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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0170
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为探究远距离爆炸荷载作用下城市连续梁桥的动力响应和破坏机理，首先采用LS-DYNA实现了远距离爆炸荷载的高效加载和爆炸流固耦合数值计算。基于典型连续梁桥结构，建立精细化数值计算模型，分析了不同爆炸场景下桥梁的响应过程和典型破坏模式，并进一步研究了爆炸距离、爆炸当量、冲击角度对结构响应和破坏的影响。结果表明：远距离爆炸荷载下连续梁桥呈现整体性的响应，上部结构抬升和桥墩倾斜是响应过程中的典型特征，上部结构抬升受爆炸荷载及桥梁空间几何特性影响，而桥墩倾斜则与冲击波直接作用和上部结构移位相关；正冲击下，连续梁桥发生湿接头破坏、箱梁弯曲变形、墩顶和墩底压溃以及盖梁弯曲开裂等典型破坏模式，并且斜冲击下，下部结构还发生墩柱扭转现象；冲击角度和比例距离减小，均将加剧桥梁结构的整体损伤程度。根据提出的加权损伤因子评价可知，相比于冲击角度变化，连续梁桥整体损伤程度对比例距离变化更敏感。
为探究远距离爆炸荷载作用下城市连续梁桥的动力响应和破坏机理，首先采用LS-DYNA实现了远距离爆炸荷载的高效加载和爆炸流固耦合数值计算。基于典型连续梁桥结构，建立精细化数值计算模型，分析了不同爆炸场景下桥梁的响应过程和典型破坏模式，并进一步研究了爆炸距离、爆炸当量、冲击角度对结构响应和破坏的影响。结果表明：远距离爆炸荷载下连续梁桥呈现整体性的响应，上部结构抬升和桥墩倾斜是响应过程中的典型特征，上部结构抬升受爆炸荷载及桥梁空间几何特性影响，而桥墩倾斜则与冲击波直接作用和上部结构移位相关；正冲击下，连续梁桥发生湿接头破坏、箱梁弯曲变形、墩顶和墩底压溃以及盖梁弯曲开裂等典型破坏模式，并且斜冲击下，下部结构还发生墩柱扭转现象；冲击角度和比例距离减小，均将加剧桥梁结构的整体损伤程度。根据提出的加权损伤因子评价可知，相比于冲击角度变化，连续梁桥整体损伤程度对比例距离变化更敏感。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0258
摘要:
为了获取椭圆截面弹体斜侵彻混凝土的弹道特性，采用数值模拟方法开展了系统性研究。构建了可靠的数值模拟模型，对影响弹道偏转的倾角、攻角和滚转角进行了解耦，开展了不同落角下椭圆截面弹体斜侵彻混凝土的数值模拟，深入分析并揭示了弹道偏转、自旋转演变规律及机理。研究结果表明：倾角和攻角导致弹体上、下表面受力面积存在差异，且攻角还会造成弹体表面应力分布不对称，最终产生偏转力矩驱动弹体偏转；随着倾角和攻角的增大，弹体角速度、姿态角和弹道偏移总体上呈增大趋势。在带倾角斜侵彻情况下，竖姿弹体偏转慢、持续时间长，而平姿弹体偏转快、持续时间短，两者在弹道稳定性方面不存在绝对的优劣；在带攻角斜侵彻情况下，竖姿弹体的弹道稳定性相对平姿弹体更好。滚转角叠加倾角导致弹靶交会条件不对称，弹体除偏移和偏转外，还有绕轴的自旋转运动；当滚转角由0°向90°增大时，弹靶交会条件经历对称至不对称再至对称的转变，弹体在水平方向的偏移量和滚转角增量呈先增大后减小的趋势。研究成果可为椭圆截面弹体实际工程应用提供参考。
为了获取椭圆截面弹体斜侵彻混凝土的弹道特性，采用数值模拟方法开展了系统性研究。构建了可靠的数值模拟模型，对影响弹道偏转的倾角、攻角和滚转角进行了解耦，开展了不同落角下椭圆截面弹体斜侵彻混凝土的数值模拟，深入分析并揭示了弹道偏转、自旋转演变规律及机理。研究结果表明：倾角和攻角导致弹体上、下表面受力面积存在差异，且攻角还会造成弹体表面应力分布不对称，最终产生偏转力矩驱动弹体偏转；随着倾角和攻角的增大，弹体角速度、姿态角和弹道偏移总体上呈增大趋势。在带倾角斜侵彻情况下，竖姿弹体偏转慢、持续时间长，而平姿弹体偏转快、持续时间短，两者在弹道稳定性方面不存在绝对的优劣；在带攻角斜侵彻情况下，竖姿弹体的弹道稳定性相对平姿弹体更好。滚转角叠加倾角导致弹靶交会条件不对称，弹体除偏移和偏转外，还有绕轴的自旋转运动；当滚转角由0°向90°增大时，弹靶交会条件经历对称至不对称再至对称的转变，弹体在水平方向的偏移量和滚转角增量呈先增大后减小的趋势。研究成果可为椭圆截面弹体实际工程应用提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0379
摘要:
为揭示弹体高速侵彻下天然气管道的局部损伤机理，基于侵彻试验、数值模拟与理论推导，建立了一种基于统一强度理论的管道损伤塑性半径统一解。通过开展L415M管道钢的弹体侵彻试验，获取了管道着弹面撞击形态、塑性区范围及塑性半径等关键参数。基于试验结果和ANSYS/Workbench建立动力学模型，对管道的局部应力场和应变分布进行了数值模拟，并引入统一强度理论对中间主应力参数b的敏感性进行了系统分析，进而结合有限柱形空腔膨胀模型，推导建立了管道损伤塑性半径的解析表达式，并提出了弹体侵彻天然气管道局部损伤失效准则，当侵彻荷载下测量得到的塑性半径超过由材料单向拉伸断裂应变εf与模型参数A（含中间主应力参数b）所限定的临界值rmax时，可判定管道发生局部损伤失效。结果表明：当b=0.2时，理论预测与试验结果吻合最佳，相对误差小于10%，能较准确描述管道局部塑性变形及损伤规律。本研究为长输天然气管道在高速冲击载荷下的安全评估与防护设计提供理论依据和工程参考。
为揭示弹体高速侵彻下天然气管道的局部损伤机理，基于侵彻试验、数值模拟与理论推导，建立了一种基于统一强度理论的管道损伤塑性半径统一解。通过开展L415M管道钢的弹体侵彻试验，获取了管道着弹面撞击形态、塑性区范围及塑性半径等关键参数。基于试验结果和ANSYS/Workbench建立动力学模型，对管道的局部应力场和应变分布进行了数值模拟，并引入统一强度理论对中间主应力参数b的敏感性进行了系统分析，进而结合有限柱形空腔膨胀模型，推导建立了管道损伤塑性半径的解析表达式，并提出了弹体侵彻天然气管道局部损伤失效准则，当侵彻荷载下测量得到的塑性半径超过由材料单向拉伸断裂应变εf与模型参数A（含中间主应力参数b）所限定的临界值rmax时，可判定管道发生局部损伤失效。结果表明：当b=0.2时，理论预测与试验结果吻合最佳，相对误差小于10%，能较准确描述管道局部塑性变形及损伤规律。本研究为长输天然气管道在高速冲击载荷下的安全评估与防护设计提供理论依据和工程参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0005
摘要:
在包装领域中，用于保护产品的蜂窝纸板用量设计大多依赖于经验，易造成浪费。基于多层纸蜂窝结构的缓冲特性和脆值理论，构建了一套等厚约束下的包装结构快速设计方法。首先，通过静态压缩与动态冲击试验，获取了不同构型蜂窝材料的力-位移曲线和能量吸收特性，同时结合数值模拟方法，揭示了不同构型在加载过程中的变形模式与力学响应机制。基于试验所得的结构缓冲特性数据，实现多层蜂窝包装结构的快速参数化设计，并通过有限元模型对设计方案的缓冲效果进行了数值验证。结果表明，在静压试验中，三层纸蜂窝结构的有效吸能比单层纸蜂窝结构多吸收65.1%的能量，其应力-应变曲线呈现明显的多次平台应力区域，在冲击荷载作用下，三层纸蜂窝在受到小于81.6 J的能量冲击下，未进入致密段，而单层纸蜂窝结构在受到大于53.8 J的能量冲击下，出现力值陡增现象，多层纸蜂窝结构在冲击下具备更优的吸能特性。基于脆值和试验所得多层蜂窝结构的缓冲特性进行结构包装逆向设计，在有限元模型中进行验证，证明了设计方法的有效性。与现有蜂窝包装结构设计方法相比，该方法具备更高的效率和准确性，在缓冲包装结构设计和其它冲击领域中具备一定前景。
在包装领域中，用于保护产品的蜂窝纸板用量设计大多依赖于经验，易造成浪费。基于多层纸蜂窝结构的缓冲特性和脆值理论，构建了一套等厚约束下的包装结构快速设计方法。首先，通过静态压缩与动态冲击试验，获取了不同构型蜂窝材料的力-位移曲线和能量吸收特性，同时结合数值模拟方法，揭示了不同构型在加载过程中的变形模式与力学响应机制。基于试验所得的结构缓冲特性数据，实现多层蜂窝包装结构的快速参数化设计，并通过有限元模型对设计方案的缓冲效果进行了数值验证。结果表明，在静压试验中，三层纸蜂窝结构的有效吸能比单层纸蜂窝结构多吸收65.1%的能量，其应力-应变曲线呈现明显的多次平台应力区域，在冲击荷载作用下，三层纸蜂窝在受到小于81.6 J的能量冲击下，未进入致密段，而单层纸蜂窝结构在受到大于53.8 J的能量冲击下，出现力值陡增现象，多层纸蜂窝结构在冲击下具备更优的吸能特性。基于脆值和试验所得多层蜂窝结构的缓冲特性进行结构包装逆向设计，在有限元模型中进行验证，证明了设计方法的有效性。与现有蜂窝包装结构设计方法相比，该方法具备更高的效率和准确性，在缓冲包装结构设计和其它冲击领域中具备一定前景。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0023
摘要:
针对细长薄壁弹冲击下的高强钢-混凝土复合结构厚度极限计算问题，开展了细长薄壁弹冲击复合靶试验，基于试验结果分析了复合结构防护机理和弹体结构的破坏模式；在原有厚度极限计算模型的基础上，考虑了弹体结构强度这一关键因素，提出了新的厚度极限计算模型，并对相关参数经验性进行了讨论。研究结果表明：高强钢-混凝土复合结构的防护机理在于高强钢提供材料强度，混凝土背板提供支撑刚度，二者优势互补；由于细长薄壁弹体在冲击过程中易发生压缩胀裂破坏，计算模型必须考虑弹体结构强度对冲击效应的影响；复合结构的设计需同时兼顾高强钢力学性能和复合结构厚度极限2个方面。此外，本文计算模型存在参数具有经验性、计算结果偏保守等不足，后续研究还需对该模型加以修正。
针对细长薄壁弹冲击下的高强钢-混凝土复合结构厚度极限计算问题，开展了细长薄壁弹冲击复合靶试验，基于试验结果分析了复合结构防护机理和弹体结构的破坏模式；在原有厚度极限计算模型的基础上，考虑了弹体结构强度这一关键因素，提出了新的厚度极限计算模型，并对相关参数经验性进行了讨论。研究结果表明：高强钢-混凝土复合结构的防护机理在于高强钢提供材料强度，混凝土背板提供支撑刚度，二者优势互补；由于细长薄壁弹体在冲击过程中易发生压缩胀裂破坏，计算模型必须考虑弹体结构强度对冲击效应的影响；复合结构的设计需同时兼顾高强钢力学性能和复合结构厚度极限2个方面。此外，本文计算模型存在参数具有经验性、计算结果偏保守等不足，后续研究还需对该模型加以修正。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0362
摘要:
在钛基固态金属储氢技术应用及钛金属制品生产加工过程中极易形成氢气/钛粉两相体系，具有较高的爆炸风险。为研究氢气/钛粉两相体系爆炸特性，采用20 L球形爆炸装置，在氢气体积分数为0%～30%、钛粉粉尘浓度为100～700 g/m3范围内，对氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数变化规律进行了研究，并结合爆炸产物，分析了爆炸强度参数变化规律形成机理。结果表明，氢气的存在会显著影响钛粉的爆炸强度。总体上，不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力随氢气体积分数的增大先减小后增大再减小，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为29%时增至最大；不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力上升速率随氢气体积分数增大先减小后增大，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为30%时增至最大。氢气/钛粉两相体系最大爆炸压力同样随氢气体积分数的增大先减小后增大再减小，在氢气体积分数为4%时降至最低，在氢气体积分数为29%时达到峰值；最大爆炸压力上升速率随氢气体积分数的增大先减小后增大，当氢气体积分数为4%时达到最小值，随后持续上升，在氢气体积分数为30%时达到峰值。爆炸产物分析结果表明，低浓度氢气会导致或加剧钛粉的不完全氧化反应，进而导致钛粉爆炸强度的降低；当氢气体积分数增至临界值后，氢气的自主燃烧将促进钛粉与氮气之间的反应，并促使爆炸过程由异相燃烧向均相燃烧转变，进而导致钛粉爆炸强度的增大。
在钛基固态金属储氢技术应用及钛金属制品生产加工过程中极易形成氢气/钛粉两相体系，具有较高的爆炸风险。为研究氢气/钛粉两相体系爆炸特性，采用20 L球形爆炸装置，在氢气体积分数为0%～30%、钛粉粉尘浓度为100～700 g/m3范围内，对氢气/钛粉两相体系爆炸强度参数变化规律进行了研究，并结合爆炸产物，分析了爆炸强度参数变化规律形成机理。结果表明，氢气的存在会显著影响钛粉的爆炸强度。总体上，不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力随氢气体积分数的增大先减小后增大再减小，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为29%时增至最大；不同粉尘浓度钛粉的爆炸压力上升速率随氢气体积分数增大先减小后增大，当氢气体积分数为4%时降至最低，当氢气体积分数为30%时增至最大。氢气/钛粉两相体系最大爆炸压力同样随氢气体积分数的增大先减小后增大再减小，在氢气体积分数为4%时降至最低，在氢气体积分数为29%时达到峰值；最大爆炸压力上升速率随氢气体积分数的增大先减小后增大，当氢气体积分数为4%时达到最小值，随后持续上升，在氢气体积分数为30%时达到峰值。爆炸产物分析结果表明，低浓度氢气会导致或加剧钛粉的不完全氧化反应，进而导致钛粉爆炸强度的降低；当氢气体积分数增至临界值后，氢气的自主燃烧将促进钛粉与氮气之间的反应，并促使爆炸过程由异相燃烧向均相燃烧转变，进而导致钛粉爆炸强度的增大。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0270
摘要:
为研究温压炸药在密闭空间内爆炸时冲击波与温度的耦合增强效应，以100~400 g温压炸药为研究对象，在密闭建筑空间内开展爆炸试验研究，利用压力传感器和热电偶获得了密闭空间内不同位置处的爆炸压力和温度数据，揭示了温压炸药爆炸产生的冲击波与温度场演变特征及传播规律。结果表明：温压炸药内爆炸产生的温度场具有显著的二次升温和长持时特征；建立了基于比例爆距的初始温度峰值衰减模型。温压炸药内爆炸冲击波超压峰值的TNT等效当量系数随比例爆距的增大呈下凹双曲线变化趋势，在比例爆距为1.7 m/kg1/3时，冲击波超压的TNT等效当量系数达到最小值1.43，该位置是有氧后燃反应能量对冲击波超压峰值产生显著作用的转折点。建立了冲击波超压峰值的两阶段预测模型，分别描述了非理想爆轰与铝粉有氧后燃效应在不同区域对冲击波超压的贡献。基于爆炸产物膨胀和后燃升温引起的压力上升，建立了温压炸药内爆炸准静态压力预测模型，以100 g装药的准静态压力为基准，200、300、400 g装药质量下的准静态压力分别增至基准值的2.27、3.21、4.18倍，准静态压力在爆轰产物和后燃升温的耦合作用下呈非线性增长。
为研究温压炸药在密闭空间内爆炸时冲击波与温度的耦合增强效应，以100~400 g温压炸药为研究对象，在密闭建筑空间内开展爆炸试验研究，利用压力传感器和热电偶获得了密闭空间内不同位置处的爆炸压力和温度数据，揭示了温压炸药爆炸产生的冲击波与温度场演变特征及传播规律。结果表明：温压炸药内爆炸产生的温度场具有显著的二次升温和长持时特征；建立了基于比例爆距的初始温度峰值衰减模型。温压炸药内爆炸冲击波超压峰值的TNT等效当量系数随比例爆距的增大呈下凹双曲线变化趋势，在比例爆距为1.7 m/kg1/3时，冲击波超压的TNT等效当量系数达到最小值1.43，该位置是有氧后燃反应能量对冲击波超压峰值产生显著作用的转折点。建立了冲击波超压峰值的两阶段预测模型，分别描述了非理想爆轰与铝粉有氧后燃效应在不同区域对冲击波超压的贡献。基于爆炸产物膨胀和后燃升温引起的压力上升，建立了温压炸药内爆炸准静态压力预测模型，以100 g装药的准静态压力为基准，200、300、400 g装药质量下的准静态压力分别增至基准值的2.27、3.21、4.18倍，准静态压力在爆轰产物和后燃升温的耦合作用下呈非线性增长。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0017
摘要:
提出了梯度陶瓷球金属复合结构，并基于12.7 mm穿甲燃烧弹的侵彻实验及其数值模拟，分析了多发弹体侵彻复合靶板过程中前后发弹体间的侵彻行为特征。采用Johnson-Cook和Johnson-Holmquist材料本构模型开展了系列的有限元模拟，讨论了陶瓷球尺寸、前后发弹体着弹间距和陶瓷球梯度排列方向等因素对复合结构抗弹性能的影响。结果表明：增大陶瓷球直径可显著扩大损伤区域并增强结构的非均匀性，从而提高了靶板对冲击位置的敏感性。在多发弹冲击条件下，前发弹体冲击造成的既有损伤会明显降低靶板的能量吸收能力，并改变后发弹体的侵彻行为，尤其在后发弹体着弹点位于损伤区域时更显著。并且在一定着弹间距下，由损伤不均匀性诱导的弹体偏转可在动能吸收相近的情况下有效降低背板的侵彻深度。与负梯度结构相比，正梯度陶瓷球复合装甲在相同面密度条件下可使首层陶瓷球的损伤面积减小14.8%~57.8%，并可有效限制初始损伤区的扩展，在多次打击下保持更高的结构完整性。可见，合理设计陶瓷球梯度分布能够有效改善复合装甲抗多次打击的防护性能。
提出了梯度陶瓷球金属复合结构，并基于12.7 mm穿甲燃烧弹的侵彻实验及其数值模拟，分析了多发弹体侵彻复合靶板过程中前后发弹体间的侵彻行为特征。采用Johnson-Cook和Johnson-Holmquist材料本构模型开展了系列的有限元模拟，讨论了陶瓷球尺寸、前后发弹体着弹间距和陶瓷球梯度排列方向等因素对复合结构抗弹性能的影响。结果表明：增大陶瓷球直径可显著扩大损伤区域并增强结构的非均匀性，从而提高了靶板对冲击位置的敏感性。在多发弹冲击条件下，前发弹体冲击造成的既有损伤会明显降低靶板的能量吸收能力，并改变后发弹体的侵彻行为，尤其在后发弹体着弹点位于损伤区域时更显著。并且在一定着弹间距下，由损伤不均匀性诱导的弹体偏转可在动能吸收相近的情况下有效降低背板的侵彻深度。与负梯度结构相比，正梯度陶瓷球复合装甲在相同面密度条件下可使首层陶瓷球的损伤面积减小14.8%~57.8%，并可有效限制初始损伤区的扩展，在多次打击下保持更高的结构完整性。可见，合理设计陶瓷球梯度分布能够有效改善复合装甲抗多次打击的防护性能。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0100
摘要:
高速破片撞击燃油箱时产生液压水锤效应，其引发的燃油喷溅可能导致燃油箱引燃甚至爆炸，从而降低高价值目标的生存能力。为研究液压水锤效应导致的燃油喷溅特性，进行了高速破片撞击模拟燃油箱的试验，测试并分析了喷溅燃油的速度特性和空间分布特性；提出了液团初始运动速度与液团发散速度的概念，在此基础上建立了描述喷溅燃油时空分布的理论模型；根据侵彻孔口的裂纹情况和孔边缘金属材料的形状变化，并考虑液体内压力分布的影响，对流量系数Cv的取值进行分类：当破片撞击速度v0≤737 m/s时，Cv的取值范围为0.60～0.70；当737 m/s<v0<906 m/s时，Cv的取值范围为0.25～0.55；当v0≥906 m/s时，Cv的取值范围为0.75～0.95。研究表明，燃油喷溅轴向距离的理论计算结果与试验结果的平均误差在15%以内，修正后的径向距离理论计算结果与试验结果的相对误差在5%左右，即理论模型计算结果可较好复现试验结果。
高速破片撞击燃油箱时产生液压水锤效应，其引发的燃油喷溅可能导致燃油箱引燃甚至爆炸，从而降低高价值目标的生存能力。为研究液压水锤效应导致的燃油喷溅特性，进行了高速破片撞击模拟燃油箱的试验，测试并分析了喷溅燃油的速度特性和空间分布特性；提出了液团初始运动速度与液团发散速度的概念，在此基础上建立了描述喷溅燃油时空分布的理论模型；根据侵彻孔口的裂纹情况和孔边缘金属材料的形状变化，并考虑液体内压力分布的影响，对流量系数Cv的取值进行分类：当破片撞击速度v0≤737 m/s时，Cv的取值范围为0.60～0.70；当737 m/s<v0<906 m/s时，Cv的取值范围为0.25～0.55；当v0≥906 m/s时，Cv的取值范围为0.75～0.95。研究表明，燃油喷溅轴向距离的理论计算结果与试验结果的平均误差在15%以内，修正后的径向距离理论计算结果与试验结果的相对误差在5%左右，即理论模型计算结果可较好复现试验结果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0269
摘要:
背景纹影（background-oriented schlieren，BOS）技术因其非接触与高时空分辨率的优势，已成为爆炸力学外场试验的重要测量手段，但受强光干扰、产物散射及冲击波信号微弱且形态复杂等因素影响，BOS图像中波阵面的自动精确提取十分困难。为此，提出了一种结构感知加权变分光流方法（structure-aware weighted variational optical flow，SAW-VF），用于对冲击波的高速瞬态位移场进行鲁棒量化，其核心是最小化一个针对性构建的能量泛函：首先，在数据保真项中融合一阶光度与二阶Hessian矩阵不变性约束，从而显著增强对冲击波线状局部几何特征的敏感性；其次，引入由归一化互相关（normalized cross-correlation，NCC）驱动的空间自适应加权机制，能够动态抑制严重畸变区域对估计结果的负面影响；然后，采用受佩罗娜-马利克（perona-malik）扩散启发的各向异性正则项，以有效保护冲击波锋锐的运动边界。为了以应对大位移运动，整个优化过程嵌入由粗至精的高斯金字塔框架中。在此基础上，进一步构建了物理模型驱动的波阵面拟合方法，通过最大内点集优化与冲击波动力学约束精确提取波阵面。最终，通过基于几何标定与时间序列估计冲击波半径及传播速度，结合兰金-雨贡纽（rankine-hugoniot）理论实现非接触式超压定量测量。在TNT爆炸试验中，该方法测量结果与压力传感器数据的相对误差为0.93%~9.85%，验证了其在冲击波非侵入式超压测量中的有效性与准确性。
背景纹影（background-oriented schlieren，BOS）技术因其非接触与高时空分辨率的优势，已成为爆炸力学外场试验的重要测量手段，但受强光干扰、产物散射及冲击波信号微弱且形态复杂等因素影响，BOS图像中波阵面的自动精确提取十分困难。为此，提出了一种结构感知加权变分光流方法（structure-aware weighted variational optical flow，SAW-VF），用于对冲击波的高速瞬态位移场进行鲁棒量化，其核心是最小化一个针对性构建的能量泛函：首先，在数据保真项中融合一阶光度与二阶Hessian矩阵不变性约束，从而显著增强对冲击波线状局部几何特征的敏感性；其次，引入由归一化互相关（normalized cross-correlation，NCC）驱动的空间自适应加权机制，能够动态抑制严重畸变区域对估计结果的负面影响；然后，采用受佩罗娜-马利克（perona-malik）扩散启发的各向异性正则项，以有效保护冲击波锋锐的运动边界。为了以应对大位移运动，整个优化过程嵌入由粗至精的高斯金字塔框架中。在此基础上，进一步构建了物理模型驱动的波阵面拟合方法，通过最大内点集优化与冲击波动力学约束精确提取波阵面。最终，通过基于几何标定与时间序列估计冲击波半径及传播速度，结合兰金-雨贡纽（rankine-hugoniot）理论实现非接触式超压定量测量。在TNT爆炸试验中，该方法测量结果与压力传感器数据的相对误差为0.93%~9.85%，验证了其在冲击波非侵入式超压测量中的有效性与准确性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0222
摘要:
基于Hashin等复合材料经典失效准则的宏观有限元模拟虽然能够考虑纤维断裂、基体损伤以及分层等宏观损伤机制，但无法反映碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）内部的微观损伤行为，例如纤维和基体之间的界面脱粘。为了解决这个问题，建立了一个同时考虑纤维、基体和界面的多相细观力学模型，综合考虑纤维断裂、基体失效和界面脱粘等多种损伤机制，系统分析了横向拉伸/压缩、纵向拉伸/压缩以及面内/外剪切等典型载荷路径下单向碳纤维增强复合材料（Unidirectional carbon fiber reinforced polymer，UD CFRP）的损伤演化过程。结果表明：实验与仿真得到的峰值应力和失效应变的相对误差小于5%，同时模型预测的裂纹扩展路径与扫描电镜的观测结果一致，验证了考虑微观结构的微观力学模型的准确性。在此基础上，模型准确捕捉到了不同载荷条件下UD CFRP的损伤演化规律，这对于构建CFRP损伤容限设计准则和结构完整性评估体系具有重要工程价值。
基于Hashin等复合材料经典失效准则的宏观有限元模拟虽然能够考虑纤维断裂、基体损伤以及分层等宏观损伤机制，但无法反映碳纤维增强复合材料（Carbon fiber reinforced polymer，CFRP）内部的微观损伤行为，例如纤维和基体之间的界面脱粘。为了解决这个问题，建立了一个同时考虑纤维、基体和界面的多相细观力学模型，综合考虑纤维断裂、基体失效和界面脱粘等多种损伤机制，系统分析了横向拉伸/压缩、纵向拉伸/压缩以及面内/外剪切等典型载荷路径下单向碳纤维增强复合材料（Unidirectional carbon fiber reinforced polymer，UD CFRP）的损伤演化过程。结果表明：实验与仿真得到的峰值应力和失效应变的相对误差小于5%，同时模型预测的裂纹扩展路径与扫描电镜的观测结果一致，验证了考虑微观结构的微观力学模型的准确性。在此基础上，模型准确捕捉到了不同载荷条件下UD CFRP的损伤演化规律，这对于构建CFRP损伤容限设计准则和结构完整性评估体系具有重要工程价值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0216
摘要:
为系统评估非致命动能弹丸对人体胸部的冲击安全性，设计并制备了一种结构可调、兼容仿真实验的一体化三肋胸部物理模型。首先通过弹体发射平台，在29和61 m/s速度下对SIR-X弹丸模型进行了刚性壁动力学验证，获得的力-时间曲线与北约AEP-99标准走廊吻合良好，证明了弹丸模型的可靠性。进一步使用该弹丸进行了56和86.5 m/s速度下的胸部冲击实验，测得胸壁位移及黏性准则的最大值（maximum viscosity criterion，VCmax，βvc,max）均落入AEP-99标准验证走廊范围内，表明该模型在中低速冲击（≤90 m/s）条件下具有良好的动态响应一致性和预测精度。其中56和86.5 m/s速度下的仿真与试验胸壁位移最大相对误差分别为16%和21%。弹丸硬度提高（从软到硬）在56和86.5 m/s工况下使VCmax分别由0.298 m/s升至0.336 m/s、由0.765 m/s升至0.856 m/s，高能工况放大效应更显著。肋间距在基准肋间距的80%～120%范围内变化时，对峰值位移和接触力的影响约±6%，VCmax波动范围为5.7%~6.2%，整体处于工程可接受范围内。与SHTIM（surrogate human thorax for impact model）对比，本文模型在56、86.5 m/s下的位移-时间响应更贴合走廊中线（βvc,max=0.308, 0.803 m/s，均在推荐区间），SHTIM在高能工况略低于下限，验证了本模型在响应精度与伤害判据一致性上的优势。针对NS、CONDOR、SIR-X和RB1FS等4种典型弹丸，在60~90 m/s速度范围内开展系统仿真，揭示了不同弹丸结构和材料对胸部损伤风险的影响机制。高速冲击（100~120 m/s）下，模型软组织层主导能量吸收与耗散，肋骨层峰值应力随速度显著升高并超过屈服极限，存在严重骨折风险。厚度敏感性分析显示，软组织层厚度对吸能和变形的调控作用最突出。
为系统评估非致命动能弹丸对人体胸部的冲击安全性，设计并制备了一种结构可调、兼容仿真实验的一体化三肋胸部物理模型。首先通过弹体发射平台，在29和61 m/s速度下对SIR-X弹丸模型进行了刚性壁动力学验证，获得的力-时间曲线与北约AEP-99标准走廊吻合良好，证明了弹丸模型的可靠性。进一步使用该弹丸进行了56和86.5 m/s速度下的胸部冲击实验，测得胸壁位移及黏性准则的最大值（maximum viscosity criterion，VCmax，βvc,max）均落入AEP-99标准验证走廊范围内，表明该模型在中低速冲击（≤90 m/s）条件下具有良好的动态响应一致性和预测精度。其中56和86.5 m/s速度下的仿真与试验胸壁位移最大相对误差分别为16%和21%。弹丸硬度提高（从软到硬）在56和86.5 m/s工况下使VCmax分别由0.298 m/s升至0.336 m/s、由0.765 m/s升至0.856 m/s，高能工况放大效应更显著。肋间距在基准肋间距的80%～120%范围内变化时，对峰值位移和接触力的影响约±6%，VCmax波动范围为5.7%~6.2%，整体处于工程可接受范围内。与SHTIM（surrogate human thorax for impact model）对比，本文模型在56、86.5 m/s下的位移-时间响应更贴合走廊中线（βvc,max=0.308, 0.803 m/s，均在推荐区间），SHTIM在高能工况略低于下限，验证了本模型在响应精度与伤害判据一致性上的优势。针对NS、CONDOR、SIR-X和RB1FS等4种典型弹丸，在60~90 m/s速度范围内开展系统仿真，揭示了不同弹丸结构和材料对胸部损伤风险的影响机制。高速冲击（100~120 m/s）下，模型软组织层主导能量吸收与耗散，肋骨层峰值应力随速度显著升高并超过屈服极限，存在严重骨折风险。厚度敏感性分析显示，软组织层厚度对吸能和变形的调控作用最突出。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0219
摘要:
深部煤岩爆破风险高、水力压裂受限，亟需可控破岩技术。高能产气剂作为一种先进高能气体压裂技术，以其卓越性能在破岩领域展现出显著优势，为煤炭高效安全开采提供了有力技术支撑。试验以高能产气剂外壳材料为突破口，研究不同外壳材料对煤岩破岩孔壁压力的影响，构建了全过程压力监测系统，选用PVC（polyvinyl chloride）透明、PVC白色和牛皮纸管3种外壳材料，进行孔壁压力试验，以衰减指数和可信度最为评价指标，对比得到材料物理性质对孔壁压力的影响。结果表明，启动剂点火后产生应力波和少量气体，应力波到达第1个峰值后，气体扩散致压力下降，应力波反射与气体膨胀波叠加形成第2个峰值，气体膨胀变化形成第3个峰值。因无主药剂，启动剂组压力峰值最小，升压时间最短，加载率最低，能量释放少，传递效率低。含主药剂的3组试验在距离高能产气剂 10 cm处达到压力峰值，约为200 MPa，升压时间控制在 20 ms附近。3组不同外壳材料的压力峰值衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、PVC白色外壳材料、牛皮纸管。升压时间衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、牛皮纸管、PVC白色外壳材料。加载率衰减系数从大到小依次为：PVC白色外壳材料、PVC透明外壳材料、牛皮纸管。PVC白色外壳材料因高弹性模量和低泊松比，在靠近高能产气剂位置的压力峰值、升压时间和加载率方面表现最佳，能量传递效率最高。PVC透明外壳材料在靠近高能产气剂位置的压力峰值和加载率高于纸管，但在远距离处低于纸管，表现出较强的方向性和集中性。纸管外壳材料能量分布均匀，但整体能量集中能力弱，升压时间和加载率均最低。研究结果为优化高能产气剂设计、提高破岩效果提供了理论依据。
深部煤岩爆破风险高、水力压裂受限，亟需可控破岩技术。高能产气剂作为一种先进高能气体压裂技术，以其卓越性能在破岩领域展现出显著优势，为煤炭高效安全开采提供了有力技术支撑。试验以高能产气剂外壳材料为突破口，研究不同外壳材料对煤岩破岩孔壁压力的影响，构建了全过程压力监测系统，选用PVC（polyvinyl chloride）透明、PVC白色和牛皮纸管3种外壳材料，进行孔壁压力试验，以衰减指数和可信度最为评价指标，对比得到材料物理性质对孔壁压力的影响。结果表明，启动剂点火后产生应力波和少量气体，应力波到达第1个峰值后，气体扩散致压力下降，应力波反射与气体膨胀波叠加形成第2个峰值，气体膨胀变化形成第3个峰值。因无主药剂，启动剂组压力峰值最小，升压时间最短，加载率最低，能量释放少，传递效率低。含主药剂的3组试验在距离高能产气剂 10 cm处达到压力峰值，约为200 MPa，升压时间控制在 20 ms附近。3组不同外壳材料的压力峰值衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、PVC白色外壳材料、牛皮纸管。升压时间衰减系数从大到小依次为：PVC透明外壳材料、牛皮纸管、PVC白色外壳材料。加载率衰减系数从大到小依次为：PVC白色外壳材料、PVC透明外壳材料、牛皮纸管。PVC白色外壳材料因高弹性模量和低泊松比，在靠近高能产气剂位置的压力峰值、升压时间和加载率方面表现最佳，能量传递效率最高。PVC透明外壳材料在靠近高能产气剂位置的压力峰值和加载率高于纸管，但在远距离处低于纸管，表现出较强的方向性和集中性。纸管外壳材料能量分布均匀，但整体能量集中能力弱，升压时间和加载率均最低。研究结果为优化高能产气剂设计、提高破岩效果提供了理论依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0140
摘要:
氢能作为一种零碳能源，凭借其高能量密度和零碳排放的特性，在国防关键系统中具有广阔的应用前景。为提高能源的利用效率并保障安全，采用试验与数值模拟相结合的方法，系统研究了受限空间内氢气浓度对爆炸动力学特性的影响；在圆柱形容器中进行试验，使用压力传感器和高速摄像机记录爆炸过程中的压力变化和火焰传播规律；同时，结合CFD数值模拟技术，采用包含19步反应的氢气/空气详细化学反应机理，准确捕捉了预混气体爆炸过程中气流速度的时空演化过程。结果表明：最大爆炸压力出现在氢气体积分数为30%时，峰值达到0.623 94 MPa；火焰面积峰值在氢气体积分数为30%和45%工况下最大，相比体积分数为15%和60%时分别提高了14.6%和6.3%，其中，氢气体积分数为30%时，火焰面积在8.2 ms时最快达到峰值。此外，在圆柱侧壁与端壁交界区域，由于几何约束导致未燃氢气积聚，造成局部密度和压力升高，在流场中形成4个明显的高速区。在9 ms时，流场中心线上的气流速度呈对称分布，且单侧出现双峰值结构。在氢气体积分数为45%工况下，初期气流速度因局部热释放较强而呈现瞬态速度优势；而氢气体积分数为30%时，凭借其持续稳定的燃烧过程，气流在后期实现速度反超，体现出近化学计量比条件下的高效燃烧稳定性，为高效氢气燃烧系统的设计与性能提升提供了科学依据。
氢能作为一种零碳能源，凭借其高能量密度和零碳排放的特性，在国防关键系统中具有广阔的应用前景。为提高能源的利用效率并保障安全，采用试验与数值模拟相结合的方法，系统研究了受限空间内氢气浓度对爆炸动力学特性的影响；在圆柱形容器中进行试验，使用压力传感器和高速摄像机记录爆炸过程中的压力变化和火焰传播规律；同时，结合CFD数值模拟技术，采用包含19步反应的氢气/空气详细化学反应机理，准确捕捉了预混气体爆炸过程中气流速度的时空演化过程。结果表明：最大爆炸压力出现在氢气体积分数为30%时，峰值达到0.623 94 MPa；火焰面积峰值在氢气体积分数为30%和45%工况下最大，相比体积分数为15%和60%时分别提高了14.6%和6.3%，其中，氢气体积分数为30%时，火焰面积在8.2 ms时最快达到峰值。此外，在圆柱侧壁与端壁交界区域，由于几何约束导致未燃氢气积聚，造成局部密度和压力升高，在流场中形成4个明显的高速区。在9 ms时，流场中心线上的气流速度呈对称分布，且单侧出现双峰值结构。在氢气体积分数为45%工况下，初期气流速度因局部热释放较强而呈现瞬态速度优势；而氢气体积分数为30%时，凭借其持续稳定的燃烧过程，气流在后期实现速度反超，体现出近化学计量比条件下的高效燃烧稳定性，为高效氢气燃烧系统的设计与性能提升提供了科学依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0125
摘要:
为研究冲击荷载下锚固方式与层理倾角对岩体强度的影响规律，对无锚、端锚、半锚及全锚层理砂岩进行动态冲击试验研究，分析了不同锚固方式对层状砂岩动态力学特性、能量耗散规律及破裂分形特征的影响。研究结果表明：无锚试样强度随层理倾角增大，曲线表现先减小后增大，呈V形特征，试样在锚固后，强度得到明显提高，随锚固长度增大，曲线向倒V形特征转化；从能量方面来看，4类试样透射能变化规律均与强度变化规律相似，随层理倾角增大，反射能曲线呈倒V形特征，透射能逐渐减小，耗散能则逐渐增大，锚固方式仅影响了曲线整体水平；试样破坏后的碎屑具有明显分形特征，分形维数受层理倾角影响曲线均表现为倒V形特征，全锚试样破碎程度最小，无锚试样最剧烈，在此基础上计算了单位耗散能指数，曲线则呈现V形特征，全锚试样的单位耗散能指数曲线整体水平最高，表明其抗破坏能力最强。研究成果可为层状岩体工程锚固支护提供参考。
为研究冲击荷载下锚固方式与层理倾角对岩体强度的影响规律，对无锚、端锚、半锚及全锚层理砂岩进行动态冲击试验研究，分析了不同锚固方式对层状砂岩动态力学特性、能量耗散规律及破裂分形特征的影响。研究结果表明：无锚试样强度随层理倾角增大，曲线表现先减小后增大，呈V形特征，试样在锚固后，强度得到明显提高，随锚固长度增大，曲线向倒V形特征转化；从能量方面来看，4类试样透射能变化规律均与强度变化规律相似，随层理倾角增大，反射能曲线呈倒V形特征，透射能逐渐减小，耗散能则逐渐增大，锚固方式仅影响了曲线整体水平；试样破坏后的碎屑具有明显分形特征，分形维数受层理倾角影响曲线均表现为倒V形特征，全锚试样破碎程度最小，无锚试样最剧烈，在此基础上计算了单位耗散能指数，曲线则呈现V形特征，全锚试样的单位耗散能指数曲线整体水平最高，表明其抗破坏能力最强。研究成果可为层状岩体工程锚固支护提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0301
摘要:
为准确描述核级不锈钢Z2CN18.10在动态载荷下的力学行为，通过电子万能试验机和传统Hopkinson拉杆系统开展了准静态与高应变率拉伸试验，获取了该材料在常温至400 ℃、应变率10−3~103 s−1范围内的应力-应变响应。针对传统Hopkinson杆无法实现大应变加载的局限，采用电磁驱动双向Hopkinson拉杆测量了Z2CN18.10不锈钢在不同应力三轴度下的失效应变。基于实验数据拟合了Johnson-Cook本构模型和失效准则参数，并通过空气炮高速冲击试验验证了模型的有效性。结果表明，数值仿真与试验关于破孔尺寸、峰值应变和支撑反力的差值分别为4.4%、7.5%和2.3%，吻合良好。建立的Z2CN18.10不锈钢可靠动态本构模型和失效准则可为核电站管道系统的抗冲击设计与安全评估提供了重要的方法与数据基础。
为准确描述核级不锈钢Z2CN18.10在动态载荷下的力学行为，通过电子万能试验机和传统Hopkinson拉杆系统开展了准静态与高应变率拉伸试验，获取了该材料在常温至400 ℃、应变率10−3~103 s−1范围内的应力-应变响应。针对传统Hopkinson杆无法实现大应变加载的局限，采用电磁驱动双向Hopkinson拉杆测量了Z2CN18.10不锈钢在不同应力三轴度下的失效应变。基于实验数据拟合了Johnson-Cook本构模型和失效准则参数，并通过空气炮高速冲击试验验证了模型的有效性。结果表明，数值仿真与试验关于破孔尺寸、峰值应变和支撑反力的差值分别为4.4%、7.5%和2.3%，吻合良好。建立的Z2CN18.10不锈钢可靠动态本构模型和失效准则可为核电站管道系统的抗冲击设计与安全评估提供了重要的方法与数据基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0243
摘要:
为解决材料动态复合加载过程中实现稳定应力比的难题，基于电磁Hopkinson杆（electromagnetic Hopkinson bar, ESHB）平台开发了一种新型装置，实现了单边同步动态拉/压-扭复合加载。阐述了装置的构型与加载原理，该装置可以独立产生梯形拉伸/压缩应力波和扭转应力波。通过精度达0.1 μs的数字延时发生器确保了加载的同步性，可将不同类型波到达试样的时间差控制在5 μs内，克服了波速不同带来的挑战。此外，还分析了同步控制方法及波的传播历程。为验证该装置，对CoCrFeMnNi高熵合金试样进行了动态拉-扭实验。实验结果证明了该装置的高可靠性和有效性，加载过程中可以实现试样达到约1.7的稳定应力比。更重要的是，实验证明梯形波加载能显著提升动态复合加载中的应力比稳定性，效果远超正弦波加载。该实验方法使研究材料在复杂应力状态（高应变率、多轴加载）下的动态力学响应成为可能，稳定应力比加载的成功实现，为精准表征动态多轴条件下材料的屈服准则与失效机制开辟了新途径。
为解决材料动态复合加载过程中实现稳定应力比的难题，基于电磁Hopkinson杆（electromagnetic Hopkinson bar, ESHB）平台开发了一种新型装置，实现了单边同步动态拉/压-扭复合加载。阐述了装置的构型与加载原理，该装置可以独立产生梯形拉伸/压缩应力波和扭转应力波。通过精度达0.1 μs的数字延时发生器确保了加载的同步性，可将不同类型波到达试样的时间差控制在5 μs内，克服了波速不同带来的挑战。此外，还分析了同步控制方法及波的传播历程。为验证该装置，对CoCrFeMnNi高熵合金试样进行了动态拉-扭实验。实验结果证明了该装置的高可靠性和有效性，加载过程中可以实现试样达到约1.7的稳定应力比。更重要的是，实验证明梯形波加载能显著提升动态复合加载中的应力比稳定性，效果远超正弦波加载。该实验方法使研究材料在复杂应力状态（高应变率、多轴加载）下的动态力学响应成为可能，稳定应力比加载的成功实现，为精准表征动态多轴条件下材料的屈服准则与失效机制开辟了新途径。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0134
摘要:
为研究高强材料与异形结构联合防护下工程的抗侵彻能力，设计了一种超高强球面结构加固靶体，利用\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
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为研究高强材料与异形结构联合防护下工程的抗侵彻能力，设计了一种超高强球面结构加固靶体，利用
