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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0117
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实验选用粉煤灰中的漂珠作为敏化剂和惰性添加剂来制备低爆速乳化炸药，研究了漂珠粒径和含量对乳化炸药爆炸特性和安全性的影响；采用探针法、铅柱压缩法和空中爆炸测试法分别测得添加不同粒径含量漂珠乳化炸药的爆速、猛度和空中爆炸冲击波参数，并通过储存期实验和热分析实验对乳化炸药进行安全性测试。实验结果表明，乳化炸药的爆速、猛度、冲击波峰值压力、正冲量和正压作用时间均随漂珠含量的增加呈先增大后降低的趋势。当漂珠含量为15%时，乳化炸药的爆轰性能最佳；当漂珠含量为45%时，炸药的爆速显著降低，爆速范围在2191 ～2312 m/s，可满足爆炸焊接用炸药的使用条件。此外，发现漂珠含量相同时，添加D50=79 μm漂珠的乳化炸药爆轰性能要高于添加D50=116 μm和D50=47 μm漂珠的乳化炸药。储存期和热分析实验结果表明，添加漂珠的低爆速乳化炸药储存期显著优于传统添加黏土颗粒的低爆速乳化炸药，漂珠的加入并未引发乳化基质产生新的热分解反应，添加15%漂珠的乳化炸药的热分解活化能比乳化基质只增加了0.3%，说明了漂珠的加入并未对乳化基质热稳定性产生明显影响。
实验选用粉煤灰中的漂珠作为敏化剂和惰性添加剂来制备低爆速乳化炸药，研究了漂珠粒径和含量对乳化炸药爆炸特性和安全性的影响；采用探针法、铅柱压缩法和空中爆炸测试法分别测得添加不同粒径含量漂珠乳化炸药的爆速、猛度和空中爆炸冲击波参数，并通过储存期实验和热分析实验对乳化炸药进行安全性测试。实验结果表明，乳化炸药的爆速、猛度、冲击波峰值压力、正冲量和正压作用时间均随漂珠含量的增加呈先增大后降低的趋势。当漂珠含量为15%时，乳化炸药的爆轰性能最佳；当漂珠含量为45%时，炸药的爆速显著降低，爆速范围在
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0221
摘要:
由于轻度创伤性脑损伤(mTBI)的复杂性和数据测量方式的局限性，直接根据脑组织损伤阈值来确定大脑的损伤状态往往并不可行。脑组织的损伤机制涉及复杂的力学、生物化学和生理学过程，且在不同个体之间存在显著差异。通过研究头部运动载荷与脑组织损伤之间的关系，研究者可以更好地理解不同类型的头部运动（如线加速度、角加速度、角速度）对脑组织的影响规律。这不仅有助于揭示颅脑创伤的力学机制，还为开发更有效的防护装具提供科学依据。但直接从头部的运动学测量评估损伤风险仍面临诸多挑战。本文详细总结和评述了与轻度创伤性脑损伤相关的冲击载荷及头部模型特点，通过综合分析头部运动学载荷与脑组织变形响应的关系，揭示包括线加速度、角加速度等载荷作用下脑组织的应力、应变响应规律，指出当前研究中存在的不足与局限性，为轻度创伤性脑损伤的预防、评估及治疗奠定理论和技术基础。
由于轻度创伤性脑损伤(mTBI)的复杂性和数据测量方式的局限性，直接根据脑组织损伤阈值来确定大脑的损伤状态往往并不可行。脑组织的损伤机制涉及复杂的力学、生物化学和生理学过程，且在不同个体之间存在显著差异。通过研究头部运动载荷与脑组织损伤之间的关系，研究者可以更好地理解不同类型的头部运动（如线加速度、角加速度、角速度）对脑组织的影响规律。这不仅有助于揭示颅脑创伤的力学机制，还为开发更有效的防护装具提供科学依据。但直接从头部的运动学测量评估损伤风险仍面临诸多挑战。本文详细总结和评述了与轻度创伤性脑损伤相关的冲击载荷及头部模型特点，通过综合分析头部运动学载荷与脑组织变形响应的关系，揭示包括线加速度、角加速度等载荷作用下脑组织的应力、应变响应规律，指出当前研究中存在的不足与局限性，为轻度创伤性脑损伤的预防、评估及治疗奠定理论和技术基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0239
摘要:
为探究钢纤维增强多孔混凝土材料的水下抗爆防护效果，采用光滑粒子流体动力学与有限元耦合方法建立了“水体-炸药-防护层-钢筋混凝土板”的三维精细化仿真模型，研究了不同纤维配比钢纤维增强多孔混凝土防护层（SAP10S5、SAP10S10、SAP10S15和SAP10S20）和不同炸药质量影响下被防护钢筋混凝土板的损伤演化过程、破坏模式及失效机理，并构建了钢筋混凝土板的损伤等级预测曲线。研究结果表明：水下接触爆炸荷载下，增设钢纤维增强多孔混凝土防护层能够有效降低被防护钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）板的损伤程度，且其对RC板损伤程度的影响随防护层中钢纤维体积分数的增加呈先减小后增大的规律，其中SAP10S15配比防护层的抗爆防护效果最优；炸药量在一定范围内增大时，SAP10S15配比防护层依然能维持较高的耗能占比，有效降低RC板的损伤程度；当炸药量为0.25 kg时，相较于无防护方案，SAP10S15配比防护层加固下RC板的损伤指数衰减最明显，为42.5%，损伤等级由严重破坏降为中度破坏。构建的损伤等级预测曲线能够直观评估钢纤维体积分数和炸药量对RC板损伤等级的影响。
为探究钢纤维增强多孔混凝土材料的水下抗爆防护效果，采用光滑粒子流体动力学与有限元耦合方法建立了“水体-炸药-防护层-钢筋混凝土板”的三维精细化仿真模型，研究了不同纤维配比钢纤维增强多孔混凝土防护层（SAP10S5、SAP10S10、SAP10S15和SAP10S20）和不同炸药质量影响下被防护钢筋混凝土板的损伤演化过程、破坏模式及失效机理，并构建了钢筋混凝土板的损伤等级预测曲线。研究结果表明：水下接触爆炸荷载下，增设钢纤维增强多孔混凝土防护层能够有效降低被防护钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）板的损伤程度，且其对RC板损伤程度的影响随防护层中钢纤维体积分数的增加呈先减小后增大的规律，其中SAP10S15配比防护层的抗爆防护效果最优；炸药量在一定范围内增大时，SAP10S15配比防护层依然能维持较高的耗能占比，有效降低RC板的损伤程度；当炸药量为0.25 kg时，相较于无防护方案，SAP10S15配比防护层加固下RC板的损伤指数衰减最明显，为42.5%，损伤等级由严重破坏降为中度破坏。构建的损伤等级预测曲线能够直观评估钢纤维体积分数和炸药量对RC板损伤等级的影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0318
摘要:
电动汽车电池包在侧面柱碰撞下极易失效并可能发生着火。为准确、快速地评估电池包在侧面柱碰撞下安全性，本文采用了区域细化的电池包模型，在不同的碰撞速度、碰撞角度、碰撞位置，车辆装载状态下开展仿真分析，采用了优化拉丁超立方采样策略设计了仿真矩阵，并通过图像识别的方法批量提取电池包碰撞响应生成数据集。对研究参数进行组合生成了新特征，并对参数进行相关性分析确定了模型训练的输入特征。采用了支持向量机（Support vector machine, SVM）、随机森林方法（random forest, RF）和误差反向传播神经网络机器学习（back propagation neural networks, BPNN）方法建立了数据驱动的预测模型。结果表明，支持向量机模型性能最优，模型预测参数的平均决定系数R2为0.96。为训练数据集引入标准差不同的高斯噪声，以对模型鲁棒性进行检验，BPNN的鲁棒性较优。建立的数据驱动模型能预测电池包侧面柱碰撞下的变形情况，评估电池包碰撞安全性。
电动汽车电池包在侧面柱碰撞下极易失效并可能发生着火。为准确、快速地评估电池包在侧面柱碰撞下安全性，本文采用了区域细化的电池包模型，在不同的碰撞速度、碰撞角度、碰撞位置，车辆装载状态下开展仿真分析，采用了优化拉丁超立方采样策略设计了仿真矩阵，并通过图像识别的方法批量提取电池包碰撞响应生成数据集。对研究参数进行组合生成了新特征，并对参数进行相关性分析确定了模型训练的输入特征。采用了支持向量机（Support vector machine, SVM）、随机森林方法（random forest, RF）和误差反向传播神经网络机器学习（back propagation neural networks, BPNN）方法建立了数据驱动的预测模型。结果表明，支持向量机模型性能最优，模型预测参数的平均决定系数R2为0.96。为训练数据集引入标准差不同的高斯噪声，以对模型鲁棒性进行检验，BPNN的鲁棒性较优。建立的数据驱动模型能预测电池包侧面柱碰撞下的变形情况，评估电池包碰撞安全性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0256
摘要:
建立真实爆炸环境下的小型猪内耳听觉爆炸伤模型，研究不同爆炸冲击波压力对小型猪内耳听觉损伤的影响。选取14头健康小型猪，在爆炸前进行听性脑干反应（auditory brainstem response, ABR）测试。搭建自由场爆炸实验平台，使用1.9和8.0 kg TNT炸药，爆源离地面1.8 m，身体固定于防护装置中，仅暴露头部。在不同距离布放小型猪，记录冲击波峰值压力，计算即刻死亡率。爆炸后再次进行ABR测试，并取耳蜗组织进行扫描电镜观察，分析毛细胞损伤情况。在1.8～3.8 m范围内，冲击波峰值压力从96.3 kPa升至628.3 kPa，随着距离的增大，峰值压力减小。8 kg TNT爆炸在2.6 m处（峰值压力628.3 kPa）导致小型猪即刻死亡率为50%。比较爆炸前后ABR阈值发现，短声（click）和各频率短纯音（2、4和8 kHz）诱发的ABR阈值均显著升高（P＜0.05），其中以4 kHz阈值变化最显著。扫描电镜显示，随着冲击波压力的升高，内毛细胞的损伤程度高于外毛细胞。爆炸冲击波可引起小型猪听觉系统的明显损伤，表现为ABR阈值升高和耳蜗毛细胞结构破坏。内毛细胞对爆炸冲击波更敏感。所建立的小型猪爆炸性听觉损伤模型可为研究爆炸伤机制和防护措施提供了重要的实验基础。
建立真实爆炸环境下的小型猪内耳听觉爆炸伤模型，研究不同爆炸冲击波压力对小型猪内耳听觉损伤的影响。选取14头健康小型猪，在爆炸前进行听性脑干反应（auditory brainstem response, ABR）测试。搭建自由场爆炸实验平台，使用1.9和8.0 kg TNT炸药，爆源离地面1.8 m，身体固定于防护装置中，仅暴露头部。在不同距离布放小型猪，记录冲击波峰值压力，计算即刻死亡率。爆炸后再次进行ABR测试，并取耳蜗组织进行扫描电镜观察，分析毛细胞损伤情况。在1.8～3.8 m范围内，冲击波峰值压力从96.3 kPa升至628.3 kPa，随着距离的增大，峰值压力减小。8 kg TNT爆炸在2.6 m处（峰值压力628.3 kPa）导致小型猪即刻死亡率为50%。比较爆炸前后ABR阈值发现，短声（click）和各频率短纯音（2、4和8 kHz）诱发的ABR阈值均显著升高（P＜0.05），其中以4 kHz阈值变化最显著。扫描电镜显示，随着冲击波压力的升高，内毛细胞的损伤程度高于外毛细胞。爆炸冲击波可引起小型猪听觉系统的明显损伤，表现为ABR阈值升高和耳蜗毛细胞结构破坏。内毛细胞对爆炸冲击波更敏感。所建立的小型猪爆炸性听觉损伤模型可为研究爆炸伤机制和防护措施提供了重要的实验基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0204
摘要:
激波管可以在实验室环境下模拟爆炸产生冲击波，具有参数易于控制和测量手段准确多样等优势，在爆炸冲击效应的研究中被广泛应用。但与真实爆炸相比，尤其是近场爆炸，激波管产生的冲击波存在正压作用时间难以缩短、超压峰值难以提升的困难。通过对激波管运行理论和数值模拟分析发现：缩短正压作用时间的关键是让反射稀疏波尽快追上入射激波；提升超压峰值的关键是提高驱动气体的驱动能力。为此，设计了一种驱动段为锥形截面的激波管，使得反射稀疏波更快地追上入射激波，从而有效减小激波管设备长度并缩短正压作用时间；同时，采用正向爆轰驱动技术，利用化学能代替高压空气驱动提高驱动气体声速，在低爆轰初始压力下可以获得高的超压峰值。数值计算结果表明，在入射激波马赫数（MS=2.0）相同条件下，相对于等截面驱动方式，采用锥形截面驱动方式时，激波管长度可以减少近2/3，正压作用时间可以缩短近1/2。激波管实验结果表明，锥形截面驱动激波管产生的超压曲线满足近场爆炸冲击波形要求，并获得了超压峰值为64.7～813.4 kPa、正压作用时间为1.7～4.8 ms的爆炸冲击波波形。该研究可为近场爆炸冲击波致伤及装备防护效应评价实验提供参考。
激波管可以在实验室环境下模拟爆炸产生冲击波，具有参数易于控制和测量手段准确多样等优势，在爆炸冲击效应的研究中被广泛应用。但与真实爆炸相比，尤其是近场爆炸，激波管产生的冲击波存在正压作用时间难以缩短、超压峰值难以提升的困难。通过对激波管运行理论和数值模拟分析发现：缩短正压作用时间的关键是让反射稀疏波尽快追上入射激波；提升超压峰值的关键是提高驱动气体的驱动能力。为此，设计了一种驱动段为锥形截面的激波管，使得反射稀疏波更快地追上入射激波，从而有效减小激波管设备长度并缩短正压作用时间；同时，采用正向爆轰驱动技术，利用化学能代替高压空气驱动提高驱动气体声速，在低爆轰初始压力下可以获得高的超压峰值。数值计算结果表明，在入射激波马赫数（MS=2.0）相同条件下，相对于等截面驱动方式，采用锥形截面驱动方式时，激波管长度可以减少近2/3，正压作用时间可以缩短近1/2。激波管实验结果表明，锥形截面驱动激波管产生的超压曲线满足近场爆炸冲击波形要求，并获得了超压峰值为64.7～813.4 kPa、正压作用时间为1.7～4.8 ms的爆炸冲击波波形。该研究可为近场爆炸冲击波致伤及装备防护效应评价实验提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0339
摘要:
锂离子电池遭受外部冲击时内部隔膜的形变和失效是引发内部短路的关键因素之一。电池电极表面通常并不平整，易造成隔膜应力集中，影响电池的机械稳定性。因此，本研究基于数值模拟和理论分析，针对电池隔膜在非平整表面压缩条件下的力学行为及其短路安全边界进行了深入探讨。选取包括一段宽度为50 μm的隔膜及其附近的正负极涂层区域作为代表性单胞进行二维有限元建模与数值计算。通过分析隔膜等效应力-应变曲线发现受到不平整表面压缩的隔膜相比于理想平面压缩表现出“软化现象”，随着加载的进行，加载面和隔膜之间的空隙逐渐被填充，非平整面和平整面压缩的载荷差异逐渐减小。通过对隔膜失效应力的参数化分析，发现随着颗粒直径的增加、隔膜厚度的减小或一定范围内的加载速率增加，隔膜表现出平均应力降低、屈服点后移等行为，短路失效应力也随之减小。进一步的，通过建立隔膜在非平整表面压缩下的等效压缩本构模型，从理论上解释了粗糙度对失效应力的影响，并推导出了二者的定量关系。
锂离子电池遭受外部冲击时内部隔膜的形变和失效是引发内部短路的关键因素之一。电池电极表面通常并不平整，易造成隔膜应力集中，影响电池的机械稳定性。因此，本研究基于数值模拟和理论分析，针对电池隔膜在非平整表面压缩条件下的力学行为及其短路安全边界进行了深入探讨。选取包括一段宽度为50 μm的隔膜及其附近的正负极涂层区域作为代表性单胞进行二维有限元建模与数值计算。通过分析隔膜等效应力-应变曲线发现受到不平整表面压缩的隔膜相比于理想平面压缩表现出“软化现象”，随着加载的进行，加载面和隔膜之间的空隙逐渐被填充，非平整面和平整面压缩的载荷差异逐渐减小。通过对隔膜失效应力的参数化分析，发现随着颗粒直径的增加、隔膜厚度的减小或一定范围内的加载速率增加，隔膜表现出平均应力降低、屈服点后移等行为，短路失效应力也随之减小。进一步的，通过建立隔膜在非平整表面压缩下的等效压缩本构模型，从理论上解释了粗糙度对失效应力的影响，并推导出了二者的定量关系。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0329
摘要:
在锂离子电池的应用中，隔膜的力学性能对电池安全性至关重要。为了系统评估隔膜在应变率和温度耦合条件下的压缩力学行为，在不同应变率和温度条件下进行了准静态和动态压缩测试，并深入分析了温度和应变率的耦合作用对隔膜力学性能的影响。结果表明，隔膜的力学行为对应变率和温度表现出显著的敏感性，在低应变率下，隔膜主要经历塑性变形，而在高应变率下则可能出现复杂的动态失效模式，温度升高导致隔膜的弹性模量和屈服应力降低。温度与应变率的耦合作用通过改变隔膜的失效模式，进一步影响其压缩强度。基于实验数据，进一步建立了考虑温度和应变率耦合效应的电池隔膜非线性黏弹性本构模型，为锂离子电池的安全设计和性能优化提供参考依据。
在锂离子电池的应用中，隔膜的力学性能对电池安全性至关重要。为了系统评估隔膜在应变率和温度耦合条件下的压缩力学行为，在不同应变率和温度条件下进行了准静态和动态压缩测试，并深入分析了温度和应变率的耦合作用对隔膜力学性能的影响。结果表明，隔膜的力学行为对应变率和温度表现出显著的敏感性，在低应变率下，隔膜主要经历塑性变形，而在高应变率下则可能出现复杂的动态失效模式，温度升高导致隔膜的弹性模量和屈服应力降低。温度与应变率的耦合作用通过改变隔膜的失效模式，进一步影响其压缩强度。基于实验数据，进一步建立了考虑温度和应变率耦合效应的电池隔膜非线性黏弹性本构模型，为锂离子电池的安全设计和性能优化提供参考依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0138
摘要:
采用激光选区熔化技术制备AlSi10Mg合金并对其进行了去应力退火处理，通过光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术研究了合金的微观组织。为了解AlSi10Mg合金在宽应变率和宽温度下的耦合作用对力学行为的影响，通过配有环境温箱的万能试验机和分离式霍普金森压杆分析了其在极端条件下的力学行为。结果表明：AlSi10Mg合金具有精细的胞状-枝晶微观结构，主要包含α-Al相和Si相，经退火热处理后，微观组织由断续的、呈链状分布的共晶Si颗粒构成。AlSi10Mg合金在室温应变率为0.002～4 800 s−1时，呈现出应变率强化效应，且在不同的应变率范围内具有不同的敏感性；在173 K下具有更高的屈服强度和流动应力。当温度为173～243 K时，流动应力对温度不敏感；而温度为293～573 K时，温度敏感性显著提高，合金软化效应随着温度的升高而加剧。基于实验结果拟合了修正的J-C本构模型并进行了验证，该模型可较好地反映材料在高低温和不同应变率下的力学行为。
采用激光选区熔化技术制备AlSi10Mg合金并对其进行了去应力退火处理，通过光学显微镜、扫描电子显微镜和电子背散射衍射技术研究了合金的微观组织。为了解AlSi10Mg合金在宽应变率和宽温度下的耦合作用对力学行为的影响，通过配有环境温箱的万能试验机和分离式霍普金森压杆分析了其在极端条件下的力学行为。结果表明：AlSi10Mg合金具有精细的胞状-枝晶微观结构，主要包含α-Al相和Si相，经退火热处理后，微观组织由断续的、呈链状分布的共晶Si颗粒构成。AlSi10Mg合金在室温应变率为0.002～4 800 s−1时，呈现出应变率强化效应，且在不同的应变率范围内具有不同的敏感性；在173 K下具有更高的屈服强度和流动应力。当温度为173～243 K时，流动应力对温度不敏感；而温度为293～573 K时，温度敏感性显著提高，合金软化效应随着温度的升高而加剧。基于实验结果拟合了修正的J-C本构模型并进行了验证，该模型可较好地反映材料在高低温和不同应变率下的力学行为。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0216
摘要:
将36只雄性C57小鼠随机分为对照组（Sham组）、3.5 MPa bTBI组、4.5 MPa bTBI组、5.5 MPa bTBI组、4.5 MPa bTBI+生理盐水组（bTBI+SA组）、4.5 MPa bTBI+小分子多肽组（bTBI+TAT-FERM组），每组6只；将12只 Preso -/-小鼠随机分为Sham组和 4.5 MPa bTBI组，每组6只。对小鼠进行bTBI造模，完成后常规饲养2周，4.5 MPa bTBI+生理盐水组和4.5 MPa bTBI+TAT-FERM组在bTBI造模后每天通过尾静脉给药1次，连续给药5天。与对照组相比，3.5 MPa bTBI组小鼠焦虑抑郁行为改变不显著；4.5 MPa bTBI和5.5 MPa bTBI组小鼠出现PTSD样症状。与对照组相比，4.5 MPa bTBI组Preso/mGluR1复合体形成增加，使用TAT-FERM可阻断Preso与mGluR1的相互作用，可在不改变Preso/mGluR1复合体组成分子蛋白表达的情况下抑制Preso/mGluR1复合体形成，并且改善bTBI所导致的PTSD症状。bTBI促进Preso/mGluR1复合体形成是bTBI诱致PTSD症状的重要分子病理机制，通过阻断Preso与mGluR1相互作用可减轻bTBI对PTSD的影响，进而为治疗bTBI相关的PTSD提供了潜在靶点。
将36只雄性C57小鼠随机分为对照组（Sham组）、3.5 MPa bTBI组、4.5 MPa bTBI组、5.5 MPa bTBI组、4.5 MPa bTBI+生理盐水组（bTBI+SA组）、4.5 MPa bTBI+小分子多肽组（bTBI+TAT-FERM组），每组6只；将12只 Preso -/-小鼠随机分为Sham组和 4.5 MPa bTBI组，每组6只。对小鼠进行bTBI造模，完成后常规饲养2周，4.5 MPa bTBI+生理盐水组和4.5 MPa bTBI+TAT-FERM组在bTBI造模后每天通过尾静脉给药1次，连续给药5天。与对照组相比，3.5 MPa bTBI组小鼠焦虑抑郁行为改变不显著；4.5 MPa bTBI和5.5 MPa bTBI组小鼠出现PTSD样症状。与对照组相比，4.5 MPa bTBI组Preso/mGluR1复合体形成增加，使用TAT-FERM可阻断Preso与mGluR1的相互作用，可在不改变Preso/mGluR1复合体组成分子蛋白表达的情况下抑制Preso/mGluR1复合体形成，并且改善bTBI所导致的PTSD症状。bTBI促进Preso/mGluR1复合体形成是bTBI诱致PTSD症状的重要分子病理机制，通过阻断Preso与mGluR1相互作用可减轻bTBI对PTSD的影响，进而为治疗bTBI相关的PTSD提供了潜在靶点。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0321
摘要:
为厘清放电状态对锂离子电池动态力学响应和失效模式的影响规律，系统地开展了锂离子电池在不同放电状态下的准静态压缩特性及其安全性的实验分析。通过预设电池至特定的放电电量，并在放电过程中、放电后静置1小时及24小时的时间节点上实施压缩测试，深入探究了电池的力-位移响应特性、最大承载力及安全性表现。实验结果显示，相较于其他状态，放电状态下的电池展现出较低的力-位移曲线，表明其刚度在静置之后相比于放电过程中有所提升。此外，放电状态下的电池展现出显著高于静置后状态的最大承载力，且放电过程中的压缩测试更容易电池发生爆炸，而静置后的电池则表现出显著提升的安全性。借助扫描电子显微镜分析，进一步确认了放电状态下电池内部电极颗粒的破损程度更剧烈，观测到的现象被归因于放电过程中产生的扩散诱导应力，该应力在电池内部累积，加剧了电池在机械压缩下的损伤风险。
为厘清放电状态对锂离子电池动态力学响应和失效模式的影响规律，系统地开展了锂离子电池在不同放电状态下的准静态压缩特性及其安全性的实验分析。通过预设电池至特定的放电电量，并在放电过程中、放电后静置1小时及24小时的时间节点上实施压缩测试，深入探究了电池的力-位移响应特性、最大承载力及安全性表现。实验结果显示，相较于其他状态，放电状态下的电池展现出较低的力-位移曲线，表明其刚度在静置之后相比于放电过程中有所提升。此外，放电状态下的电池展现出显著高于静置后状态的最大承载力，且放电过程中的压缩测试更容易电池发生爆炸，而静置后的电池则表现出显著提升的安全性。借助扫描电子显微镜分析，进一步确认了放电状态下电池内部电极颗粒的破损程度更剧烈，观测到的现象被归因于放电过程中产生的扩散诱导应力，该应力在电池内部累积，加剧了电池在机械压缩下的损伤风险。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0108
摘要:
基于欧拉-拉格朗日耦合法（Euler-Lagrangian coupling method，CEL）建立了“火药燃气-炮管/炮弹-空气”流固耦合模型，分别对低海拔（海拔高度0 m）、中海拔（海拔高度1000 m）、亚高海拔（海拔高度3000 m）和高海拔（海拔高度5000 m）环境下大口径火炮的发射过程进行了数值模拟，研究了海拔高度对炮口冲击波动态演化过程的影响机制。模拟结果表明，大口径火炮炮口冲击波动态演化过程具有显著的方向依赖性，炮口冲击波峰值压力随海拔高度的增加而降低，峰值压力与环境压力近似呈线性关系；形成于炮口制退器处的侧向冲击波主导了操炮人员典型作业区域（炮口后方3～5 m）的冲击波超压峰值，在不同海拔条件下进行火炮射击都可致操炮人员听觉器官发生损伤，并对非听觉器官造成威胁。因此，亟需提高操炮人员个体装备防护性能，从而形成对眼、耳、肺和脑等重要器官的有效保护。
基于欧拉-拉格朗日耦合法（Euler-Lagrangian coupling method，CEL）建立了“火药燃气-炮管/炮弹-空气”流固耦合模型，分别对低海拔（海拔高度0 m）、中海拔（海拔高度
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0242
摘要:
为了研究爆炸冲击波作用下人体头部的加速度响应、建立加速度与爆炸冲击波超压的内在联系、评价基于加速度参数的头部损伤评估指标，利用标准人体参数的假人模型开展了多种TNT当量的空中静爆试验，获得了不同比例距离下模型头部的加速度时程曲线以及同距离处的自由场超压曲线。基于峰值线性加速度、头部损伤标准（head injury criterion, HIC）和头部撞击功率（head impact power, HIP）定量分析了头部损伤的风险等级，评价3种损伤评估指标在爆炸场景下的适用性和有效性。结果显示，距爆心4.2 m处的假人头部加速度随TNT当量的增加而迅速增大，TNT质量在1～4 kg范围内，正对爆心方向峰值加速度由16.29g增大至70.11g；在本次试验工况下，3种评估指标预测轻度脑损伤（mild traumatic brain injury, mTBI）风险最大依次为25%、10%和5%，其中HIP指标评估的头部轻度损伤风险偏低；当3种评估指标达到头部严重损伤阈值时，对应的峰值超压依次为0.322、0.300和0.332 MPa，其中HIC指标对应的峰值超压最低，表明其预测头部严重损伤的敏感性最强。
为了研究爆炸冲击波作用下人体头部的加速度响应、建立加速度与爆炸冲击波超压的内在联系、评价基于加速度参数的头部损伤评估指标，利用标准人体参数的假人模型开展了多种TNT当量的空中静爆试验，获得了不同比例距离下模型头部的加速度时程曲线以及同距离处的自由场超压曲线。基于峰值线性加速度、头部损伤标准（head injury criterion, HIC）和头部撞击功率（head impact power, HIP）定量分析了头部损伤的风险等级，评价3种损伤评估指标在爆炸场景下的适用性和有效性。结果显示，距爆心4.2 m处的假人头部加速度随TNT当量的增加而迅速增大，TNT质量在1～4 kg范围内，正对爆心方向峰值加速度由16.29g增大至70.11g；在本次试验工况下，3种评估指标预测轻度脑损伤（mild traumatic brain injury, mTBI）风险最大依次为25%、10%和5%，其中HIP指标评估的头部轻度损伤风险偏低；当3种评估指标达到头部严重损伤阈值时，对应的峰值超压依次为0.322、0.300和0.332 MPa，其中HIC指标对应的峰值超压最低，表明其预测头部严重损伤的敏感性最强。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0211
摘要:
底部爆炸冲击极易造成装甲车辆乘载员脊柱损伤，为全面了解底部爆炸冲击作用下的乘员脊柱各节段损伤行为和风险，通过基于高生物逼真度人体有限元模型的数值仿真模拟典型底部爆炸冲击下乘员脊柱的动态响应过程，融合运动学、动力学和生物力学响应研究脊柱各节段潜在的损伤行为，并利用生物力学指标分析不同受载工况和防护座椅设计参数下乘员脊柱的损伤风险。结果表明：C4-T3段脊柱后伸过展是棘突、横突和椎间盘纤维环的主要致伤因素，T7-T12段脊柱损伤主要受前屈过弯和轴向压缩共同作用，腰椎轴向压缩导致椎体前侧和椎间盘髓核处高损伤风险；脊柱各节段损伤风险随受载加速度峰值增大而提高，抗爆座椅防护下颈椎仍存在高骨折风险；减小座椅悬架刚度可降低乘员脊柱的损伤风险，但在0.6~1.2 kN·s/m范围内改变座椅悬架阻尼对乘员脊柱的损伤风险无明显影响。
底部爆炸冲击极易造成装甲车辆乘载员脊柱损伤，为全面了解底部爆炸冲击作用下的乘员脊柱各节段损伤行为和风险，通过基于高生物逼真度人体有限元模型的数值仿真模拟典型底部爆炸冲击下乘员脊柱的动态响应过程，融合运动学、动力学和生物力学响应研究脊柱各节段潜在的损伤行为，并利用生物力学指标分析不同受载工况和防护座椅设计参数下乘员脊柱的损伤风险。结果表明：C4-T3段脊柱后伸过展是棘突、横突和椎间盘纤维环的主要致伤因素，T7-T12段脊柱损伤主要受前屈过弯和轴向压缩共同作用，腰椎轴向压缩导致椎体前侧和椎间盘髓核处高损伤风险；脊柱各节段损伤风险随受载加速度峰值增大而提高，抗爆座椅防护下颈椎仍存在高骨折风险；减小座椅悬架刚度可降低乘员脊柱的损伤风险，但在0.6~1.2 kN·s/m范围内改变座椅悬架阻尼对乘员脊柱的损伤风险无明显影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0279
摘要:
为更好地将湿接缝+短钢筋装配式混凝土遮弹层应用于防护工程中，首先，基于已有弹体侵彻整体式和装配式靶体的试验，利用Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的光滑粒子伽辽金算法建立了相应的数值模型，并得到了验证；然后，基于验证的数值模型，系统探讨了装配块尺寸、湿接缝宽度、短钢筋锚固长度、短钢筋间距和短钢筋直径对装配式靶体抗侵彻性能的影响，给出了装配式混凝土遮弹层的工程设计方法；最后，采用该方法设计了抗2种典型战斗部侵彻的装配式高性能混凝土遮弹层。数值模拟结果表明：装配块尺寸对装配式靶体的抗侵彻性能影响较小，而增加湿接缝宽度能够有效提升装配式靶体的抗侵彻性能，即湿接缝宽度越大，装配率越低，靶体整体性就越好。短钢筋是加强装配块与湿接缝连接的有效措施，与增加短钢筋直径相比，增加短钢筋锚固长度和减小短钢筋间距能更显著地提升装配式靶体的抗侵彻性能。
为更好地将湿接缝+短钢筋装配式混凝土遮弹层应用于防护工程中，首先，基于已有弹体侵彻整体式和装配式靶体的试验，利用Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的光滑粒子伽辽金算法建立了相应的数值模型，并得到了验证；然后，基于验证的数值模型，系统探讨了装配块尺寸、湿接缝宽度、短钢筋锚固长度、短钢筋间距和短钢筋直径对装配式靶体抗侵彻性能的影响，给出了装配式混凝土遮弹层的工程设计方法；最后，采用该方法设计了抗2种典型战斗部侵彻的装配式高性能混凝土遮弹层。数值模拟结果表明：装配块尺寸对装配式靶体的抗侵彻性能影响较小，而增加湿接缝宽度能够有效提升装配式靶体的抗侵彻性能，即湿接缝宽度越大，装配率越低，靶体整体性就越好。短钢筋是加强装配块与湿接缝连接的有效措施，与增加短钢筋直径相比，增加短钢筋锚固长度和减小短钢筋间距能更显著地提升装配式靶体的抗侵彻性能。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0207
摘要:
为探究非纯净冰和非完整冰在冲击载荷下的动态力学特性，基于改进后的分离式霍普金森压杆实验系统，采用快速加载、杆端降温和波形整形技术，对冻结温度为−10 ℃的完整冰（纯水，含2.5%、3.5%、4.5%盐分，含2.0%、4.5%、8.5%椰丝）和拼接冰（拼接界面倾角30°、60°）进行冲击力学特性研究；利用高速摄像技术记录破坏过程，并结合Mohr-Coulomb强度准则分析拼接冰的破坏模式。结果表明：纯水冰具有最高的抗压强度，添加椰丝的冰样次之，且二者表现出相似的正应变率效应，添加盐分的冰的抗压强度最低，应变率效应也不明显。添加椰丝的冰样的动态抗压强度随椰丝含量的增加先增大后减小；由于椰丝对小粒径碎冰的联结作用，高椰丝含量的冰样的应力-应变曲线易出现“双峰”现象。拼接平面对裂纹扩展和破坏模式均有影响，拼接冰的抗压强度低于完整冰。界面倾角较小时，拼接冰破坏以界面滑移为主；倾角大时，拼接冰以整体破坏为主，与完整冰类似。
为探究非纯净冰和非完整冰在冲击载荷下的动态力学特性，基于改进后的分离式霍普金森压杆实验系统，采用快速加载、杆端降温和波形整形技术，对冻结温度为−10 ℃的完整冰（纯水，含2.5%、3.5%、4.5%盐分，含2.0%、4.5%、8.5%椰丝）和拼接冰（拼接界面倾角30°、60°）进行冲击力学特性研究；利用高速摄像技术记录破坏过程，并结合Mohr-Coulomb强度准则分析拼接冰的破坏模式。结果表明：纯水冰具有最高的抗压强度，添加椰丝的冰样次之，且二者表现出相似的正应变率效应，添加盐分的冰的抗压强度最低，应变率效应也不明显。添加椰丝的冰样的动态抗压强度随椰丝含量的增加先增大后减小；由于椰丝对小粒径碎冰的联结作用，高椰丝含量的冰样的应力-应变曲线易出现“双峰”现象。拼接平面对裂纹扩展和破坏模式均有影响，拼接冰的抗压强度低于完整冰。界面倾角较小时，拼接冰破坏以界面滑移为主；倾角大时，拼接冰以整体破坏为主，与完整冰类似。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0257
摘要:
基于以往的工作，首先基于头部动态测试系统与激波管和外场实弹实爆测试环境，验证了眼部装备（护目镜和风镜）的防护性能。研究结果表明，风镜防护性能更优，建议给执勤人员配发兼容防紫外、强光、烟雾和防破片功能的风镜产品，以提高相关人员眼部防护能力。此后，研究眼部爆震伤后组织损伤、功能改变及市售风镜动物实验版的防护作用与机制，为防治眼部爆震伤及风镜后续的设计改进提供理论依据。选用比格犬和C57小鼠进行相关动物实验，通过HE、Tunel、Nissl染色、视觉电生理检测等检测方法，发现随着冲击波强度的提高和伤后时间的延长，视网膜损伤程度和细胞凋亡程度均提高，其中神经节细胞层（ganglion cell layer, GCL）和视细胞内、外段（layer of photoreceptor inner/outer segments, IS/OS）受到的损伤最严重；进一步研究分子变化发现，自噬相关调节蛋白SQSTM1/p62（P <0.0001 ）和LC3-II（P = 0.8437 )、LC3-I（P = 0.003）的表达量明显增高，说明视网膜损伤一定程度上是由爆震伤后自噬增强这一机制导致的。市售风镜的动物实验版能够有效减轻冲击波对视网膜的损伤，保护RNFL、INL/ONL、GCL和IS/OS的结构。同时，与其他组相比，3.5 MPa组防护组与损伤组视网膜损伤和细胞凋亡程度差异最显著，推测该强度下防护风镜发挥了最大的保护作用，保护机制与防护降低视网膜细胞自噬相关。
基于以往的工作，首先基于头部动态测试系统与激波管和外场实弹实爆测试环境，验证了眼部装备（护目镜和风镜）的防护性能。研究结果表明，风镜防护性能更优，建议给执勤人员配发兼容防紫外、强光、烟雾和防破片功能的风镜产品，以提高相关人员眼部防护能力。此后，研究眼部爆震伤后组织损伤、功能改变及市售风镜动物实验版的防护作用与机制，为防治眼部爆震伤及风镜后续的设计改进提供理论依据。选用比格犬和C57小鼠进行相关动物实验，通过HE、Tunel、Nissl染色、视觉电生理检测等检测方法，发现随着冲击波强度的提高和伤后时间的延长，视网膜损伤程度和细胞凋亡程度均提高，其中神经节细胞层（ganglion cell layer, GCL）和视细胞内、外段（layer of photoreceptor inner/outer segments, IS/OS）受到的损伤最严重；进一步研究分子变化发现，自噬相关调节蛋白SQSTM1/p62（P <
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0229
摘要:
为探究破碎浮冰覆盖密度对结构物入水空泡演化的影响，利用高速摄影技术开展了不同破碎浮冰覆盖密度下结构物倾斜入水实验。此外，通过对比不同碎冰覆盖密度工况下的结构物倾斜入水过程，获得了碎冰覆盖密度对结构物倾斜入水空泡演化特性的影响规律。结果表明：与无冰环境相比，当空泡扩张时，破碎浮冰通过阻碍液面流体向外扩张，致使空泡的直径减小；而空泡闭合时，碎冰会阻碍液面流体向内收缩，延长空泡扩张时间，此时空泡内空气总量增加，空泡内外压差减小，最终导致空泡的闭合时间延迟。随着碎冰覆盖密度的逐渐增加，其对液面流体向内收缩的阻碍作用逐渐增强，进一步延缓了空泡的闭合时间，空泡的长度和最大直径也相应增大。碎冰覆盖密度较小的工况在空泡溃灭时会出现指向空泡内部的射流。此外，碎冰覆盖密度较大的工况下，流体的无规则冲击使得空泡壁出现褶皱。随着结构物入水深度的增加，空泡在环境压力作用下会出现深颈缩现象。随着碎冰覆盖密度的逐渐增大，结构物的水下运动速度相较于无冰环境呈现更快的衰减趋势。
为探究破碎浮冰覆盖密度对结构物入水空泡演化的影响，利用高速摄影技术开展了不同破碎浮冰覆盖密度下结构物倾斜入水实验。此外，通过对比不同碎冰覆盖密度工况下的结构物倾斜入水过程，获得了碎冰覆盖密度对结构物倾斜入水空泡演化特性的影响规律。结果表明：与无冰环境相比，当空泡扩张时，破碎浮冰通过阻碍液面流体向外扩张，致使空泡的直径减小；而空泡闭合时，碎冰会阻碍液面流体向内收缩，延长空泡扩张时间，此时空泡内空气总量增加，空泡内外压差减小，最终导致空泡的闭合时间延迟。随着碎冰覆盖密度的逐渐增加，其对液面流体向内收缩的阻碍作用逐渐增强，进一步延缓了空泡的闭合时间，空泡的长度和最大直径也相应增大。碎冰覆盖密度较小的工况在空泡溃灭时会出现指向空泡内部的射流。此外，碎冰覆盖密度较大的工况下，流体的无规则冲击使得空泡壁出现褶皱。随着结构物入水深度的增加，空泡在环境压力作用下会出现深颈缩现象。随着碎冰覆盖密度的逐渐增大，结构物的水下运动速度相较于无冰环境呈现更快的衰减趋势。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0099
摘要:
人工智能/机器学习方法能够发现数据中隐藏的物理规律，构建状态参数与动态结果之间端到端的代理模型，可高效解决强耦合、非线性、多物理等复杂工程问题。在高度非线性的爆炸与冲击动力学领域，选择了一个经典的爆轰驱动问题作为研究对象，以数值模拟结果作为机器学习代理模型的训练数据，将正向模拟与逆向设计有机结合起来，基于深度神经网络技术，构建了特征位置速度剖面、材料动态变形与工程因素之间端到端的代理模型，给出了代理模型的计算精确度，验证了代理模型从速度剖面反演工程因素的能力。结果表明：端到端代理模型具有较高的预测能力，其预测的速度剖面与工程因素估计的相对误差均小于1%，可用于高度非线性的爆炸与冲击动力学问题的快速设计、高精度预测和敏捷迭代。
人工智能/机器学习方法能够发现数据中隐藏的物理规律，构建状态参数与动态结果之间端到端的代理模型，可高效解决强耦合、非线性、多物理等复杂工程问题。在高度非线性的爆炸与冲击动力学领域，选择了一个经典的爆轰驱动问题作为研究对象，以数值模拟结果作为机器学习代理模型的训练数据，将正向模拟与逆向设计有机结合起来，基于深度神经网络技术，构建了特征位置速度剖面、材料动态变形与工程因素之间端到端的代理模型，给出了代理模型的计算精确度，验证了代理模型从速度剖面反演工程因素的能力。结果表明：端到端代理模型具有较高的预测能力，其预测的速度剖面与工程因素估计的相对误差均小于1%，可用于高度非线性的爆炸与冲击动力学问题的快速设计、高精度预测和敏捷迭代。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0197
摘要:
爆炸冲击伤是我国面临的重大公共卫生问题，呈现高发、群发、难防的特点，并且危重伤多，感染发生率高，诊治难度大。对爆炸冲击伤施以有效的防护胜过任何最可靠的救治。爆炸冲击伤防护是涉及医学、材料学、爆炸冲击力学等多学科的复杂问题，需要建立起爆炸冲击波传播、伤情评估、材料设计制备及材料衰减性能性能评测等方面的关系。基于此，本文从爆炸冲击波的产生、传播及爆炸冲击伤的发生机制出发，介绍了肺部、颅脑爆炸伤致伤机制，给出了不同程度的肺部、颅脑冲击伤的损伤力学指标，并系统的综述了爆炸冲击伤防护材料的研究现状及进展，讨论了不同材料的防护机理，重点针对目前广泛使用的爆炸冲击波防护材料，如多孔材料、水凝胶、聚脲等进行综述。此外，针对防护材料衰减爆炸冲击波性能评估方法不统一的问题，对材料衰减爆炸冲击波性能，如生物评估法，引线测试法等评估方法进行了全面的调研并分析各种评估方法的优缺点。最后展望了在爆炸冲击波防护性能评测，动物爆炸冲击伤伤情和材料防护性能与人员防护之间的尺度关系，材料力学指标与防护性能之间的关系等方面的发展趋势。本文以期为人员爆炸冲击伤防护材料的设计制备、应用和测试提供技术、理论参考。
爆炸冲击伤是我国面临的重大公共卫生问题，呈现高发、群发、难防的特点，并且危重伤多，感染发生率高，诊治难度大。对爆炸冲击伤施以有效的防护胜过任何最可靠的救治。爆炸冲击伤防护是涉及医学、材料学、爆炸冲击力学等多学科的复杂问题，需要建立起爆炸冲击波传播、伤情评估、材料设计制备及材料衰减性能性能评测等方面的关系。基于此，本文从爆炸冲击波的产生、传播及爆炸冲击伤的发生机制出发，介绍了肺部、颅脑爆炸伤致伤机制，给出了不同程度的肺部、颅脑冲击伤的损伤力学指标，并系统的综述了爆炸冲击伤防护材料的研究现状及进展，讨论了不同材料的防护机理，重点针对目前广泛使用的爆炸冲击波防护材料，如多孔材料、水凝胶、聚脲等进行综述。此外，针对防护材料衰减爆炸冲击波性能评估方法不统一的问题，对材料衰减爆炸冲击波性能，如生物评估法，引线测试法等评估方法进行了全面的调研并分析各种评估方法的优缺点。最后展望了在爆炸冲击波防护性能评测，动物爆炸冲击伤伤情和材料防护性能与人员防护之间的尺度关系，材料力学指标与防护性能之间的关系等方面的发展趋势。本文以期为人员爆炸冲击伤防护材料的设计制备、应用和测试提供技术、理论参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0118
摘要:
随着新型弹药和大口径重炮的大规模使用，由爆炸冲击所致非接触式杀伤模式正在快速替代原先由子弹、破片等造成的直接接触性杀伤，其杀伤威力、精度等对作战人员和装备更具威胁。本文中将从介绍爆炸冲击波典型测试环境和方法入手，通过综述爆炸冲击监测传感技术和爆炸冲击流场重构技术分析总结发展趋势，最后对国外典型便携式爆炸冲击波传感系统应用情况进行了简单介绍，为我国相关产品研发提供借鉴经验。冲击波压力传感器向着小型化、标准化、集成化和智能化研究方向发展，同时大力发展新型传感技术研究。以计算流体力学数据和实验数据为基础，在爆炸波信号处理、流场重构中引入人工智能技术；开发具有我国自主知识产权的便携式爆炸冲击检测评估系统，为极端环境下特殊行业从业人员的防护、救治提供快速分类和快速诊疗依据。
随着新型弹药和大口径重炮的大规模使用，由爆炸冲击所致非接触式杀伤模式正在快速替代原先由子弹、破片等造成的直接接触性杀伤，其杀伤威力、精度等对作战人员和装备更具威胁。本文中将从介绍爆炸冲击波典型测试环境和方法入手，通过综述爆炸冲击监测传感技术和爆炸冲击流场重构技术分析总结发展趋势，最后对国外典型便携式爆炸冲击波传感系统应用情况进行了简单介绍，为我国相关产品研发提供借鉴经验。冲击波压力传感器向着小型化、标准化、集成化和智能化研究方向发展，同时大力发展新型传感技术研究。以计算流体力学数据和实验数据为基础，在爆炸波信号处理、流场重构中引入人工智能技术；开发具有我国自主知识产权的便携式爆炸冲击检测评估系统，为极端环境下特殊行业从业人员的防护、救治提供快速分类和快速诊疗依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0254
摘要:
为解决隧道拱脚周边孔爆破难成形以致超挖和掌子面底部欠挖问题，研究了马蹄形隧道拱脚周边孔爆破围岩的损伤特征。依托方山隧道，建立了拱脚周边孔的三维数值模型，模拟了拱脚处围岩的损伤情况，分析了爆破效果与自由面形状、装药量以及空孔偏转角的映射关系，并通过现场试验进行了验证。结果表明：自由面形状显著影响围岩的损伤范围和炸药的能量利用率，相较于平直自由面，凹形自由面的损伤范围小，岩石的夹制作用更大，炸药爆破难以有效破碎围岩，能量利用率仅为78%；爆破效果随着装药量的增加呈先增大后减小的趋势，当拱脚周边孔的线装药密度为0.624 kg/m时，爆破效果最佳；此外，通过布设空孔和调整空孔偏转角，可以改善拱脚周边孔的爆破效果。采用优化后的爆破参数，拱脚处最大线性超挖量降低了53.1%，隧道轮廓成型平整。
为解决隧道拱脚周边孔爆破难成形以致超挖和掌子面底部欠挖问题，研究了马蹄形隧道拱脚周边孔爆破围岩的损伤特征。依托方山隧道，建立了拱脚周边孔的三维数值模型，模拟了拱脚处围岩的损伤情况，分析了爆破效果与自由面形状、装药量以及空孔偏转角的映射关系，并通过现场试验进行了验证。结果表明：自由面形状显著影响围岩的损伤范围和炸药的能量利用率，相较于平直自由面，凹形自由面的损伤范围小，岩石的夹制作用更大，炸药爆破难以有效破碎围岩，能量利用率仅为78%；爆破效果随着装药量的增加呈先增大后减小的趋势，当拱脚周边孔的线装药密度为0.624 kg/m时，爆破效果最佳；此外，通过布设空孔和调整空孔偏转角，可以改善拱脚周边孔的爆破效果。采用优化后的爆破参数，拱脚处最大线性超挖量降低了53.1%，隧道轮廓成型平整。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0224
摘要:
为合理描述机械约束下炸药装药点火后的反应演化行为，深入分析壳体变形运动特征，将壳体响应变化过程分为弹塑性准静态阶段、完全屈服运动阶段和壳体破裂后惯性运动约束阶段。考虑装药燃烧裂纹网络反应演化与壳体变形运动的耦合作用，建立了反映壳体运动惯性约束效应的装药反应演化模型，通过与典型实验结果进行对比，验证了模型及参数的适应性。壳体运动速度与内部压力的变化本质表征了装药能量释放与产物气体对外做功关系，考虑壳体运动惯性约束效应可以更全面地表征装药反应演化过程，利用该模型，可以根据壳体壁面运动速度历史计算得到弹内压力、反应速率、反应度变化历史，为约束装药在意外刺激下的安全性设计与评估提供理论支撑。
为合理描述机械约束下炸药装药点火后的反应演化行为，深入分析壳体变形运动特征，将壳体响应变化过程分为弹塑性准静态阶段、完全屈服运动阶段和壳体破裂后惯性运动约束阶段。考虑装药燃烧裂纹网络反应演化与壳体变形运动的耦合作用，建立了反映壳体运动惯性约束效应的装药反应演化模型，通过与典型实验结果进行对比，验证了模型及参数的适应性。壳体运动速度与内部压力的变化本质表征了装药能量释放与产物气体对外做功关系，考虑壳体运动惯性约束效应可以更全面地表征装药反应演化过程，利用该模型，可以根据壳体壁面运动速度历史计算得到弹内压力、反应速率、反应度变化历史，为约束装药在意外刺激下的安全性设计与评估提供理论支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0222
摘要:
创伤后应激障碍（post-traumatic stress disorder，PTSD）源于个体经历创伤性事件后所产生的精神健康障碍，常为爆炸或冲击等外部因素所触发，特别在军事战争中其患病率异常显著，对患者及社会造成极大危害。目前对PTSD的诊断仍缺乏客观标准，对其进行筛查和定性诊断存在困难。本文总结了最新的PTSD相关遗传易感性生物标志物、神经影像学发现的大脑结构及功能改变相关的生物标志物、外周自主神经系统功能变化以及特异性外周体液生物标志物的研究进展，并探讨了这些生物标志物在临床中的潜在应用。生物标志物研究可以为理解PTSD的神经生物学机制提供关键线索，为患者提供更有效的筛查、诊断和疾病监测手段。PTSD的生物标志物的开发已经历了选择目的标志物、进行实验内部验证确定检验效能和外部验证确定标志物的可用性等阶段，目前正处于验证临床效用阶段，需要多中心、大样本量数据对候选标志物进行检测并确定其成本效益。此外，基于生物标志物与临床生理学及人口统计学风险因素的综合应用显示出潜在优势，在验证其相对于问卷调查的优越性后，基于体液蛋白组学检测所构建的多蛋白指标联合诊断模型将为PTSD的诊断提供坚实依据。
创伤后应激障碍（post-traumatic stress disorder，PTSD）源于个体经历创伤性事件后所产生的精神健康障碍，常为爆炸或冲击等外部因素所触发，特别在军事战争中其患病率异常显著，对患者及社会造成极大危害。目前对PTSD的诊断仍缺乏客观标准，对其进行筛查和定性诊断存在困难。本文总结了最新的PTSD相关遗传易感性生物标志物、神经影像学发现的大脑结构及功能改变相关的生物标志物、外周自主神经系统功能变化以及特异性外周体液生物标志物的研究进展，并探讨了这些生物标志物在临床中的潜在应用。生物标志物研究可以为理解PTSD的神经生物学机制提供关键线索，为患者提供更有效的筛查、诊断和疾病监测手段。PTSD的生物标志物的开发已经历了选择目的标志物、进行实验内部验证确定检验效能和外部验证确定标志物的可用性等阶段，目前正处于验证临床效用阶段，需要多中心、大样本量数据对候选标志物进行检测并确定其成本效益。此外，基于生物标志物与临床生理学及人口统计学风险因素的综合应用显示出潜在优势，在验证其相对于问卷调查的优越性后，基于体液蛋白组学检测所构建的多蛋白指标联合诊断模型将为PTSD的诊断提供坚实依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0175
摘要:
动力锂离子电池安全是制约电动航空器运行与适航取证的技术瓶颈问题，影响全球电动航空的发展。由锂离子电池热失控引发的燃烧、爆炸等失效事件将造成机毁人亡的灾难性后果。本文旨在为相关研究人员介绍锂离子电池热失控爆炸特性的研究现状，从锂离子电池热失控燃爆行为、热失控气体爆炸极限以及热失控气体爆炸危险性评估三方面进行阐述：在锂离子电池热失控燃爆行为方面，介绍了锂离子电池热失控发展过程，分析了热失控冲击特征参数测定方法，总结了热射流演变机制及射流火焰的模拟仿真与实验方法；针对热失控气体的爆炸极限，对比国内外气体爆炸极限测试标准，总结了热失控气体爆炸极限理论计算方法，并对原位检测爆炸极限的创新方法进行了介绍；在热失控气体爆炸危险性评估方面，介绍了老化锂离子电池危险性评估方法，以及爆炸危险性参数指标。提出未来的研究将侧重于先进诊断技术、增强电解质稳定性、多尺度建模、先进抑制技术以及建立标准化测试流程和技术法规等领域。
动力锂离子电池安全是制约电动航空器运行与适航取证的技术瓶颈问题，影响全球电动航空的发展。由锂离子电池热失控引发的燃烧、爆炸等失效事件将造成机毁人亡的灾难性后果。本文旨在为相关研究人员介绍锂离子电池热失控爆炸特性的研究现状，从锂离子电池热失控燃爆行为、热失控气体爆炸极限以及热失控气体爆炸危险性评估三方面进行阐述：在锂离子电池热失控燃爆行为方面，介绍了锂离子电池热失控发展过程，分析了热失控冲击特征参数测定方法，总结了热射流演变机制及射流火焰的模拟仿真与实验方法；针对热失控气体的爆炸极限，对比国内外气体爆炸极限测试标准，总结了热失控气体爆炸极限理论计算方法，并对原位检测爆炸极限的创新方法进行了介绍；在热失控气体爆炸危险性评估方面，介绍了老化锂离子电池危险性评估方法，以及爆炸危险性参数指标。提出未来的研究将侧重于先进诊断技术、增强电解质稳定性、多尺度建模、先进抑制技术以及建立标准化测试流程和技术法规等领域。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0179
摘要:
爆炸冲击波性脑损伤（blast-induced traumatic brain injury，bTBI）是由爆炸时的冲击波对颅脑造成的损伤效应，伤者可表现出不同程度的躯体和行为障碍以及远期认知功能损害，是战时最常见的脑损伤类型。bTBI的发生机制复杂且尚未完全阐明。爆炸发生产生的冲击波作用于头部表面并在颅内传播，造成颅脑弥漫性损伤，从病理学层面可将bTBI分为原发性损伤和继发性损伤。冲击波的机械致伤效应会造成脑内结构的原发性受损，通常不可逆，只能采取有效的预防措施减少伤害。原发性损伤可引发一系列复杂的继发性级联反应，包括突触功能障碍、兴奋性毒性损伤、血脑屏障破坏、脑膜淋巴系统功能障碍、神经炎症、线粒体功能障碍、氧化应激反应、tau蛋白过度磷酸化和淀粉样蛋白-β病理改变等，可持续至伤后数天甚至慢性阶段，为临床治疗提供了干预的时间窗。轻度bTBI临床表现异质性高，影像学表现常呈阴性，早期诊断困难。但近年来bTBI的血液生物标志物取得长足进展，包括泛素C末端水解酶L1、神经元特异性烯醇化酶、神经丝蛋白轻链、磷酸化tau蛋白、髓鞘碱性蛋白、胶质纤维酸性蛋白、S100钙结合蛋白β和神经源性外泌体等，有望成为影像学阴性的bTBI的早期诊断和预后判断的潜在生物标志物。综上，本文重点综述了近年来关于bTBI的发生机制和生物标志物研究的前沿进展，并展望了未来的研究方向，以期为探索bTBI的发生机制、早期诊断策略和干预靶点提供新思路。
爆炸冲击波性脑损伤（blast-induced traumatic brain injury，bTBI）是由爆炸时的冲击波对颅脑造成的损伤效应，伤者可表现出不同程度的躯体和行为障碍以及远期认知功能损害，是战时最常见的脑损伤类型。bTBI的发生机制复杂且尚未完全阐明。爆炸发生产生的冲击波作用于头部表面并在颅内传播，造成颅脑弥漫性损伤，从病理学层面可将bTBI分为原发性损伤和继发性损伤。冲击波的机械致伤效应会造成脑内结构的原发性受损，通常不可逆，只能采取有效的预防措施减少伤害。原发性损伤可引发一系列复杂的继发性级联反应，包括突触功能障碍、兴奋性毒性损伤、血脑屏障破坏、脑膜淋巴系统功能障碍、神经炎症、线粒体功能障碍、氧化应激反应、tau蛋白过度磷酸化和淀粉样蛋白-β病理改变等，可持续至伤后数天甚至慢性阶段，为临床治疗提供了干预的时间窗。轻度bTBI临床表现异质性高，影像学表现常呈阴性，早期诊断困难。但近年来bTBI的血液生物标志物取得长足进展，包括泛素C末端水解酶L1、神经元特异性烯醇化酶、神经丝蛋白轻链、磷酸化tau蛋白、髓鞘碱性蛋白、胶质纤维酸性蛋白、S100钙结合蛋白β和神经源性外泌体等，有望成为影像学阴性的bTBI的早期诊断和预后判断的潜在生物标志物。综上，本文重点综述了近年来关于bTBI的发生机制和生物标志物研究的前沿进展，并展望了未来的研究方向，以期为探索bTBI的发生机制、早期诊断策略和干预靶点提供新思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0069
摘要:
针对包含高密度、高热值元素的高熵合金材料在聚能战斗部药型罩上的应用问题，选取Ta-Hf-Nb-Zr体系高熵合金为研究对象，采用INSTRON材料试验机、分离式霍普金森压杆试验平台，探寻该高熵合金在应变率为10−3～103 s−1、温度为25～900 ℃以及应力三轴度为0.33～0.89条件下的力学响应规律，基于静动态力学性能试验结果，获取该合金的Johnson-Cook（J-C）本构方程参数及损伤失效模型参数，并建立爆炸加载下高熵合金爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）数值模型。开展EFP成型脉冲X射线验证试验，结果显示：117 μs时，高熵合金EFP成型较为完整，EFP长度为51.1 mm，直径为12.27 mm；187 μs时，EFP尾部产生3处断裂，头部长度为24.3 mm，直径为12.27 mm，EFP速度为2496.3 m/s。模拟与试验的EFP长度、直径以及速度的误差均小于8.2%，模拟的断裂形态与试验结果基本一致，J-C模型有效预测了爆炸加载条件下高熵合金EFP的成型状态。
针对包含高密度、高热值元素的高熵合金材料在聚能战斗部药型罩上的应用问题，选取Ta-Hf-Nb-Zr体系高熵合金为研究对象，采用INSTRON材料试验机、分离式霍普金森压杆试验平台，探寻该高熵合金在应变率为10−3～103 s−1、温度为25～900 ℃以及应力三轴度为0.33～0.89条件下的力学响应规律，基于静动态力学性能试验结果，获取该合金的Johnson-Cook（J-C）本构方程参数及损伤失效模型参数，并建立爆炸加载下高熵合金爆炸成型弹丸（explosively formed projectile，EFP）数值模型。开展EFP成型脉冲X射线验证试验，结果显示：117 μs时，高熵合金EFP成型较为完整，EFP长度为51.1 mm，直径为12.27 mm；187 μs时，EFP尾部产生3处断裂，头部长度为24.3 mm，直径为12.27 mm，EFP速度为
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0255
摘要:
听觉系统各组成部分的机械损伤是爆炸后造成听力损失的主要原因。强脉冲声致听觉损害风险准则仍然存在许多争议，例如：指标选择冲量还是超压峰值，正压持续时间是否重要等。本研究基于自由场实爆条件，设计并搭建了大动物爆炸致伤平台，探究了不同爆炸参数对鼓膜破裂的影响规律，并建立了基于自由场超压峰值和正压持续时间的鼓膜创伤量效关系。通过笔形压力传感器测量自由场超压，通过Friedlander公式拟合超压时程曲线，确定冲击波超压峰值和正压持续时间，并对时域中记录的波形进行归一化能量频谱分析，以确定冲击波在频域上的信号能量分布。对爆炸后的小型猪进行解剖，记录不同爆炸参数下鼓膜创伤程度。以超压峰值和正压持续时间为自变量，对实验数据进行二元逻辑回归分析，并给出鼓膜破裂风险曲线。研究发现当自由场压力低于170 kPa，鼓膜无明显损伤；自由场超压峰值大于237 kPa时，部分鼓膜出现不同程度的破裂和充血。距爆心越近，超压峰值越大，但鼓膜创伤的严重程度并未随之单调增加。在8.0 kg TNT当量的爆炸实验中，鼓膜破裂的严重程度随爆心距的减小呈现先提高再降低的趋势。通过对冲击波载荷特征的分析可知，距爆心越近，正压持续时间越短，高频段能量占比相对更大，小型猪鼓膜破裂的概率可能反而降低，此时仍然出现显著的听力损失和耳蜗损伤。鼓膜作为通过振动传递声信号的黏弹性薄膜结构，其动力学响应可能和载荷频率成分密切相关。本研究认为，除了超压峰值，冲击波波形频谱分布可能对鼓膜破裂程度影响显著。
听觉系统各组成部分的机械损伤是爆炸后造成听力损失的主要原因。强脉冲声致听觉损害风险准则仍然存在许多争议，例如：指标选择冲量还是超压峰值，正压持续时间是否重要等。本研究基于自由场实爆条件，设计并搭建了大动物爆炸致伤平台，探究了不同爆炸参数对鼓膜破裂的影响规律，并建立了基于自由场超压峰值和正压持续时间的鼓膜创伤量效关系。通过笔形压力传感器测量自由场超压，通过Friedlander公式拟合超压时程曲线，确定冲击波超压峰值和正压持续时间，并对时域中记录的波形进行归一化能量频谱分析，以确定冲击波在频域上的信号能量分布。对爆炸后的小型猪进行解剖，记录不同爆炸参数下鼓膜创伤程度。以超压峰值和正压持续时间为自变量，对实验数据进行二元逻辑回归分析，并给出鼓膜破裂风险曲线。研究发现当自由场压力低于170 kPa，鼓膜无明显损伤；自由场超压峰值大于237 kPa时，部分鼓膜出现不同程度的破裂和充血。距爆心越近，超压峰值越大，但鼓膜创伤的严重程度并未随之单调增加。在8.0 kg TNT当量的爆炸实验中，鼓膜破裂的严重程度随爆心距的减小呈现先提高再降低的趋势。通过对冲击波载荷特征的分析可知，距爆心越近，正压持续时间越短，高频段能量占比相对更大，小型猪鼓膜破裂的概率可能反而降低，此时仍然出现显著的听力损失和耳蜗损伤。鼓膜作为通过振动传递声信号的黏弹性薄膜结构，其动力学响应可能和载荷频率成分密切相关。本研究认为，除了超压峰值，冲击波波形频谱分布可能对鼓膜破裂程度影响显著。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0095
摘要:
将气相二氧化硅颗粒与聚乙二醇溶液混合制备的剪切增稠液（shear-thickening fluid, STF）填充到蜂窝芯层中，制成了STF填充蜂窝夹芯板。通过落锤冲击实验，研究了冲击速度（1.0、1.5、2.0 m/s）、蜂窝孔径（2.0、2.5、3.0 mm）和壁厚（0.04、0.06、0.08 mm）对夹芯板力学性能的影响。利用数字图像相关技术测量了结构的应变历史和后面板挠度场的分布情况，探讨了结构的低速冲击响应过程。实验结果表明，在低速冲击下，未填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板中心区域凸起变形，周围区域有明显鼓包变形；填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板凸起变形且局部凸起区域较大，周围无鼓包产生。STF的剪切增稠效应可以增加参与能量吸收的蜂窝单元，扩大结构的局部变形区域，减小结构的后面板挠度。提高冲击速度、增大蜂窝孔径或者减小壁厚，都更有利于STF的剪切增稠效应。
将气相二氧化硅颗粒与聚乙二醇溶液混合制备的剪切增稠液（shear-thickening fluid, STF）填充到蜂窝芯层中，制成了STF填充蜂窝夹芯板。通过落锤冲击实验，研究了冲击速度（1.0、1.5、2.0 m/s）、蜂窝孔径（2.0、2.5、3.0 mm）和壁厚（0.04、0.06、0.08 mm）对夹芯板力学性能的影响。利用数字图像相关技术测量了结构的应变历史和后面板挠度场的分布情况，探讨了结构的低速冲击响应过程。实验结果表明，在低速冲击下，未填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板中心区域凸起变形，周围区域有明显鼓包变形；填充STF蜂窝夹芯板的变形模式为后面板凸起变形且局部凸起区域较大，周围无鼓包产生。STF的剪切增稠效应可以增加参与能量吸收的蜂窝单元，扩大结构的局部变形区域，减小结构的后面板挠度。提高冲击速度、增大蜂窝孔径或者减小壁厚，都更有利于STF的剪切增稠效应。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0023
摘要:
混凝土介质中多点同时或彼此微差爆炸可产生复杂的地冲击波叠加聚集效应，从而使特定作用区域内的地冲击波压力显著增强，大大提升爆炸的毁伤威力。为获取多点爆源不同排布方式下爆炸聚集效应及地冲击传播衰减规律，进行了混凝土中单点和七点聚集爆炸的现场和数值模拟试验，基于正交设计方法和灰色系统理论对多点起爆参数进行了优化设计，建立了比例装药间距、比例有源装药高度和比例起爆微差等因素与不同爆心距下峰值压力间的灰色关联度系数及灰色关联度，确定了起爆参数的优选组合，并开展了数值模拟试验检验。分析结果表明：影响地冲击聚集效应的主要因素为比例装药间距，其次为比例起爆微差，最次为比例有源装药高度。在本模拟试验情况下，采用优化的起爆参数时，即在比例装药间距为0.549 m/kg1/3、比例起爆微差0.239 m/kg1/3和比例有源装药高度为0 m/kg1/3时，地冲击波聚集效应达到最佳，最大可达单点同等装药量产生的地冲击压力的4.7倍。
混凝土介质中多点同时或彼此微差爆炸可产生复杂的地冲击波叠加聚集效应，从而使特定作用区域内的地冲击波压力显著增强，大大提升爆炸的毁伤威力。为获取多点爆源不同排布方式下爆炸聚集效应及地冲击传播衰减规律，进行了混凝土中单点和七点聚集爆炸的现场和数值模拟试验，基于正交设计方法和灰色系统理论对多点起爆参数进行了优化设计，建立了比例装药间距、比例有源装药高度和比例起爆微差等因素与不同爆心距下峰值压力间的灰色关联度系数及灰色关联度，确定了起爆参数的优选组合，并开展了数值模拟试验检验。分析结果表明：影响地冲击聚集效应的主要因素为比例装药间距，其次为比例起爆微差，最次为比例有源装药高度。在本模拟试验情况下，采用优化的起爆参数时，即在比例装药间距为0.549 m/kg1/3、比例起爆微差0.239 m/kg1/3和比例有源装药高度为0 m/kg1/3时，地冲击波聚集效应达到最佳，最大可达单点同等装药量产生的地冲击压力的4.7倍。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0312
摘要:
为探究小能量冲击对锂电池安全的影响，通过冲击-压缩顺序加载实验对受动态荷载后未失效的软包电池二次受载时的力学响应及失效行为进行评估，结合电性能测试与内部结构损伤分析探究较弱冲击荷载下的电池性能劣化行为，并据此提出弱冲击后电池状态量化评估方法。结果表明：3、5和7 J的冲击能量下电池即使未失效，其内部机械完整性也已经受到一定损伤，再次受载时的失效位移相比新电池分别约降低18%、21%和34%；失效对应变形能分别下降40%、47%和67%，且电性能劣化现象明显，容量分别变为新电池的99.4%、93.6%和87.9%；内阻分别上升4.2%、16.2%和28.7%。二次承载能力下降和电性能劣化程度与冲击能量呈正相关。揭示了电极的冲击变形损伤与电池整体力电性能变化的联系。
为探究小能量冲击对锂电池安全的影响，通过冲击-压缩顺序加载实验对受动态荷载后未失效的软包电池二次受载时的力学响应及失效行为进行评估，结合电性能测试与内部结构损伤分析探究较弱冲击荷载下的电池性能劣化行为，并据此提出弱冲击后电池状态量化评估方法。结果表明：3、5和7 J的冲击能量下电池即使未失效，其内部机械完整性也已经受到一定损伤，再次受载时的失效位移相比新电池分别约降低18%、21%和34%；失效对应变形能分别下降40%、47%和67%，且电性能劣化现象明显，容量分别变为新电池的99.4%、93.6%和87.9%；内阻分别上升4.2%、16.2%和28.7%。二次承载能力下降和电性能劣化程度与冲击能量呈正相关。揭示了电极的冲击变形损伤与电池整体力电性能变化的联系。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0240
摘要:
锂电池热失控造成的热冲击将损坏安装结构，对周围人员和设备安全产生威胁，是限制其航空应用的关键问题。通过自主搭建的锂电池热失控高温冲击实验平台研究发现，单节电池热冲击对电池包顶板的冲击压力高达13.23 kPa，致使其外表面温度高达274 ℃。为了有效包容锂电池热失控造成的高温冲击危害，提出电池包顶板涂敷防火涂层的被动防护方法。通过实验研究表明，环氧树脂基膨胀型防火涂层可通过膨胀有效阻隔锂电池热失控冲击压力影响，通过吸收热量降低并延缓电池包顶板的温度上升。分析锂电池热失控包容性验证实验结果可知，1.0 mm厚的E80S20涂层和E85S15B3涂层分别使电池包顶板最高温度下降52.16%和55.80%，结构最高形变分别降低72.2%和44.4%。研究表明防火涂层被动防护技术能够有效提升电池舱体对热失控高温和冲击危害的包容性，可作为航空动力锂电池系统安全性设计的有效措施。
锂电池热失控造成的热冲击将损坏安装结构，对周围人员和设备安全产生威胁，是限制其航空应用的关键问题。通过自主搭建的锂电池热失控高温冲击实验平台研究发现，单节电池热冲击对电池包顶板的冲击压力高达13.23 kPa，致使其外表面温度高达274 ℃。为了有效包容锂电池热失控造成的高温冲击危害，提出电池包顶板涂敷防火涂层的被动防护方法。通过实验研究表明，环氧树脂基膨胀型防火涂层可通过膨胀有效阻隔锂电池热失控冲击压力影响，通过吸收热量降低并延缓电池包顶板的温度上升。分析锂电池热失控包容性验证实验结果可知，1.0 mm厚的E80S20涂层和E85S15B3涂层分别使电池包顶板最高温度下降52.16%和55.80%，结构最高形变分别降低72.2%和44.4%。研究表明防火涂层被动防护技术能够有效提升电池舱体对热失控高温和冲击危害的包容性，可作为航空动力锂电池系统安全性设计的有效措施。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0188
摘要:
为提高径向冲击载荷下圆柱形锂离子电池的安全性，基于膜力因子法研究了大变形下电池的动态响应特性。将电池首先简化为包括内芯和外壳的夹层梁结构，根据抗拉屈服强度建立了电池横截面的塑性屈服准则和膜力因子，进一步将膜力因子引入运动方程实现了大变形下动态响应的求解。此外，基于拉压试验测定了电池构件的力学性能，进一步建立了电池整体有限元模型。研究表明：电池位移响应和速度响应的理论结果和有限元结果具有一致性；冲击载荷下电池初始速度越高，轴力效应对动态响应的影响越大；电池最大挠度随初始速度近似线性增加，且实际的响应时间具有饱和性；电池最大挠度随内芯和外壳屈服强度之比的减小而增大，电池外壳越薄，屈服强度的影响越显著；电池最大挠度随外壳厚度的增大而减小，屈服强度比越大，外壳厚度的影响越显著。
为提高径向冲击载荷下圆柱形锂离子电池的安全性，基于膜力因子法研究了大变形下电池的动态响应特性。将电池首先简化为包括内芯和外壳的夹层梁结构，根据抗拉屈服强度建立了电池横截面的塑性屈服准则和膜力因子，进一步将膜力因子引入运动方程实现了大变形下动态响应的求解。此外，基于拉压试验测定了电池构件的力学性能，进一步建立了电池整体有限元模型。研究表明：电池位移响应和速度响应的理论结果和有限元结果具有一致性；冲击载荷下电池初始速度越高，轴力效应对动态响应的影响越大；电池最大挠度随初始速度近似线性增加，且实际的响应时间具有饱和性；电池最大挠度随内芯和外壳屈服强度之比的减小而增大，电池外壳越薄，屈服强度的影响越显著；电池最大挠度随外壳厚度的增大而减小，屈服强度比越大，外壳厚度的影响越显著。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0158
摘要:
基于钨纤维和金属玻璃基体的实际分布特性，建立复合材料弹体的细观有限元几何模型，采用修正的热力耦合本构模型来描述金属玻璃基体的高强度和高剪切敏感性，结合相关的斜侵彻/穿甲试验，开展复合材料长杆弹斜侵彻/穿甲钢靶的三维有限元模拟，与钨合金弹进行对比分析，讨论弹靶变形和破坏特征，分析了撞击倾角、撞击速度等因素对复合材料弹体侵彻/穿甲“自锐”行为以及弹道特征的影响。结果表明，在斜侵彻/穿甲条件下，由于弹体头部受力的非对称特征，弹头逐渐锐化为非对称的尖头构型，同时弹道偏转，复合材料弹体的“自锐”性能以及侵彻/穿甲能力下降。撞击速度对斜侵彻/穿甲条件下弹体的“自锐”特征及弹道行为有显著影响，低速撞击条件下，撞击倾角越大，弹体侵彻性能越弱；当倾角增大到50°时，撞击速度小于900 m/s的弹体均难以有效侵彻靶板；倾角进一步增大时，弹体容易跳飞。
基于钨纤维和金属玻璃基体的实际分布特性，建立复合材料弹体的细观有限元几何模型，采用修正的热力耦合本构模型来描述金属玻璃基体的高强度和高剪切敏感性，结合相关的斜侵彻/穿甲试验，开展复合材料长杆弹斜侵彻/穿甲钢靶的三维有限元模拟，与钨合金弹进行对比分析，讨论弹靶变形和破坏特征，分析了撞击倾角、撞击速度等因素对复合材料弹体侵彻/穿甲“自锐”行为以及弹道特征的影响。结果表明，在斜侵彻/穿甲条件下，由于弹体头部受力的非对称特征，弹头逐渐锐化为非对称的尖头构型，同时弹道偏转，复合材料弹体的“自锐”性能以及侵彻/穿甲能力下降。撞击速度对斜侵彻/穿甲条件下弹体的“自锐”特征及弹道行为有显著影响，低速撞击条件下，撞击倾角越大，弹体侵彻性能越弱；当倾角增大到50°时，撞击速度小于900 m/s的弹体均难以有效侵彻靶板；倾角进一步增大时，弹体容易跳飞。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0205
摘要:
肺冲击伤是爆炸后第一级冲击伤最常见死因，进行有效防护是减轻伤情、提升救治效能的最优举措。聚脲材料作为躯体防具的研究尚在起步阶段，本研究通过有限元数值模拟探讨了冲击波作用下聚脲材料对肺脏的防护效应及其对冲击波的衰减特性。首先利用LS-DYNA软件模拟冲击波对穿戴防护材料的山羊胸部的直接损伤过程，然后通过实爆测压数据及肺大体伤情进行有效性验证，最后利用该冲击波防护后效应有限元计算模型完成聚脲材料对人员肺冲击伤防护效应的评估。结果表明：右肺朝向爆心时，冲击波肺损伤应力主要集中在右肺下叶，防护模型肺脏整体应力较小，肺所受负压所致肺过牵效应减弱；聚脲材料能够有效衰减到达皮肤和肺脏表面的超压峰值约58.8%（p < 0.05），降低胸骨最大线速度约22.4%，且随冲击波压强增大衰减能力增强，从而有效降低肺冲击伤的发生率和严重程度。建立的人员防护效应计算机仿真评估模型为新型防护材料用于人员肺冲击伤的防护效能评估、防护后损伤程度预测提供了方法，具有重要的军事和社会意义。
肺冲击伤是爆炸后第一级冲击伤最常见死因，进行有效防护是减轻伤情、提升救治效能的最优举措。聚脲材料作为躯体防具的研究尚在起步阶段，本研究通过有限元数值模拟探讨了冲击波作用下聚脲材料对肺脏的防护效应及其对冲击波的衰减特性。首先利用LS-DYNA软件模拟冲击波对穿戴防护材料的山羊胸部的直接损伤过程，然后通过实爆测压数据及肺大体伤情进行有效性验证，最后利用该冲击波防护后效应有限元计算模型完成聚脲材料对人员肺冲击伤防护效应的评估。结果表明：右肺朝向爆心时，冲击波肺损伤应力主要集中在右肺下叶，防护模型肺脏整体应力较小，肺所受负压所致肺过牵效应减弱；聚脲材料能够有效衰减到达皮肤和肺脏表面的超压峰值约58.8%（p < 0.05），降低胸骨最大线速度约22.4%，且随冲击波压强增大衰减能力增强，从而有效降低肺冲击伤的发生率和严重程度。建立的人员防护效应计算机仿真评估模型为新型防护材料用于人员肺冲击伤的防护效能评估、防护后损伤程度预测提供了方法，具有重要的军事和社会意义。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0073
摘要:
为了提高基于罚函数法的显式有限元对大变形接触-碰撞问题仿真的精确性和健壮性，基于前增量位移时间中心差分方法，发展了一种新的大变形接触非侵入算法。将动力方程求解步分解为不考虑接触的预估步和考虑接触的修正步，在当前时刻，采用罚函数法施加接触惩罚力，使其满足非侵入条件，从而提高显式接触计算的精确性；在仅能获得下一时刻位移的情况下，为了精确计算下一时刻的大变形内力，基于任意参考构型大变形理论，将动力学方程内力项映射到已知的参考构型求解，避免使用相关物理量的中间构型近似值，从而降低由大变形计算引入的数值误差。更严格的几何非线性算法以及接触算法可有效抑制实体间的非物理穿透和大变形碰撞过程中的单元畸变，提高计算程序的健壮性。对典型碰撞及侵彻算例进行仿真，并与商业软件的结果进行对比，验证了所发展的大变形接触-碰撞显式算法的正确性，并证明了在高速大变形碰撞仿真方面，当前接触-碰撞显式算法比基于蛙跳格式中心差分和罚函数法的经典接触-碰撞算法更加健壮。
为了提高基于罚函数法的显式有限元对大变形接触-碰撞问题仿真的精确性和健壮性，基于前增量位移时间中心差分方法，发展了一种新的大变形接触非侵入算法。将动力方程求解步分解为不考虑接触的预估步和考虑接触的修正步，在当前时刻，采用罚函数法施加接触惩罚力，使其满足非侵入条件，从而提高显式接触计算的精确性；在仅能获得下一时刻位移的情况下，为了精确计算下一时刻的大变形内力，基于任意参考构型大变形理论，将动力学方程内力项映射到已知的参考构型求解，避免使用相关物理量的中间构型近似值，从而降低由大变形计算引入的数值误差。更严格的几何非线性算法以及接触算法可有效抑制实体间的非物理穿透和大变形碰撞过程中的单元畸变，提高计算程序的健壮性。对典型碰撞及侵彻算例进行仿真，并与商业软件的结果进行对比，验证了所发展的大变形接触-碰撞显式算法的正确性，并证明了在高速大变形碰撞仿真方面，当前接触-碰撞显式算法比基于蛙跳格式中心差分和罚函数法的经典接触-碰撞算法更加健壮。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0452
摘要:
为准确预测磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸下限，在密闭压力容器内开展了磷酸铁锂电池热失控试验，结合热失控特性和气相色谱-质谱联用技术，计算了热失控产物气体组分，基于能量守恒方程和绝热火焰温度，建立磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限的预测模型，并验证了绝热火焰温度法、Le Chatelier法和Jones法的准确性，考察了电解液蒸汽对热失控产物爆炸下限的影响。结果表明，常温下Le Chatelier法计算的爆炸下限偏差最小，为1.14%，绝热火焰温度法偏差最大，为10.02%。在60%~100%荷电状态（state of charge, SOC）范围内，磷酸铁锂电池热失控气体的爆炸下限先升后降。当热失控产物考虑电解液蒸汽时，60% SOC磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限仅为3.93%，较未考虑电解液蒸汽热失控气体的爆炸下限降低了22.49%，这说明电解液蒸汽增加了磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸风险。
为准确预测磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸下限，在密闭压力容器内开展了磷酸铁锂电池热失控试验，结合热失控特性和气相色谱-质谱联用技术，计算了热失控产物气体组分，基于能量守恒方程和绝热火焰温度，建立磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限的预测模型，并验证了绝热火焰温度法、Le Chatelier法和Jones法的准确性，考察了电解液蒸汽对热失控产物爆炸下限的影响。结果表明，常温下Le Chatelier法计算的爆炸下限偏差最小，为1.14%，绝热火焰温度法偏差最大，为10.02%。在60%~100%荷电状态（state of charge, SOC）范围内，磷酸铁锂电池热失控气体的爆炸下限先升后降。当热失控产物考虑电解液蒸汽时，60% SOC磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限仅为3.93%，较未考虑电解液蒸汽热失控气体的爆炸下限降低了22.49%，这说明电解液蒸汽增加了磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸风险。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0150
摘要:
常用抗落石冲击被动柔性防护网防护能级和国内标准检验能级均不高于5 000 kJ，而山区桥梁等重要交通基础设施面临更高冲击能级落石灾害的威胁，采用数值模拟方法开展8 000 kJ能级被动柔性防护网的抗落石冲击分析与设计工作。首先，基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对典型被动柔性防护网单环和三环环链拉伸试验、网片顶破试验以及2 000 kJ能级落石冲击足尺防护网试验进行数值模拟复现，通过与网环最大破断力、破断位移和破坏特征、落石冲击全过程以及防护网钢丝绳内力时程等试验数据对比，充分验证了所采用数值模拟方法的可靠性。进一步分析了钢柱倾角、跨距、高度以及消能装置规格等参数对落石冲击下防护网动力行为的影响。结果表明：消能装置规格是控制防护网内力与位移的关键参数；钢柱倾角建议取10°；钢柱跨距增加会减小结构的面内刚度，而对横向锚固力影响较小；钢柱高度增加会显著提升柱底支反力；钢柱高度和跨距改变需同时合理调整各钢丝绳的锚固位置。最后，通过调整防护网几何尺寸、消能装置规格和添加横向辅助支撑绳等措施给出了2种8 000 kJ能级防护网设计方案，均通过EAD 340059-00-0106标准检验。
常用抗落石冲击被动柔性防护网防护能级和国内标准检验能级均不高于5 000 kJ，而山区桥梁等重要交通基础设施面临更高冲击能级落石灾害的威胁，采用数值模拟方法开展8 000 kJ能级被动柔性防护网的抗落石冲击分析与设计工作。首先，基于显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA对典型被动柔性防护网单环和三环环链拉伸试验、网片顶破试验以及2 000 kJ能级落石冲击足尺防护网试验进行数值模拟复现，通过与网环最大破断力、破断位移和破坏特征、落石冲击全过程以及防护网钢丝绳内力时程等试验数据对比，充分验证了所采用数值模拟方法的可靠性。进一步分析了钢柱倾角、跨距、高度以及消能装置规格等参数对落石冲击下防护网动力行为的影响。结果表明：消能装置规格是控制防护网内力与位移的关键参数；钢柱倾角建议取10°；钢柱跨距增加会减小结构的面内刚度，而对横向锚固力影响较小；钢柱高度增加会显著提升柱底支反力；钢柱高度和跨距改变需同时合理调整各钢丝绳的锚固位置。最后，通过调整防护网几何尺寸、消能装置规格和添加横向辅助支撑绳等措施给出了2种8 000 kJ能级防护网设计方案，均通过EAD 340059-00-0106标准检验。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0152
摘要:
为深入研究深部地层中砂岩在冲击荷载作用下的动态力学特性，建立了一种改进的霍普金森压杆实验系统，对灰砂岩长杆试件开展了不同加载速率的动态压缩实验，并结合高速数字相关技术（DIC）监测试件表面位移场和应变场的演化过程，探讨了灰砂岩在近场冲击加载下的拉伸破坏的规律。从 DIC 分析得到的位移场中提取出不同质点位移时程曲线，进行了拉格朗日反分析算法计算，获得了灰砂岩材料的全场应力应变规律。结果表明：灰砂岩长杆试件以拉伸破坏为主，且出现了近加载端破碎、远离加载端层裂的现象；灰砂岩长杆试件的动态抗压强度因子随应变率增大而增大，有明显的应变率效应；随着加载速率升高，各测点应力峰值与应变峰值均呈增大趋势；在同一加载速率下，灰砂岩长杆的应力-应变曲线呈现出近端测点曲线包络远端测点曲线的现象。
为深入研究深部地层中砂岩在冲击荷载作用下的动态力学特性，建立了一种改进的霍普金森压杆实验系统，对灰砂岩长杆试件开展了不同加载速率的动态压缩实验，并结合高速数字相关技术（DIC）监测试件表面位移场和应变场的演化过程，探讨了灰砂岩在近场冲击加载下的拉伸破坏的规律。从 DIC 分析得到的位移场中提取出不同质点位移时程曲线，进行了拉格朗日反分析算法计算，获得了灰砂岩材料的全场应力应变规律。结果表明：灰砂岩长杆试件以拉伸破坏为主，且出现了近加载端破碎、远离加载端层裂的现象；灰砂岩长杆试件的动态抗压强度因子随应变率增大而增大，有明显的应变率效应；随着加载速率升高，各测点应力峰值与应变峰值均呈增大趋势；在同一加载速率下，灰砂岩长杆的应力-应变曲线呈现出近端测点曲线包络远端测点曲线的现象。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0064
摘要:
殉爆现象会影响露天矿台阶爆破作业安全、边坡稳定性和爆破效果。在炸药冲击起爆机理基础上，并结合露天矿实际富水裂隙岩体台阶爆破振动监测结果，通过对比爆破振动信号波动差异来判别殉爆现象。为研究殉爆产生的机理和防殉爆方法，采用数值模拟和现场试验分析主发药量、裂隙宽度及药包之间的距离等参数对被发药包孔壁压力的影响。结果表明：孔壁冲击压力随着装药耦合系数的减小、炮孔间裂隙宽度（0.25~1.00 cm）的增大以及炮孔间距离的减小而提高。在裂隙位置装药使用阻波管、充填岩粉或设置空气间隔器，能显著降低通过富水裂隙传递到被发炮孔的冲击压力，并使其低于乳化炸药的起爆压力临界值。当炮孔内只有单条裂隙时，选择填充岩粉是便捷且有效防殉爆方法；当炮孔内有多条裂隙时，该试验条件下，炮孔内放置厚度为2.6 mm的阻波管是最佳防殉爆方法，并能保证爆破效果。
殉爆现象会影响露天矿台阶爆破作业安全、边坡稳定性和爆破效果。在炸药冲击起爆机理基础上，并结合露天矿实际富水裂隙岩体台阶爆破振动监测结果，通过对比爆破振动信号波动差异来判别殉爆现象。为研究殉爆产生的机理和防殉爆方法，采用数值模拟和现场试验分析主发药量、裂隙宽度及药包之间的距离等参数对被发药包孔壁压力的影响。结果表明：孔壁冲击压力随着装药耦合系数的减小、炮孔间裂隙宽度（0.25~1.00 cm）的增大以及炮孔间距离的减小而提高。在裂隙位置装药使用阻波管、充填岩粉或设置空气间隔器，能显著降低通过富水裂隙传递到被发炮孔的冲击压力，并使其低于乳化炸药的起爆压力临界值。当炮孔内只有单条裂隙时，选择填充岩粉是便捷且有效防殉爆方法；当炮孔内有多条裂隙时，该试验条件下，炮孔内放置厚度为2.6 mm的阻波管是最佳防殉爆方法，并能保证爆破效果。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0109
摘要:
针对典型CL-20基高爆速压装炸药（C-1, 94.5% CL-20+5.5%助剂）的发射安全性问题，开展400 kg大型落锤试验对压装炸药C-1的冲击响应特性进行研究。同时，采用改进的应力率表征法及下限值法、特性落高法分别对该炸药的落锤冲击响应特性进行表征，并与同类压装炸药JO-8和JH-2进行了对比。得到了不同落高下3种压装炸药底部实测应力曲线及表征参数，并讨论了3种炸药撞击感度的差异及C-1炸药撞击感度的影响因素。结果表明，改进的应力率表征法对炸药撞击感度的表征具有一定有效性和普适性，与其他方法对撞击感度规律的反映具有一致性。C-1炸药的特性落高（H50）为1 m，分别为JO-8和JH-2炸药特性落高的62.50%和50.00%；C-1炸药不发生爆轰对应的后坐应力峰值（σ0）为748.90 MPa，分别为JO-8和JH-2的85.42%和64.33%；C-1的安全应力率参数（C0）为344 GPa2/s，分别为JO-8和JH-2的45.87%和39.14%。CL-20的分子结构、C-1药柱的力学性能和热-化特性是造成其撞击感度高于JO-8和JH-2撞击感度的主要因素。
针对典型CL-20基高爆速压装炸药（C-1, 94.5% CL-20+5.5%助剂）的发射安全性问题，开展400 kg大型落锤试验对压装炸药C-1的冲击响应特性进行研究。同时，采用改进的应力率表征法及下限值法、特性落高法分别对该炸药的落锤冲击响应特性进行表征，并与同类压装炸药JO-8和JH-2进行了对比。得到了不同落高下3种压装炸药底部实测应力曲线及表征参数，并讨论了3种炸药撞击感度的差异及C-1炸药撞击感度的影响因素。结果表明，改进的应力率表征法对炸药撞击感度的表征具有一定有效性和普适性，与其他方法对撞击感度规律的反映具有一致性。C-1炸药的特性落高（H50）为1 m，分别为JO-8和JH-2炸药特性落高的62.50%和50.00%；C-1炸药不发生爆轰对应的后坐应力峰值（σ0）为748.90 MPa，分别为JO-8和JH-2的85.42%和64.33%；C-1的安全应力率参数（C0）为344 GPa2/s，分别为JO-8和JH-2的45.87%和39.14%。CL-20的分子结构、C-1药柱的力学性能和热-化特性是造成其撞击感度高于JO-8和JH-2撞击感度的主要因素。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0074
摘要:
为 减弱中空环形聚能装药中中心侵彻体对后级结构的破坏作用，通过改变环锥罩的偏心距离和壁厚，调整了装药和药型罩的质量分布，使之形成准直环形射流，研究了炸高对环形射流侵彻威力的影响规律。数值模拟结果表明：内壳为铝合金时的中心孔平均侵彻深度较内壳为钢时的平均侵彻深度低36.13%；非偏心环锥罩形成的射流存在径向偏移，侵彻能力较弱。当环锥罩顶向外侧偏移0.05d（d为环形装药厚度）时，射流准直性较好，环形射流侵彻深度较大；随着药型罩壁厚的增加，射流头部速度不断减小，当壁厚为0.045d时，偏心环锥罩形成的环形射流侵彻能力较强；环形射流侵彻深度对炸高较为敏感，在炸高为1.12d时，环形射流侵彻深度较大。针对非偏心环锥罩和偏心环锥罩两种药型罩结构开展的静破甲试验表明，环形射流侵彻深度和扩孔直径的试验结果与数值模拟结果误差小于12%，验证了数值模拟模型的可靠性。
为 减弱中空环形聚能装药中中心侵彻体对后级结构的破坏作用，通过改变环锥罩的偏心距离和壁厚，调整了装药和药型罩的质量分布，使之形成准直环形射流，研究了炸高对环形射流侵彻威力的影响规律。数值模拟结果表明：内壳为铝合金时的中心孔平均侵彻深度较内壳为钢时的平均侵彻深度低36.13%；非偏心环锥罩形成的射流存在径向偏移，侵彻能力较弱。当环锥罩顶向外侧偏移0.05d（d为环形装药厚度）时，射流准直性较好，环形射流侵彻深度较大；随着药型罩壁厚的增加，射流头部速度不断减小，当壁厚为0.045d时，偏心环锥罩形成的环形射流侵彻能力较强；环形射流侵彻深度对炸高较为敏感，在炸高为1.12d时，环形射流侵彻深度较大。针对非偏心环锥罩和偏心环锥罩两种药型罩结构开展的静破甲试验表明，环形射流侵彻深度和扩孔直径的试验结果与数值模拟结果误差小于12%，验证了数值模拟模型的可靠性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0130
摘要:
氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战，为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性，通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究，揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性，并分析了典型流场结构，探讨了传播模态的不稳定性以及爆轰波湮灭和再起爆机制。结果表明：随着当量比的提高，流场内分别呈现熄爆、单波、单双波混合3种传播模态，且爆轰波的传播速度随当量比的增大几乎呈线性提高，速度亏损为5%～8%。激波的扰动使得爆燃面失稳产生明显的扭曲和褶皱，氢氧的高反应活性让爆燃面明显分层且在2个分界面上呈现不同的不稳定性，上分界面为Kelvin-Helmholt (K-H)不稳定性，下分界面为Rayleigh-Taylor (R-T)不稳定性。单双波混合模态下爆轰波极不稳定，保持湮灭、单波、双波对撞3种状态之间循环。爆轰波有2种湮灭方式：一是双波对撞导致爆轰波湮灭，二是爆燃面燃烧加剧使得爆燃面下移导致爆轰波湮灭。再起爆的主要原因是：R-T不稳定性诱导爆轰产物与新鲜预混气在爆燃面上相互挤压产生尖峰和气泡结构，增强爆燃面上的反应放热，产生了局部热点并逐渐增强为爆轰波，实现爆燃转爆轰。
氢氧的高反应活性给旋转爆轰波的稳定传播带来了巨大的挑战，为研究氢氧旋转爆轰波传播不稳定性，通过改变当量比对小尺寸模型下二维氢氧旋转爆轰波进行数值模拟研究，揭示了氢氧旋转爆轰波复杂多变的传播特性，并分析了典型流场结构，探讨了传播模态的不稳定性以及爆轰波湮灭和再起爆机制。结果表明：随着当量比的提高，流场内分别呈现熄爆、单波、单双波混合3种传播模态，且爆轰波的传播速度随当量比的增大几乎呈线性提高，速度亏损为5%～8%。激波的扰动使得爆燃面失稳产生明显的扭曲和褶皱，氢氧的高反应活性让爆燃面明显分层且在2个分界面上呈现不同的不稳定性，上分界面为Kelvin-Helmholt (K-H)不稳定性，下分界面为Rayleigh-Taylor (R-T)不稳定性。单双波混合模态下爆轰波极不稳定，保持湮灭、单波、双波对撞3种状态之间循环。爆轰波有2种湮灭方式：一是双波对撞导致爆轰波湮灭，二是爆燃面燃烧加剧使得爆燃面下移导致爆轰波湮灭。再起爆的主要原因是：R-T不稳定性诱导爆轰产物与新鲜预混气在爆燃面上相互挤压产生尖峰和气泡结构，增强爆燃面上的反应放热，产生了局部热点并逐渐增强为爆轰波，实现爆燃转爆轰。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0097
摘要:
混凝土材料被大量应用于基础设施及国防设施的建造中，为了研究高温混凝土在不同冷却方式下的动态力学特性，通过\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
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混凝土材料被大量应用于基础设施及国防设施的建造中，为了研究高温混凝土在不同冷却方式下的动态力学特性，通过
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0145
摘要:
为探究弹体斜侵彻花岗岩靶体的结构响应特性，基于30 mm弹道炮平台，开展了弹体斜侵彻花岗岩靶试验，获得了非正侵彻作用下弹体结构破坏参数。在此基础上，结合数值模拟方法研究了弹体斜侵彻花岗岩靶的弹体结构变形及断裂机制，分析了侵彻初始条件对弹体结构响应的影响规律。研究结果表明：弹体非正侵彻花岗岩靶体时，易发生弯曲和断裂；弹体头尾部所受非对称力是影响弹体响应特性的主要因素，弹体的变形破坏程度由弹体头尾部角速度差峰值大小决定；随着攻角的增大，弹体弯曲程度线性增大，攻角增大到8°时，弹体发生断裂；随着着角的增大，弹体弯曲程度先增大后减小再增大，着角为15°时，弹体弯曲程度最小，着角达到30°时，弹体发生断裂；与着角相比，攻角对弹体结构响应行为的影响更显著；攻角与着角联合作用时，着角的引入会增大弹体临界断裂正攻角，负攻角会削弱弹体抵抗弯曲变形和断裂的能力；撞击速度高于1600 m/s时，弹体撞击速度成为弹体产生不同响应行为的主控因素。
为探究弹体斜侵彻花岗岩靶体的结构响应特性，基于30 mm弹道炮平台，开展了弹体斜侵彻花岗岩靶试验，获得了非正侵彻作用下弹体结构破坏参数。在此基础上，结合数值模拟方法研究了弹体斜侵彻花岗岩靶的弹体结构变形及断裂机制，分析了侵彻初始条件对弹体结构响应的影响规律。研究结果表明：弹体非正侵彻花岗岩靶体时，易发生弯曲和断裂；弹体头尾部所受非对称力是影响弹体响应特性的主要因素，弹体的变形破坏程度由弹体头尾部角速度差峰值大小决定；随着攻角的增大，弹体弯曲程度线性增大，攻角增大到8°时，弹体发生断裂；随着着角的增大，弹体弯曲程度先增大后减小再增大，着角为15°时，弹体弯曲程度最小，着角达到30°时，弹体发生断裂；与着角相比，攻角对弹体结构响应行为的影响更显著；攻角与着角联合作用时，着角的引入会增大弹体临界断裂正攻角，负攻角会削弱弹体抵抗弯曲变形和断裂的能力；撞击速度高于
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0083
摘要:
为了研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的抗爆性能，对聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构开展不同装药量下的接触爆炸实验，并对整体及局部的破坏特征进行分析。利用LS-DYNA有限元仿真软件研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的损伤过程及机理，并进一步分析了聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的破坏模式及特征。实验及有限元结果表明：接触爆炸荷载作用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构呈现6种破坏模式（正面成坑；层裂破坏；层裂鼓包；震塌破坏，聚脲涂层鼓包大变形；爆炸贯穿，聚脲涂层严重鼓包变形；贯穿和撕裂破坏）；在钢筋混凝土厚板背面涂覆聚脲有效增强了复合结构的抗爆性能。研究成果可为实际应用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构抗爆设计防护提供参考依据。
为了研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的抗爆性能，对聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构开展不同装药量下的接触爆炸实验，并对整体及局部的破坏特征进行分析。利用LS-DYNA有限元仿真软件研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的损伤过程及机理，并进一步分析了聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的破坏模式及特征。实验及有限元结果表明：接触爆炸荷载作用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构呈现6种破坏模式（正面成坑；层裂破坏；层裂鼓包；震塌破坏，聚脲涂层鼓包大变形；爆炸贯穿，聚脲涂层严重鼓包变形；贯穿和撕裂破坏）；在钢筋混凝土厚板背面涂覆聚脲有效增强了复合结构的抗爆性能。研究成果可为实际应用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构抗爆设计防护提供参考依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0053
摘要:
为综合评估战后建筑结构的毁伤等级，针对爆炸作用下典型地面建筑，即含填充墙钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架结构，提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法，并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验证；其次，开展了典型3层原型RC框架结构在不同爆炸当量（25~200 kg TNT）下的内爆炸数值仿真，定量分析了爆炸冲击波在建筑结构内部的传播、结构损伤破坏和墙体飞散等。爆炸作用下建筑结构的高效毁伤评估流程为：结合镜像爆源和非线性叠加原理确定内爆炸荷载，基于等效单自由度方法评估梁、板、柱及墙体构件的毁伤等级，引入构件重要性系数加权确定房间毁伤等级，考虑房间功能及位置重要性评估整体结构的毁伤等级。高精度数值仿真分析与毁伤评估方法计算的典型RC框架结构的整体毁伤等级一致，即在25、100和200 kg TNT爆炸下RC结构分别呈现轻度、中度和重度毁伤，毁伤评估方法可缩短99%以上的计算耗时，兼具可靠性与时效性。
为综合评估战后建筑结构的毁伤等级，针对爆炸作用下典型地面建筑，即含填充墙钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架结构，提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法，并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验证；其次，开展了典型3层原型RC框架结构在不同爆炸当量（25~200 kg TNT）下的内爆炸数值仿真，定量分析了爆炸冲击波在建筑结构内部的传播、结构损伤破坏和墙体飞散等。爆炸作用下建筑结构的高效毁伤评估流程为：结合镜像爆源和非线性叠加原理确定内爆炸荷载，基于等效单自由度方法评估梁、板、柱及墙体构件的毁伤等级，引入构件重要性系数加权确定房间毁伤等级，考虑房间功能及位置重要性评估整体结构的毁伤等级。高精度数值仿真分析与毁伤评估方法计算的典型RC框架结构的整体毁伤等级一致，即在25、100和200 kg TNT爆炸下RC结构分别呈现轻度、中度和重度毁伤，毁伤评估方法可缩短99%以上的计算耗时，兼具可靠性与时效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0061
摘要:
为了准确评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法，首先，开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验，获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据；然后，建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型，通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析，验证了有限元模型和分析方法的可靠性；最后，对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下，UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明：3种战斗部侵彻爆炸联合作用下，遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30～2.60 m和1.70～5.00 m，相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81～2.17和2.46～4.17；与普通混凝土遮弹层对比，3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%～42.4%，临界贯穿和震塌厚度分别降低了7.1%～31.6%和39.7%～52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。
为了准确评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法，首先，开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验，获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据；然后，建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型，通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析，验证了有限元模型和分析方法的可靠性；最后，对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下，UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明：3种战斗部侵彻爆炸联合作用下，遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30～2.60 m和1.70～5.00 m，相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81～2.17和2.46～4.17；与普通混凝土遮弹层对比，3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%～42.4%，临界贯穿和震塌厚度分别降低了7.1%～31.6%和39.7%～52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0070
摘要:
为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程，提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型，对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟，并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明，实验中硅橡胶发生了冲击分解反应，导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响，首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间，再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后，出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间，之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高，首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功，导致首次波传播至自由面时能量衰减、峰值压力降低，首次起跳速度峰值降低。
为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程，提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型，对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟，并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明，实验中硅橡胶发生了冲击分解反应，导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响，首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间，再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后，出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间，之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高，首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功，导致首次波传播至自由面时能量衰减、峰值压力降低，首次起跳速度峰值降低。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0082
摘要:
高空强爆炸所产生的X射线辐照至导弹壳体结构时产生的汽化反冲冲量（blow-off impulse，BOI）及热激波，能够引起目标的动响应破坏。现有的Whitener、BBAY和MBBAY理论模型仅能给出一维近似BOI值，无法处理复杂三维情况并给出对应的热激波峰值压力p，因此对该问题的研究非常依赖数值计算。利用X射线热激波数值计算程序TSHOCK3D对矩形铝靶板在0.1~3.0 keV范围的普朗克黑体温度和220~400 J/cm2辐射能通量下的汽化反冲冲量及峰值压力进行计算，并与理论模型作了对比分析。结果表明，TSHOCK3D程序可以可靠地给出结果，正辐照靶板中心处近似一维工况下的BOI与Whitener、BBAY和MBBAY三个理论模型下的BOI基本相符。通过单变量分析可得，靶板中BOI和峰值压力p均与入射能通量呈近似线性关系；而对于不同的黑体温度，BOI和峰值压力则在1.5~2 keV处存在极大值。
高空强爆炸所产生的X射线辐照至导弹壳体结构时产生的汽化反冲冲量（blow-off impulse，BOI）及热激波，能够引起目标的动响应破坏。现有的Whitener、BBAY和MBBAY理论模型仅能给出一维近似BOI值，无法处理复杂三维情况并给出对应的热激波峰值压力p，因此对该问题的研究非常依赖数值计算。利用X射线热激波数值计算程序TSHOCK3D对矩形铝靶板在0.1~3.0 keV范围的普朗克黑体温度和220~400 J/cm2辐射能通量下的汽化反冲冲量及峰值压力进行计算，并与理论模型作了对比分析。结果表明，TSHOCK3D程序可以可靠地给出结果，正辐照靶板中心处近似一维工况下的BOI与Whitener、BBAY和MBBAY三个理论模型下的BOI基本相符。通过单变量分析可得，靶板中BOI和峰值压力p均与入射能通量呈近似线性关系；而对于不同的黑体温度，BOI和峰值压力则在1.5~2 keV处存在极大值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0036
摘要:
为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响，开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验，利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维数的影响，分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明：饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少，高岭石占比显著提高；随着初始损伤的增大，花岗岩的动态峰值应力逐渐减小，而破碎程度和块度分形维数逐渐增大，且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响；随着初始损伤的增加，断口出现更多的微裂纹和碎屑，断口图像的分形维数也逐渐增加；放大倍数在400~3200范围内时，断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加，超过3200后，分形维数减小。
为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响，开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验，利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维数的影响，分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明：饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少，高岭石占比显著提高；随着初始损伤的增大，花岗岩的动态峰值应力逐渐减小，而破碎程度和块度分形维数逐渐增大，且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响；随着初始损伤的增加，断口出现更多的微裂纹和碎屑，断口图像的分形维数也逐渐增加；放大倍数在400~3200范围内时，断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加，超过3200后，分形维数减小。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0252
摘要:
针对飞机典型部位在遭到高速破片攻击后结构整体的战伤状态及破片的剩余行为开展数值模拟。应用LS-DYNA软件，结合有限单元方法（finite element method, FEM）和光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）两者的优势，建立自适应的FEM-SPH耦合模拟方法，并构建两种飞机典型部位的计算模型，采用六面体网格局部细化方法实现了核心位置的精确模拟，并进行试验来验证数值模型；开展了一系列高速冲击战伤模拟，对比了不同工况下破片高速冲击结构后形成的碎片云和破口形貌，并对破片的剩余速度和质量进行分析，确定了破片在结构蒙皮上的临界跳飞角。结果表明：自适应FEM-SPH耦合算法的计算结果与试验结果吻合良好，能够对破片高速冲击战伤进行有效准确模拟；碎片云分布形状随破片速度增加变得狭长，冲击角度会改变碎片云和结构破口形状朝向；碎片云高度和扩散速度随破片速度或角度的变化趋势基本一致并都呈线性关系；破片的速度减少量不随初始速度变化，质量减少量则与冲击速度成正相关，两者与冲击角度都成负相关；破片临界跳飞角与冲击速度大小基本呈线性关系。研究成果可为飞机战伤后破口预测和快速维修提供一定参考。
针对飞机典型部位在遭到高速破片攻击后结构整体的战伤状态及破片的剩余行为开展数值模拟。应用LS-DYNA软件，结合有限单元方法（finite element method, FEM）和光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）两者的优势，建立自适应的FEM-SPH耦合模拟方法，并构建两种飞机典型部位的计算模型，采用六面体网格局部细化方法实现了核心位置的精确模拟，并进行试验来验证数值模型；开展了一系列高速冲击战伤模拟，对比了不同工况下破片高速冲击结构后形成的碎片云和破口形貌，并对破片的剩余速度和质量进行分析，确定了破片在结构蒙皮上的临界跳飞角。结果表明：自适应FEM-SPH耦合算法的计算结果与试验结果吻合良好，能够对破片高速冲击战伤进行有效准确模拟；碎片云分布形状随破片速度增加变得狭长，冲击角度会改变碎片云和结构破口形状朝向；碎片云高度和扩散速度随破片速度或角度的变化趋势基本一致并都呈线性关系；破片的速度减少量不随初始速度变化，质量减少量则与冲击速度成正相关，两者与冲击角度都成负相关；破片临界跳飞角与冲击速度大小基本呈线性关系。研究成果可为飞机战伤后破口预测和快速维修提供一定参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0173
摘要:
为了更好地理解爆炸冲击波作用下头部的力学响应和损伤机制，利用计算机电子断层扫描与核磁共振医学图像获取了头部几何信息，开发了具有骨缝结构的精细化头部有限元模型。基于已有的激波管尸体实验，开展了正面、侧面与背面爆炸冲击数值模拟，通过对比颅内压-时间历程曲线与颅内压峰值，验证有限元模型的有效性。结果表明：在3种冲击方向下，颅内4个区域的压力峰值与文献实验仿真数据吻合较好；爆炸仿真中颅骨骨缝处有明显应力集中，骨缝线处头部有更大的损伤风险；同等爆炸冲击强度下，正面和背面冲击比侧面冲击对头部造成的损伤更严重。建立的头部模型可应用于爆炸载荷下的头部损伤研究，同时可探究骨缝对于头部生物力学响应的影响，对爆炸损伤研究具有重要意义。
为了更好地理解爆炸冲击波作用下头部的力学响应和损伤机制，利用计算机电子断层扫描与核磁共振医学图像获取了头部几何信息，开发了具有骨缝结构的精细化头部有限元模型。基于已有的激波管尸体实验，开展了正面、侧面与背面爆炸冲击数值模拟，通过对比颅内压-时间历程曲线与颅内压峰值，验证有限元模型的有效性。结果表明：在3种冲击方向下，颅内4个区域的压力峰值与文献实验仿真数据吻合较好；爆炸仿真中颅骨骨缝处有明显应力集中，骨缝线处头部有更大的损伤风险；同等爆炸冲击强度下，正面和背面冲击比侧面冲击对头部造成的损伤更严重。建立的头部模型可应用于爆炸载荷下的头部损伤研究，同时可探究骨缝对于头部生物力学响应的影响，对爆炸损伤研究具有重要意义。
