多级压缩。试样的动态压缩载荷通过两侧杆上粘贴的应变片所记录的应变信号得到；试样变形过程通过激光干涉测速系统测得的试样两侧杆端的运动速度信号得到。以纸蜂窝试样为例，基于研制的中应变率实验系统，并结合高速摄影图片，研究了厚度10 mm、直径14.5 mm的纸蜂窝试样在应变率3.5 s−1下的动态压缩力学性能，得到了单级压缩和两级压缩过程中纸蜂窝试样的应力-应变曲线和变形过程，并讨论了该实验系统的可靠性。此实验系统可以实现多级递进式中应变率加载；纸蜂窝试样在中等应变率下的峰值强度和平台应力对高应变率下的动态压缩实验数据和低应变率下的准静态实验数据进行了较好地衔接；试样的失效模式主要为准弹性变形后的外壁屈曲和面内剪切。
研制了一种可以实现多次加载的凸轮递进式中应变率压缩实验系统。该实验装置采用伺服电机驱动蓄能飞轮转动，后蓄能飞轮带动加载凸轮压缩加载杆的方法，实现对试样中应变率的压缩；同时在一级压缩即将结束时步进电机迅速推动蓄能飞轮贴近加载凸轮，实现多级压缩。试样的动态压缩载荷通过两侧杆上粘贴的应变片所记录的应变信号得到；试样变形过程通过激光干涉测速系统测得的试样两侧杆端的运动速度信号得到。以纸蜂窝试样为例，基于研制的中应变率实验系统，并结合高速摄影图片，研究了厚度10 mm、直径14.5 mm的纸蜂窝试样在应变率3.5 s−1下的动态压缩力学性能，得到了单级压缩和两级压缩过程中纸蜂窝试样的应力-应变曲线和变形过程，并讨论了该实验系统的可靠性。此实验系统可以实现多级递进式中应变率加载；纸蜂窝试样在中等应变率下的峰值强度和平台应力对高应变率下的动态压缩实验数据和低应变率下的准静态实验数据进行了较好地衔接；试样的失效模式主要为准弹性变形后的外壁屈曲和面内剪切。
2023, 43(3): 034201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0390
摘要:
火炮发射时，火药燃气与身管间发生剧烈的传热传质作用是导致身管烧蚀的重要因素。为了研究某155 mm火炮中高温高压高速的燃气流对身管的烧蚀特性，采用CFD流固耦合方法，建立了发射过程中的身管非稳态流动传热模型，并根据炮钢在不同温度下的烧蚀特点，将烧蚀过程分为热化学烧蚀和熔化烧蚀，建立了分段烧蚀模型。计算结果表明，身管内壁温度随时间的增加先迅速增大，随后逐渐降低。整体上，内壁温度随身管轴向距离的增大而逐渐降低。身管膛线起始区域的壁面温度最高，其烧蚀是熔化和热化学烧蚀共同导致的，而线膛部的大部分区域仅发生了热化学烧蚀。总烧蚀量随着身管轴向距离的增大而逐渐降低，膛线起始部的烧蚀最为严重，单发总烧蚀量（常温）为5.06 μm。同时分析了不同工况对身管烧蚀特性的影响，发现最大烧蚀量与初始壁面温度呈现很强的正相关性，温度的升高会加剧身管的烧蚀。
火炮发射时，火药燃气与身管间发生剧烈的传热传质作用是导致身管烧蚀的重要因素。为了研究某155 mm火炮中高温高压高速的燃气流对身管的烧蚀特性，采用CFD流固耦合方法，建立了发射过程中的身管非稳态流动传热模型，并根据炮钢在不同温度下的烧蚀特点，将烧蚀过程分为热化学烧蚀和熔化烧蚀，建立了分段烧蚀模型。计算结果表明，身管内壁温度随时间的增加先迅速增大，随后逐渐降低。整体上，内壁温度随身管轴向距离的增大而逐渐降低。身管膛线起始区域的壁面温度最高，其烧蚀是熔化和热化学烧蚀共同导致的，而线膛部的大部分区域仅发生了热化学烧蚀。总烧蚀量随着身管轴向距离的增大而逐渐降低，膛线起始部的烧蚀最为严重，单发总烧蚀量（常温）为5.06 μm。同时分析了不同工况对身管烧蚀特性的影响，发现最大烧蚀量与初始壁面温度呈现很强的正相关性，温度的升高会加剧身管的烧蚀。
2023, 43(3): 034202.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0110
摘要:
针对某光学舱所采用的泡沫铝夹层防护结构在破片冲击下的抗冲击性能问题，采用Monte-Carlo方法创建了泡沫铝结构的二维细观模型，在常规态型近场动力学理论中引入了Mises屈服准则和线性各向同性强化模型，建立了近场动力学塑性本构的数值计算框架。基于近场动力学计算程序模拟了低速冲击作用下泡沫铝夹层结构的塑性变形以及有机玻璃背板的裂纹扩展形态，分析了泡沫铝芯材孔隙率对该夹层结构抗冲击性能和损伤模式的影响规律。结果表明：泡沫铝夹层结构良好的塑性变形能力是其发挥缓冲与防护作用的主要因素，并且在一定范围内，泡沫铝芯材孔隙率越高，则夹层结构具有更好的抗冲击性能；当泡沫铝孔隙率从0.4提升到0.7时，泡沫铝对冲击物的动能吸收率从90%提高到99%；模拟结果与实验结果具有较好的一致性，验证了模拟结果的准确性和分析结论的有效性。通过数值模拟，预测了有机玻璃背板的裂纹扩展形态，发现提高泡沫铝的孔隙率能获得更好的防护效果。
针对某光学舱所采用的泡沫铝夹层防护结构在破片冲击下的抗冲击性能问题，采用Monte-Carlo方法创建了泡沫铝结构的二维细观模型，在常规态型近场动力学理论中引入了Mises屈服准则和线性各向同性强化模型，建立了近场动力学塑性本构的数值计算框架。基于近场动力学计算程序模拟了低速冲击作用下泡沫铝夹层结构的塑性变形以及有机玻璃背板的裂纹扩展形态，分析了泡沫铝芯材孔隙率对该夹层结构抗冲击性能和损伤模式的影响规律。结果表明：泡沫铝夹层结构良好的塑性变形能力是其发挥缓冲与防护作用的主要因素，并且在一定范围内，泡沫铝芯材孔隙率越高，则夹层结构具有更好的抗冲击性能；当泡沫铝孔隙率从0.4提升到0.7时，泡沫铝对冲击物的动能吸收率从90%提高到99%；模拟结果与实验结果具有较好的一致性，验证了模拟结果的准确性和分析结论的有效性。通过数值模拟，预测了有机玻璃背板的裂纹扩展形态，发现提高泡沫铝的孔隙率能获得更好的防护效果。
2023, 43(3): 034203.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0017
摘要:
为了探究水下爆破冲击波对鱼类损伤的影响，首先通过理论分析探讨了水下冲击波在鱼体的传播过程和对鱼鳔的损伤机理，构建了典型有鳔鱼类临界安全波压模型，并结合实测数据、参考相关文献，确定了模型参数。结果表明，典型有鳔鱼类临界安全波压与鱼体长呈线性关系。其中，水介质和鱼鳔壁介质的波阻抗比、鱼鳔宽度因数、鱼鳔壁厚因数、鱼鳔径向临界拉应力因数和鱼鳔形状因数分别为0.3~2.0、0.04~0.09、0.002、60和0.6~1.1。然后，根据典型有鳔鱼类临界安全波压模型参数，得到最大和最小鱼类临界安全波压模型分别为pic,max=30L和pic,min=3L（pic,max的单位为kPa，L的单位为cm）。最后，通过鱼类损伤情况的实测数据和文献数据，验证了鱼类临界安全波压模型。结果表明，不同体长的鱼类在不同冲击波压力时的受损状况分布，基本与鱼类所能承受的最大和最小的临界安全波压范围符合。并根据鱼类临界安全波压与体长的关系，划分了死亡区、存活有影响区和存活无影响区。
为了探究水下爆破冲击波对鱼类损伤的影响，首先通过理论分析探讨了水下冲击波在鱼体的传播过程和对鱼鳔的损伤机理，构建了典型有鳔鱼类临界安全波压模型，并结合实测数据、参考相关文献，确定了模型参数。结果表明，典型有鳔鱼类临界安全波压与鱼体长呈线性关系。其中，水介质和鱼鳔壁介质的波阻抗比、鱼鳔宽度因数、鱼鳔壁厚因数、鱼鳔径向临界拉应力因数和鱼鳔形状因数分别为0.3~2.0、0.04~0.09、0.002、60和0.6~1.1。然后，根据典型有鳔鱼类临界安全波压模型参数，得到最大和最小鱼类临界安全波压模型分别为pic,max=30L和pic,min=3L（pic,max的单位为kPa，L的单位为cm）。最后，通过鱼类损伤情况的实测数据和文献数据，验证了鱼类临界安全波压模型。结果表明，不同体长的鱼类在不同冲击波压力时的受损状况分布，基本与鱼类所能承受的最大和最小的临界安全波压范围符合。并根据鱼类临界安全波压与体长的关系，划分了死亡区、存活有影响区和存活无影响区。
2023, 43(3): 035101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0333
摘要:
为探究分段装药爆炸应变场与裂隙场分布规律，采用数字图像相关分析方法与电子计算机断层扫描实验方法，分析了孔内分段装药爆炸全场应变传播规律，建立了爆后“岩石—爆炸裂隙”的三维重构模型，描述了爆炸裂纹位置与形态的空间分布情况，得到岩石材料爆炸裂隙的分形维数与损伤度。研究结果表明：分段装药改变了连续装药对介质的全场应变形态，由一次应变改变为两次应变，在满足第一段炸药对介质的破坏作用下，同时加大了第二段炸药对介质的作用效应；上分段装药占比0.4时，下分段介质受爆炸作用应变峰值更大，更好满足工程实践中下半段岩体对爆炸能量的需求；相同装药系数下，连续装药结构爆炸裂纹没有贯穿试件整体，炮孔封堵段的爆炸裂纹较少，分段装药结构下，由于提高了炸药的位置，使得上部分岩体能够更好地利用炸药爆炸的能量破碎岩石；分段装药岩石整体损伤度较连续装药提高了23.5%，其中上分段岩石损伤差异较大，分段装药上分段损伤度比连续装药提高46.4%。
为探究分段装药爆炸应变场与裂隙场分布规律，采用数字图像相关分析方法与电子计算机断层扫描实验方法，分析了孔内分段装药爆炸全场应变传播规律，建立了爆后“岩石—爆炸裂隙”的三维重构模型，描述了爆炸裂纹位置与形态的空间分布情况，得到岩石材料爆炸裂隙的分形维数与损伤度。研究结果表明：分段装药改变了连续装药对介质的全场应变形态，由一次应变改变为两次应变，在满足第一段炸药对介质的破坏作用下，同时加大了第二段炸药对介质的作用效应；上分段装药占比0.4时，下分段介质受爆炸作用应变峰值更大，更好满足工程实践中下半段岩体对爆炸能量的需求；相同装药系数下，连续装药结构爆炸裂纹没有贯穿试件整体，炮孔封堵段的爆炸裂纹较少，分段装药结构下，由于提高了炸药的位置，使得上部分岩体能够更好地利用炸药爆炸的能量破碎岩石；分段装药岩石整体损伤度较连续装药提高了23.5%，其中上分段岩石损伤差异较大，分段装药上分段损伤度比连续装药提高46.4%。
