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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0307
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摘要:
为探究极地低温环境下水下爆炸破冰效果，采用LS-DYNA开展数值分析，考虑极地低温环境中冰层温度梯度的影响，分析了冰层在冲击波与气泡运动载荷下的动响应过程与破坏机理，探讨破冰效果影响因素与作用规律。结果表明：典型工况下，冰层动响应分为应力波作用、初始裂纹萌生、局部弯曲变形、整体回落和射流侵彻五个阶段；装药量的增大可以提升冰层破碎区和裂隙区范围，但单位装药增量对应的破冰效率呈递减趋势；爆距存在最佳值，且由于冲击波与气泡载荷特性的差异，裂隙区的最佳爆距大于破碎区的最佳爆距；冰层厚度对破冰效果的影响呈非线性，厚度增大使破碎区半径逐渐减小，气泡运动主导的裂隙区半径在一定范围下有所增大；破碎区范围受温度梯度影响微弱，但温度梯度对冰层裂隙区范围存在较大影响，裂隙区半径为等效温度冰层的82.3%。
为探究极地低温环境下水下爆炸破冰效果，采用LS-DYNA开展数值分析，考虑极地低温环境中冰层温度梯度的影响，分析了冰层在冲击波与气泡运动载荷下的动响应过程与破坏机理，探讨破冰效果影响因素与作用规律。结果表明：典型工况下，冰层动响应分为应力波作用、初始裂纹萌生、局部弯曲变形、整体回落和射流侵彻五个阶段；装药量的增大可以提升冰层破碎区和裂隙区范围，但单位装药增量对应的破冰效率呈递减趋势；爆距存在最佳值，且由于冲击波与气泡载荷特性的差异，裂隙区的最佳爆距大于破碎区的最佳爆距；冰层厚度对破冰效果的影响呈非线性，厚度增大使破碎区半径逐渐减小，气泡运动主导的裂隙区半径在一定范围下有所增大；破碎区范围受温度梯度影响微弱，但温度梯度对冰层裂隙区范围存在较大影响，裂隙区半径为等效温度冰层的82.3%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0060
摘要:
在众多研究水下多点爆炸气泡耦合及形态演化特性的方法中，基于离心机的超重力水下爆炸实验因同时满足Mach数和Froude数相似，被认为是大当量水下爆炸原型实验研究的最佳手段之一。本文对超重力场下水下多点爆炸气泡间的耦合规律开展了实验和数值研究。首先开展了离心加速度为100g（g为重力加速度）的超重力环境下的水下两点爆炸实验，通过高速相机高精度捕捉了双气泡形态的演化过程。然后，利用基于实验数据验证的超重力水下多点爆炸数值模型进一步探究了重力场对水下爆炸双气泡耦合形态演化及特征参数的影响。结果表明，较大重力场下，水下爆炸气泡的形态演化、脉动和迁移特性与常重力场存在显著差异，超重力这一极端条件会强化压力梯度与浮力效应，导致射流行为呈现独特规律。超重力环境增大了流场中的垂向压力梯度，增强了气泡表面的不稳定性，引发了更强烈的流体加速运动，促使气泡迁移速度加快；超重力场造成了气泡脉动的“时空压缩效应”，同时改变了气泡系统的浮力-惯性力关系，对气泡射流方向和气泡间的相互作用强度影响较大，进而改变了双气泡系统中能量的分布。
在众多研究水下多点爆炸气泡耦合及形态演化特性的方法中，基于离心机的超重力水下爆炸实验因同时满足Mach数和Froude数相似，被认为是大当量水下爆炸原型实验研究的最佳手段之一。本文对超重力场下水下多点爆炸气泡间的耦合规律开展了实验和数值研究。首先开展了离心加速度为100g（g为重力加速度）的超重力环境下的水下两点爆炸实验，通过高速相机高精度捕捉了双气泡形态的演化过程。然后，利用基于实验数据验证的超重力水下多点爆炸数值模型进一步探究了重力场对水下爆炸双气泡耦合形态演化及特征参数的影响。结果表明，较大重力场下，水下爆炸气泡的形态演化、脉动和迁移特性与常重力场存在显著差异，超重力这一极端条件会强化压力梯度与浮力效应，导致射流行为呈现独特规律。超重力环境增大了流场中的垂向压力梯度，增强了气泡表面的不稳定性，引发了更强烈的流体加速运动，促使气泡迁移速度加快；超重力场造成了气泡脉动的“时空压缩效应”，同时改变了气泡系统的浮力-惯性力关系，对气泡射流方向和气泡间的相互作用强度影响较大，进而改变了双气泡系统中能量的分布。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0012
摘要:
为研究大长径比管道内氨氢预混气体泄爆过程中泄爆口径对爆炸压力的影响规律，搭建了一套总长为2 m的不锈钢管道实验装置，采用3种孔径\begin{document}$ D $\end{document} \begin{document}$ \theta $\end{document} \begin{document}$ \mathit{\Phi } $\end{document} \begin{document}$ \varphi $\end{document} \begin{document}$ \varphi $\end{document} \begin{document}$ D $\end{document} \begin{document}$ \varphi $\end{document} \begin{document}$ \varphi $\end{document} \begin{document}$ \theta $\end{document} \begin{document}$ \varphi $\end{document} \begin{document}$ \theta $\end{document} \begin{document}$ \varphi $\end{document} \begin{document}$ \theta $\end{document} \begin{document}$ \theta $\end{document} \begin{document}$ \varphi $\end{document}
为研究大长径比管道内氨氢预混气体泄爆过程中泄爆口径对爆炸压力的影响规律，搭建了一套总长为2 m的不锈钢管道实验装置，采用3种孔径
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0309
摘要:
借助万能试验机和分离式霍普金森压杆装置对鸡股骨皮质骨开展了准静态（0.001 s−1）与动态（350和700 s−1）单轴压缩实验，结合数字图像相关技术获取全场应变分布，并利用扫描电镜观察断裂微观形貌，分析了应变率对断裂行为的影响。实验结果表明，皮质骨的破坏应力随应变率升高成非单调变化，在0.001、350和700 s−1下平均值分别为99.6、195.5和171.3 MPa，表现出“先增后降”的趋势，断裂应变也有类似趋势。在准静态加载下，试样宏观裂纹路径与最大切应变区域一致，断裂面呈现层状剥离和大量碎屑等典型剪切破坏特征，表明准静态下皮质骨的断裂机制由剪切应变主导；而在动态加载下，宏观裂纹更倾向于与最大拉应变区域吻合，断裂面较为光滑，呈现典型拉伸断裂形貌，表明动态条件下拉应变起主导作用。这说明皮质骨断裂机制随应变率的升高，由剪切主导向拉伸主导的转变。
借助万能试验机和分离式霍普金森压杆装置对鸡股骨皮质骨开展了准静态（0.001 s−1）与动态（350和700 s−1）单轴压缩实验，结合数字图像相关技术获取全场应变分布，并利用扫描电镜观察断裂微观形貌，分析了应变率对断裂行为的影响。实验结果表明，皮质骨的破坏应力随应变率升高成非单调变化，在0.001、350和700 s−1下平均值分别为99.6、195.5和171.3 MPa，表现出“先增后降”的趋势，断裂应变也有类似趋势。在准静态加载下，试样宏观裂纹路径与最大切应变区域一致，断裂面呈现层状剥离和大量碎屑等典型剪切破坏特征，表明准静态下皮质骨的断裂机制由剪切应变主导；而在动态加载下，宏观裂纹更倾向于与最大拉应变区域吻合，断裂面较为光滑，呈现典型拉伸断裂形貌，表明动态条件下拉应变起主导作用。这说明皮质骨断裂机制随应变率的升高，由剪切主导向拉伸主导的转变。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0330
摘要:
为快速获取事故爆炸当量，提出了一种基于爆炸音视频信息的事故爆炸当量反演方法，通过分析爆炸出现火光至波到达的时间差实现对爆炸威力的定量评估。基于Hopkinson-Cranz比例定律、Rankine-Hugoniot方程及自由场与近地超压模型，引入冲击波衰减至声波阶段的临界比例距离参数，构建了基于双波走时的当量反演理论模型。通过开展近地与空中爆炸试验，验证了所建模型的有效性与适用性，并分析了爆炸高度、帧率和取帧方式对于模型当量预测精度的影响。结果表明：近地爆炸工况下地面反射效应会显著提高爆炸波传播速度，与传统的经验公式及结合声波走时的改进公式相比，本文提出的双波理论模型充分考虑了冲击波与声波的传播特性差异及近地爆炸中的地面反射效应，在爆炸高度、帧率、取帧方式等多因素的影响下表现出更好的稳定性和更优的预测精度。
为快速获取事故爆炸当量，提出了一种基于爆炸音视频信息的事故爆炸当量反演方法，通过分析爆炸出现火光至波到达的时间差实现对爆炸威力的定量评估。基于Hopkinson-Cranz比例定律、Rankine-Hugoniot方程及自由场与近地超压模型，引入冲击波衰减至声波阶段的临界比例距离参数，构建了基于双波走时的当量反演理论模型。通过开展近地与空中爆炸试验，验证了所建模型的有效性与适用性，并分析了爆炸高度、帧率和取帧方式对于模型当量预测精度的影响。结果表明：近地爆炸工况下地面反射效应会显著提高爆炸波传播速度，与传统的经验公式及结合声波走时的改进公式相比，本文提出的双波理论模型充分考虑了冲击波与声波的传播特性差异及近地爆炸中的地面反射效应，在爆炸高度、帧率、取帧方式等多因素的影响下表现出更好的稳定性和更优的预测精度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0072
摘要:
独立植埋式钢板桩施工便捷、抗毁伤能力强，广泛应用于近海防护等领域，其在浅水爆炸下的毁伤特性决定了结构的抗爆能力。针对现有研究缺乏对该结构浅水爆炸下毁伤机理的研究问题，基于水下爆炸荷载衰减规律，建立了钢板桩浅水抗爆毁伤工程计算模型，构建了水-炸药-钢板桩-砂土耦合仿真计算模型。同时，开展模型试验验证了工程模型与数值结果的可靠性，分析了爆炸当量、爆源目标距离、水深对其毁伤效果的影响。研究表明：钢板桩毁伤薄弱区集中于水土交界处，主要破坏模式为冲切断裂与弯曲变形；比例爆源目标距离是影响毁伤效果的核心参数，当比例爆源目标距离小于0.086 m/kg1/3时发生冲切断裂，大于1.026 m/kg1/3时无明显毁伤，介于两者之间时产生塑性弯曲变形；水深增大对钢板桩断裂毁伤影响较小，但可延长弯曲段长度，其增幅可达35%。理论计算、数值模拟与模型试验结果吻合度较好，相对误差小于10%，满足工程预测精度需求。研究成果可为独立植埋式钢板桩的抗爆设计、毁伤评估及防护加固提供理论支撑与工程技术参考。
独立植埋式钢板桩施工便捷、抗毁伤能力强，广泛应用于近海防护等领域，其在浅水爆炸下的毁伤特性决定了结构的抗爆能力。针对现有研究缺乏对该结构浅水爆炸下毁伤机理的研究问题，基于水下爆炸荷载衰减规律，建立了钢板桩浅水抗爆毁伤工程计算模型，构建了水-炸药-钢板桩-砂土耦合仿真计算模型。同时，开展模型试验验证了工程模型与数值结果的可靠性，分析了爆炸当量、爆源目标距离、水深对其毁伤效果的影响。研究表明：钢板桩毁伤薄弱区集中于水土交界处，主要破坏模式为冲切断裂与弯曲变形；比例爆源目标距离是影响毁伤效果的核心参数，当比例爆源目标距离小于0.086 m/kg1/3时发生冲切断裂，大于1.026 m/kg1/3时无明显毁伤，介于两者之间时产生塑性弯曲变形；水深增大对钢板桩断裂毁伤影响较小，但可延长弯曲段长度，其增幅可达35%。理论计算、数值模拟与模型试验结果吻合度较好，相对误差小于10%，满足工程预测精度需求。研究成果可为独立植埋式钢板桩的抗爆设计、毁伤评估及防护加固提供理论支撑与工程技术参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0057
摘要:
为解决巷道掘进过程中不合理的掏槽结构带来的循环进尺不足和炮孔利用率低等问题。基于空孔效应，利用FEM-SPH（finite element method-smooth particle hydrodynamics）耦合数值模拟构建了三维掏槽爆破模型并进行仿真分析，分析了不同掏槽布置方式对岩体损伤、抛掷效果及破碎形态的影响，并结合工程现场试验分析爆后残孔深度与循环进尺进行验证。研究结果表明：单中心装药孔＋五空孔的掏槽结构的自由面数量适中，应力波叠加更充分，爆破效果更好；五空孔的掏槽结构，相较于四空孔与六空孔结构，空孔模型的抛掷效果最佳，爆后槽腔口尺寸分别增大了42.5%和20.3%，槽腔剖面尺寸分别增大了52.4%和34.7%；现场试验结果表明，五空孔结构较四空孔和六空孔的掏槽结构循环进尺分别增大了10.2%和3.2%。研究揭示了空孔数量与爆破效果之间的非线性关系，适中的空孔数量可实现应力波叠加与能量集中的最优平衡，研究结果可为巷道掘进现场掏槽方案设计与优化提供依据。
为解决巷道掘进过程中不合理的掏槽结构带来的循环进尺不足和炮孔利用率低等问题。基于空孔效应，利用FEM-SPH（finite element method-smooth particle hydrodynamics）耦合数值模拟构建了三维掏槽爆破模型并进行仿真分析，分析了不同掏槽布置方式对岩体损伤、抛掷效果及破碎形态的影响，并结合工程现场试验分析爆后残孔深度与循环进尺进行验证。研究结果表明：单中心装药孔＋五空孔的掏槽结构的自由面数量适中，应力波叠加更充分，爆破效果更好；五空孔的掏槽结构，相较于四空孔与六空孔结构，空孔模型的抛掷效果最佳，爆后槽腔口尺寸分别增大了42.5%和20.3%，槽腔剖面尺寸分别增大了52.4%和34.7%；现场试验结果表明，五空孔结构较四空孔和六空孔的掏槽结构循环进尺分别增大了10.2%和3.2%。研究揭示了空孔数量与爆破效果之间的非线性关系，适中的空孔数量可实现应力波叠加与能量集中的最优平衡，研究结果可为巷道掘进现场掏槽方案设计与优化提供依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0035
摘要:
针对富燃料炸药在封闭空间内爆炸载荷特性复杂、高精度求解与工程应用成本高昂的问题，首先建立了封闭空间内考虑燃热增强效应的爆炸载荷数值计算方法，与试验的准静态压力、饱和响应时间内的冲量及靶板残余变形进行对比，误差均在10%以内，验证了数值计算方法的可靠性。系统分析了封闭空间内爆炸载荷的时空分布规律，并提出一种同时考虑饱和响应时间与准静态压力的等效载荷简化方法，与全耦合计算的中心点首峰值变形与残余变形对比，误差均在10%以内，验证了等效载荷简化方法的可靠性。通过研究等效载荷空间分布形式及准静态压力对结构响应的影响，结果表明：在当前研究范围内，等效载荷空间分布对结构响应的影响相对较小，而准静态压力贡献不可忽略。根据上述认识，最终提出了基于靶板中心点载荷特性的两阶段载荷简化模型，对比10组简化模型与试验的残余变形值，误差均在15%以内，验证了简化模型的可靠性。研究表明，该模型在不同工况下均具有良好的适用性，能够在保证计算精度的同时显著提升计算效率，可为封闭空间爆炸相关工程问题的简化分析提供技术路径。
针对富燃料炸药在封闭空间内爆炸载荷特性复杂、高精度求解与工程应用成本高昂的问题，首先建立了封闭空间内考虑燃热增强效应的爆炸载荷数值计算方法，与试验的准静态压力、饱和响应时间内的冲量及靶板残余变形进行对比，误差均在10%以内，验证了数值计算方法的可靠性。系统分析了封闭空间内爆炸载荷的时空分布规律，并提出一种同时考虑饱和响应时间与准静态压力的等效载荷简化方法，与全耦合计算的中心点首峰值变形与残余变形对比，误差均在10%以内，验证了等效载荷简化方法的可靠性。通过研究等效载荷空间分布形式及准静态压力对结构响应的影响，结果表明：在当前研究范围内，等效载荷空间分布对结构响应的影响相对较小，而准静态压力贡献不可忽略。根据上述认识，最终提出了基于靶板中心点载荷特性的两阶段载荷简化模型，对比10组简化模型与试验的残余变形值，误差均在15%以内，验证了简化模型的可靠性。研究表明，该模型在不同工况下均具有良好的适用性，能够在保证计算精度的同时显著提升计算效率，可为封闭空间爆炸相关工程问题的简化分析提供技术路径。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0056
摘要:
为明确典型爆炸作用下预应力T型梁桥的极限承载力，解决爆炸后桥梁承载力评估难题，采用“爆炸毁伤-静力加载”两步法，以1:1全尺寸预应力T型梁桥为靶标，开展了大当量爆炸试验和爆炸损伤后多级静力加载试验；根据试验结构破坏状态和挠度响应等数据，构建并校验了预应力T型梁桥精细化数值仿真模型，系统探究了桥面中心接触爆炸、桥面中心爆炸叠加梁间内爆、双侧梁间内爆3种典型爆炸工况下桥梁的极限承载力。结果表明：接触爆炸桥梁主要发生桥面破孔及塑性变形；梁间内爆除桥面发生层裂破碎外，T梁腹板及横隔梁发生侧凸、混凝土崩塌破坏；3种典型爆炸破坏状态中，桥面中心爆炸后叠加梁间内爆，极限承载力衰减最严重；合理选择荷载位置可有效规避爆炸损伤的不利影响，大幅提升桥梁的极限承载能力。
为明确典型爆炸作用下预应力T型梁桥的极限承载力，解决爆炸后桥梁承载力评估难题，采用“爆炸毁伤-静力加载”两步法，以1:1全尺寸预应力T型梁桥为靶标，开展了大当量爆炸试验和爆炸损伤后多级静力加载试验；根据试验结构破坏状态和挠度响应等数据，构建并校验了预应力T型梁桥精细化数值仿真模型，系统探究了桥面中心接触爆炸、桥面中心爆炸叠加梁间内爆、双侧梁间内爆3种典型爆炸工况下桥梁的极限承载力。结果表明：接触爆炸桥梁主要发生桥面破孔及塑性变形；梁间内爆除桥面发生层裂破碎外，T梁腹板及横隔梁发生侧凸、混凝土崩塌破坏；3种典型爆炸破坏状态中，桥面中心爆炸后叠加梁间内爆，极限承载力衰减最严重；合理选择荷载位置可有效规避爆炸损伤的不利影响，大幅提升桥梁的极限承载能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0054
摘要:
冲击疲劳是指材料/结构在反复冲击载荷的作用下，局部应力集中和应变快速累积引发材料/结构内部微损伤，并最终发生断裂失效的现象。冲击疲劳载荷具有作用时间短、加载速度快和应变率较高等特点，比常规疲劳具有更大的危害性。高速铁路轮轨动态接触载荷具有典型的冲击疲劳载荷特征，会引起冲击疲劳损伤累积，加剧服役性能劣化，从而影响高速列车运行的安全性。基于此，本文结合轮轨材料冲击疲劳损伤耦合本构模型，开展了三维轮轨滚动接触有限元模拟，厘清了高速铁路轮轨瞬时滚滑接触应力/应变状态和黏滑特性，分析了轮轨冲击疲劳损伤的分布特征和累积演化规律，探讨了列车速度、摩擦因数和牵引系数对冲击疲劳损伤的影响，比较了材料本构模型对轮轨滚滑接触力学行为的影响。结果表明，本文提出的轮轨材料冲击疲劳本构模型可以较好地模拟轮轨滚滑接触力学响应、黏滑分布特征和冲击疲劳损伤累积规律；轮轨多次滚动接触时，钢轨冲击疲劳损伤随滚动次数的增加呈现出非线性累积增长的趋势，但增长速率逐渐减小并近似趋于稳定；与弹塑性本构模型相比，冲击疲劳本构模型预测的轮轨接触力学响应更偏危险，且随着车轮滚动次数的增加，冲击疲劳损伤耦合影响逐渐增大。研究结果可为高速轮轨系统的疲劳损伤评估与寿命预测提供理论指导和技术支持。
冲击疲劳是指材料/结构在反复冲击载荷的作用下，局部应力集中和应变快速累积引发材料/结构内部微损伤，并最终发生断裂失效的现象。冲击疲劳载荷具有作用时间短、加载速度快和应变率较高等特点，比常规疲劳具有更大的危害性。高速铁路轮轨动态接触载荷具有典型的冲击疲劳载荷特征，会引起冲击疲劳损伤累积，加剧服役性能劣化，从而影响高速列车运行的安全性。基于此，本文结合轮轨材料冲击疲劳损伤耦合本构模型，开展了三维轮轨滚动接触有限元模拟，厘清了高速铁路轮轨瞬时滚滑接触应力/应变状态和黏滑特性，分析了轮轨冲击疲劳损伤的分布特征和累积演化规律，探讨了列车速度、摩擦因数和牵引系数对冲击疲劳损伤的影响，比较了材料本构模型对轮轨滚滑接触力学行为的影响。结果表明，本文提出的轮轨材料冲击疲劳本构模型可以较好地模拟轮轨滚滑接触力学响应、黏滑分布特征和冲击疲劳损伤累积规律；轮轨多次滚动接触时，钢轨冲击疲劳损伤随滚动次数的增加呈现出非线性累积增长的趋势，但增长速率逐渐减小并近似趋于稳定；与弹塑性本构模型相比，冲击疲劳本构模型预测的轮轨接触力学响应更偏危险，且随着车轮滚动次数的增加，冲击疲劳损伤耦合影响逐渐增大。研究结果可为高速轮轨系统的疲劳损伤评估与寿命预测提供理论指导和技术支持。
