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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0407
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为探索某大口径模块装药火炮内弹道过程中火药床堆积分布对膛内起始压力波三维空间特性的影响，建立了模块装药的三维气固两相燃烧动力学模型，对不同药盒端盖初始破口大小的工况开展了数值模拟，研究膛内复杂气固两相反应流场特性，分析了不同工况下药床的空间分布对膛内起始压力波特性的影响。结果表明，药盒端盖初始破口角度由0°增大至120°，则药粒飞散、沉降后，近膛底侧与近弹底侧区域的药粒占比差距由12.2%降至0.6%，弹底与膛底间初始负压差的绝对值由1.62 MPa降至0.76 MPa；弹丸启动时间由2.82 ms延至2.94 ms，弹底压力达到峰值所需时间由4.04 ms增至4.20 ms，端盖初始破口尺寸的差异会对膛内三维流场特性产生影响。
为探索某大口径模块装药火炮内弹道过程中火药床堆积分布对膛内起始压力波三维空间特性的影响，建立了模块装药的三维气固两相燃烧动力学模型，对不同药盒端盖初始破口大小的工况开展了数值模拟，研究膛内复杂气固两相反应流场特性，分析了不同工况下药床的空间分布对膛内起始压力波特性的影响。结果表明，药盒端盖初始破口角度由0°增大至120°，则药粒飞散、沉降后，近膛底侧与近弹底侧区域的药粒占比差距由12.2%降至0.6%，弹底与膛底间初始负压差的绝对值由1.62 MPa降至0.76 MPa；弹丸启动时间由2.82 ms延至2.94 ms，弹底压力达到峰值所需时间由4.04 ms增至4.20 ms，端盖初始破口尺寸的差异会对膛内三维流场特性产生影响。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0037
摘要:
金属桥箔电爆炸驱动绝缘飞片的冲击起爆与点火技术在武器装备的起爆与点火系统中被广泛应用。为弥补现有研究对飞片运动过程中流场演化规律描述不足的缺陷，促进该技术向能量高效利用以及小型化等方面发展，搭建了双脉冲激光纹影瞬态观测实验系统，获得了不同时刻下流场的密度分布以及飞片的运动距离，同时，建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片运动过程的二维轴对称流体动力学计算模型与计算方法，计算充分考虑了加速膛内外流场在飞片运动、冲击波压缩以及高温高压等离子体膨胀等作用下的演化规律，采用相变体积分数法描述桥箔在电能作用下由固相到等离子体相的转变，建立了等离子体状态方程以准确描述等离子体的状态，采用动网格模型描述了飞片在流场驱动下的运动。计算与实验得到的流场密度分布具有较好的贴合性，且飞片运动距离和飞片运动速度的最大误差分别为6.1%与8.1%，验证了计算模型与计算方法的准确性。研究结果表明：电容为0.33 μF、起爆电压为2800 V时，研究范围内，流场压强最大值基本维持在1×107 Pa左右；流场温度逐渐从516 ns时刻的9950 K降低到2310 ns时的3100 K；流场等离子体相分布逐渐由扁平状发展为长条状，等离子体相与飞片运动垂直方向的最大扩散距离为0.8 mm。1360 ns后，由于飞片突破冲击波波阵面，流场压强分布与温度分布的前端突起。
金属桥箔电爆炸驱动绝缘飞片的冲击起爆与点火技术在武器装备的起爆与点火系统中被广泛应用。为弥补现有研究对飞片运动过程中流场演化规律描述不足的缺陷，促进该技术向能量高效利用以及小型化等方面发展，搭建了双脉冲激光纹影瞬态观测实验系统，获得了不同时刻下流场的密度分布以及飞片的运动距离，同时，建立了金属桥箔电爆炸驱动飞片运动过程的二维轴对称流体动力学计算模型与计算方法，计算充分考虑了加速膛内外流场在飞片运动、冲击波压缩以及高温高压等离子体膨胀等作用下的演化规律，采用相变体积分数法描述桥箔在电能作用下由固相到等离子体相的转变，建立了等离子体状态方程以准确描述等离子体的状态，采用动网格模型描述了飞片在流场驱动下的运动。计算与实验得到的流场密度分布具有较好的贴合性，且飞片运动距离和飞片运动速度的最大误差分别为6.1%与8.1%，验证了计算模型与计算方法的准确性。研究结果表明：电容为0.33 μF、起爆电压为
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0050
摘要:
基于大电流加热方式建立了小尺寸板状试样高温动态拉伸实验技术，解决了片状试样与波导杆之间有效连接、试样高温实现与温度保持、高温试样与波导杆冷接触时间精准控制三项关键技术。为获取铱合金高温动态拉伸力学性能，利用该实验技术对铱合金进行了103 s−1应变率下室温、600、900和1100 ℃下的拉伸实验。结果表明，当温度从室温上升到900 ℃时，铱合金拉伸强度下降了12%，延性增加了2倍，但当温度上升至1100 ℃时，铱合金拉伸强度下降了43%且延性增加了7.3倍。基于铱合金试样宏微观断裂形貌表征阐明了其变形机理。随着温度的升高，铱合金由沿晶断裂主控的断裂模式转变为晶粒高温软化断裂主控的断裂模式，晶界失效和晶粒高温软化屈服两者相互竞争，决定了铱合金的高温动态断裂行为。
基于大电流加热方式建立了小尺寸板状试样高温动态拉伸实验技术，解决了片状试样与波导杆之间有效连接、试样高温实现与温度保持、高温试样与波导杆冷接触时间精准控制三项关键技术。为获取铱合金高温动态拉伸力学性能，利用该实验技术对铱合金进行了103 s−1应变率下室温、600、900和
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0442
摘要:
为研究爆轰产物后燃烧效应对封闭空间毁伤特性的影响，提出了一种基于能量守恒原理的后燃烧能量简化计算方法，开展了内爆毁伤效应模拟。以无后燃烧效应工况为基准，分别采用恒定速率和线性增加速率加载2种能量模式，分析了速度、超压等关键载荷参数的差异。研究发现：后燃烧效应显著增强内爆毁伤特性，且能量加载速率模式对毁伤效应产生差异化影响。在恒定速率加载模式下，速度增幅达42.67%，加速度显著提升，增幅达71.21%；冲击波超压峰值增大74.42%，准静态压力增幅达74.95%，动能呈现212%的跨越式增长。相较于线性增加速率加载方式，恒定速率加载模式对内爆特性参数的增强效应更显著，所提出的后燃烧能量计算方法可有效模拟密闭空间内爆毁伤的动态响应特性，可为抗爆结构设计及评估提供更精确的后燃烧效应模拟方法。
为研究爆轰产物后燃烧效应对封闭空间毁伤特性的影响，提出了一种基于能量守恒原理的后燃烧能量简化计算方法，开展了内爆毁伤效应模拟。以无后燃烧效应工况为基准，分别采用恒定速率和线性增加速率加载2种能量模式，分析了速度、超压等关键载荷参数的差异。研究发现：后燃烧效应显著增强内爆毁伤特性，且能量加载速率模式对毁伤效应产生差异化影响。在恒定速率加载模式下，速度增幅达42.67%，加速度显著提升，增幅达71.21%；冲击波超压峰值增大74.42%，准静态压力增幅达74.95%，动能呈现212%的跨越式增长。相较于线性增加速率加载方式，恒定速率加载模式对内爆特性参数的增强效应更显著，所提出的后燃烧能量计算方法可有效模拟密闭空间内爆毁伤的动态响应特性，可为抗爆结构设计及评估提供更精确的后燃烧效应模拟方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0284
摘要:
鉴于目前对障碍物交错阵列内爆燃转爆轰（deflagration-to-detonation transition，DDT）现象的认识不足，采用高精度算法和动态自适应网格求解完全可压缩反应性Navier-Stokes方程，对不同障碍物间距条件下方形障碍物交错阵列内预混氢-空气DDT引发过程进行数值模拟研究。结果表明：减小障碍物间距有利于在火焰加速前期增加火焰面积、后期增强激波压缩未燃气体，从而缩短DDT时间和距离。不过，当障碍物间距减小至一阈值时，会出现结巴式爆轰，使DDT距离增加。DDT主要由障碍物前壁的反射激波与火焰相互作用引起。爆轰绕过障碍物时发生局部解耦，然后，与壁面或来自障碍物另一侧的激波和失效爆轰波碰撞时可能引发爆轰再起爆。若障碍物间距太小，激波强度随爆轰的解耦而衰减严重，易导致爆轰失效。方形障碍物交错阵列比圆形更易引发DDT，因前者可在垂直和平行于火焰的传播方向产生反射激波，有助于激波作用于火焰和未燃气体。
鉴于目前对障碍物交错阵列内爆燃转爆轰（deflagration-to-detonation transition，DDT）现象的认识不足，采用高精度算法和动态自适应网格求解完全可压缩反应性Navier-Stokes方程，对不同障碍物间距条件下方形障碍物交错阵列内预混氢-空气DDT引发过程进行数值模拟研究。结果表明：减小障碍物间距有利于在火焰加速前期增加火焰面积、后期增强激波压缩未燃气体，从而缩短DDT时间和距离。不过，当障碍物间距减小至一阈值时，会出现结巴式爆轰，使DDT距离增加。DDT主要由障碍物前壁的反射激波与火焰相互作用引起。爆轰绕过障碍物时发生局部解耦，然后，与壁面或来自障碍物另一侧的激波和失效爆轰波碰撞时可能引发爆轰再起爆。若障碍物间距太小，激波强度随爆轰的解耦而衰减严重，易导致爆轰失效。方形障碍物交错阵列比圆形更易引发DDT，因前者可在垂直和平行于火焰的传播方向产生反射激波，有助于激波作用于火焰和未燃气体。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0452
摘要:
燃爆抑制技术可有效减轻事故后果，是可燃气体燃爆安全防护技术的重要环节。作为抑爆装置的核心组成，抑制剂的性能可直接影响抑制系统的可靠性。聚焦燃爆抑制领域的研究成果，对粉体抑制剂及其抑制机理进行了系统的总结和分析。基于组成方式不同，将抑制粉体分为单组分和复配粉体，其中单组分抑制粉体又可根据抑制机理的差异，分为活性粉体和惰性粉体。在文献综述部分，按照“粉体材料总体介绍-相关实验和理论研究-抑制机理归纳总结”的结构顺序进行评述。对现有研究存在的问题进行总结并对未来研究进行展望，提出对抑制性能测试过程进行规范化和标准化，强调通过化学反应动力学模拟指导材料合成，提高材料筛选效率，减少研究的盲目性。
燃爆抑制技术可有效减轻事故后果，是可燃气体燃爆安全防护技术的重要环节。作为抑爆装置的核心组成，抑制剂的性能可直接影响抑制系统的可靠性。聚焦燃爆抑制领域的研究成果，对粉体抑制剂及其抑制机理进行了系统的总结和分析。基于组成方式不同，将抑制粉体分为单组分和复配粉体，其中单组分抑制粉体又可根据抑制机理的差异，分为活性粉体和惰性粉体。在文献综述部分，按照“粉体材料总体介绍-相关实验和理论研究-抑制机理归纳总结”的结构顺序进行评述。对现有研究存在的问题进行总结并对未来研究进行展望，提出对抑制性能测试过程进行规范化和标准化，强调通过化学反应动力学模拟指导材料合成，提高材料筛选效率，减少研究的盲目性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0401
摘要:
为探究支撑条件改变对驾驶室内流场超压的具体影响，以某外贸型号装备为对象：建立了极限射击工况下、从炮口至驾驶室内部的冲击波传播数值模型；开展了涵盖驾驶室外、内流场超压与结构加速度等数据采集的系统性验证试验。基于经验证的数值模型，分别对8种不同支撑条件下的驾驶室内流场超压进行仿真计算。结果表明：虽然驾驶室内不同空间对支撑条件变化的响应敏感度不同，但随着支撑刚度由小到大变化，驾驶室结构的加速度、速度峰值均显著减小，内流场超压峰值减小；支撑阻尼的存在使得驾驶室结构的加速度响应明显增强，但有利于进一步减弱其速度响应、降低内流场的超压峰值。
为探究支撑条件改变对驾驶室内流场超压的具体影响，以某外贸型号装备为对象：建立了极限射击工况下、从炮口至驾驶室内部的冲击波传播数值模型；开展了涵盖驾驶室外、内流场超压与结构加速度等数据采集的系统性验证试验。基于经验证的数值模型，分别对8种不同支撑条件下的驾驶室内流场超压进行仿真计算。结果表明：虽然驾驶室内不同空间对支撑条件变化的响应敏感度不同，但随着支撑刚度由小到大变化，驾驶室结构的加速度、速度峰值均显著减小，内流场超压峰值减小；支撑阻尼的存在使得驾驶室结构的加速度响应明显增强，但有利于进一步减弱其速度响应、降低内流场的超压峰值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0483
摘要:
为提升氟聚物基活性破片的毁伤效率，拓展其应用范围，研制了一种“核壳”式复合结构活性破片，该破片采用湿混法，引入碳纤维增强基体材料的强度，采用特定的烧结条件，制备了PTFE/Al/CF钨粉和PTFE/Al/CF钨球2种试样，并开展了相应的基本力学性能试验。通过2种结构破片侵彻3 mm+3 mm+2 mm+2 mm多层间隔铝靶试验，采用Python自编的源程序对试验数据进行自动处理，获得了各层靶板的穿孔面积、变形体积以及反应光强总量，对比分析了不同速度和约束条件下多层间隔靶的毁伤特征差异。研究结果表明：“核壳”式破片侵彻能力更强，低速可穿透4层靶板，但穿孔面积较小，穿孔直径约为0.95倍破片直径；均质破片穿孔面积更大，但侵彻能力较弱，穿孔直径约为1.21倍破片直径，高速条件下只能穿透3层靶板；钢壳约束显著提升了破片的穿孔和侵彻能力。破片的主要活性反应发生在与第2层靶的撞击过程中，但其释能反应对穿孔效应的促进作用有限，毁伤特征差异主要取决于破片的力学特性。
为提升氟聚物基活性破片的毁伤效率，拓展其应用范围，研制了一种“核壳”式复合结构活性破片，该破片采用湿混法，引入碳纤维增强基体材料的强度，采用特定的烧结条件，制备了PTFE/Al/CF钨粉和PTFE/Al/CF钨球2种试样，并开展了相应的基本力学性能试验。通过2种结构破片侵彻3 mm+3 mm+2 mm+2 mm多层间隔铝靶试验，采用Python自编的源程序对试验数据进行自动处理，获得了各层靶板的穿孔面积、变形体积以及反应光强总量，对比分析了不同速度和约束条件下多层间隔靶的毁伤特征差异。研究结果表明：“核壳”式破片侵彻能力更强，低速可穿透4层靶板，但穿孔面积较小，穿孔直径约为0.95倍破片直径；均质破片穿孔面积更大，但侵彻能力较弱，穿孔直径约为1.21倍破片直径，高速条件下只能穿透3层靶板；钢壳约束显著提升了破片的穿孔和侵彻能力。破片的主要活性反应发生在与第2层靶的撞击过程中，但其释能反应对穿孔效应的促进作用有限，毁伤特征差异主要取决于破片的力学特性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0128
摘要:
为掌握火灾环境下高压储氢气瓶爆炸能量产生、转化及耗散机制对气瓶爆炸的影响，以充装氢气和氮气的6.8L-30MPa Ⅲ型高压气瓶爆炸引发试验为基础，开展了气瓶极限承压判据、爆炸动力学行为及威力评估研究。结果表明：火灾可显著降低气瓶承压能力，气瓶的临界爆破压力由常温时的125.1 MPa降至火灾时的46.8 MPa，承压能力下降约62.6%。储氢气瓶爆炸呈现典型的物理-化学复合特征，产生了直径约9 m的火球，冲击波峰值压力在距离爆源2 m处达882.47 kPa，正压持续时间为168.11 ms；相同位置处的氮气瓶爆炸冲击波峰值为59.42 kPa，正压持续时间为2.17 ms，爆炸威力远小于氢气瓶。探讨了开敞环境下氢气瓶与氮气瓶爆炸能量的转化路径，建立了开敞环境下储氢气瓶爆炸威力评估方法，研究结果可对完善高压储氢气瓶爆炸事故风险评估提供参考。
为掌握火灾环境下高压储氢气瓶爆炸能量产生、转化及耗散机制对气瓶爆炸的影响，以充装氢气和氮气的6.8L-30MPa Ⅲ型高压气瓶爆炸引发试验为基础，开展了气瓶极限承压判据、爆炸动力学行为及威力评估研究。结果表明：火灾可显著降低气瓶承压能力，气瓶的临界爆破压力由常温时的125.1 MPa降至火灾时的46.8 MPa，承压能力下降约62.6%。储氢气瓶爆炸呈现典型的物理-化学复合特征，产生了直径约9 m的火球，冲击波峰值压力在距离爆源2 m处达882.47 kPa，正压持续时间为168.11 ms；相同位置处的氮气瓶爆炸冲击波峰值为59.42 kPa，正压持续时间为2.17 ms，爆炸威力远小于氢气瓶。探讨了开敞环境下氢气瓶与氮气瓶爆炸能量的转化路径，建立了开敞环境下储氢气瓶爆炸威力评估方法，研究结果可对完善高压储氢气瓶爆炸事故风险评估提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0101
摘要:
点阵力学超材料具有轻质、可设计和抗冲击等优点，在航空航天等许多领域具有广阔的应用前景。设计了一种米字形点阵力学超材料，采用选择性激光熔融技术制备了米字形点阵力学超材料试样，开展了落锤冲击试验和有限元数值模拟，研究了低速冲击载荷作用下点阵力学超材料的动态压溃行为和能量吸收机理，分析了冲击速度对米字形点阵力学超材料变形模式和能量吸收特性的影响规律。研究结果表明：冲击速度对米字形点阵力学超材料的变形模式有较大影响，在较低冲击速度下，点阵力学超材料的变形模式与准静态压缩下的变形模式相似，均以剪切带周围胞元的逐层压溃模式为主；在较高冲击速度下，点阵力学超材料的变形模式由X形剪切带转换为V形剪切带，最后演变为弧形剪切带；进一步研究发现，米字形点阵力学超材料呈现出一定程度的速率敏感性，随着冲击速度的增大，初始峰值应力、平台应力和比吸能增大。
点阵力学超材料具有轻质、可设计和抗冲击等优点，在航空航天等许多领域具有广阔的应用前景。设计了一种米字形点阵力学超材料，采用选择性激光熔融技术制备了米字形点阵力学超材料试样，开展了落锤冲击试验和有限元数值模拟，研究了低速冲击载荷作用下点阵力学超材料的动态压溃行为和能量吸收机理，分析了冲击速度对米字形点阵力学超材料变形模式和能量吸收特性的影响规律。研究结果表明：冲击速度对米字形点阵力学超材料的变形模式有较大影响，在较低冲击速度下，点阵力学超材料的变形模式与准静态压缩下的变形模式相似，均以剪切带周围胞元的逐层压溃模式为主；在较高冲击速度下，点阵力学超材料的变形模式由X形剪切带转换为V形剪切带，最后演变为弧形剪切带；进一步研究发现，米字形点阵力学超材料呈现出一定程度的速率敏感性，随着冲击速度的增大，初始峰值应力、平台应力和比吸能增大。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0153
摘要:
撞击溅射是撞击过程的重要组成部分，在深空探测领域中的小行星附着固锚、撞击采样、动能撞击偏转、星球表面溅射沉积物分布等工程应用及科学分析中发挥着重要作用。小行星表面多覆盖有砾石堆状风化层，研究人员通常利用颗粒状靶体进行模拟并开展实验研究。本文综述了颗粒靶体撞击溅射行为的研究进展，介绍了颗粒靶体撞击溅射形成的过程及溅射幕的描述方法；剖析了基于量纲分析的撞击溅射相似律及其适用范围和局限性；总结了靶体材料参数、撞击参数、靶体表面形貌和弹丸形状结构等对撞击溅射行为的影响；最后提出了颗粒靶体撞击溅射行为研究存在的问题及待开展的研究。
撞击溅射是撞击过程的重要组成部分，在深空探测领域中的小行星附着固锚、撞击采样、动能撞击偏转、星球表面溅射沉积物分布等工程应用及科学分析中发挥着重要作用。小行星表面多覆盖有砾石堆状风化层，研究人员通常利用颗粒状靶体进行模拟并开展实验研究。本文综述了颗粒靶体撞击溅射行为的研究进展，介绍了颗粒靶体撞击溅射形成的过程及溅射幕的描述方法；剖析了基于量纲分析的撞击溅射相似律及其适用范围和局限性；总结了靶体材料参数、撞击参数、靶体表面形貌和弹丸形状结构等对撞击溅射行为的影响；最后提出了颗粒靶体撞击溅射行为研究存在的问题及待开展的研究。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0298
摘要:
在军事行动、工业事故等爆炸事件中，爆炸冲击波引起的头部损伤已成为主要致伤形式之一，而爆炸载荷下头部的损伤机理及损伤阈值仍不明确，鉴于此，采用数值模拟研究了爆炸载荷下头部的动态响应过程，分析了TNT药量以及空气和水2种介质对颅脑的变形、压力和加速度的影响。首先，基于欧拉-拉格朗日耦合的方法建立了空气-头部流固耦合模型。在验证其有效性的基础上，从前额颅骨与脑组织的压力、加速度和频率等方面对头部动态响应过程进行了分析。研究发现，爆炸冲击波正面作用于头部时，前额颅骨的超压峰值达到613 kPa，脑组织的超压峰值达到508 kPa，并且颅骨会发生高频振动，振动频率可达7 kHz。前额颅骨和脑组织受到的冲击加速度呈现先升高后降低的变化趋势，同时颅内压呈周期性变化。在水下环境中，额叶、顶叶和颞叶脑组织压力出现高频的周期性超压波动，前额颅骨产生的超压峰值达到3.64 MPa，远高于重度脑损伤的阈值235 kPa。在水中，脑组织受到的压力峰值是空气中的5倍，加速度比空气中约提高了5倍，频率则提高了2倍。
在军事行动、工业事故等爆炸事件中，爆炸冲击波引起的头部损伤已成为主要致伤形式之一，而爆炸载荷下头部的损伤机理及损伤阈值仍不明确，鉴于此，采用数值模拟研究了爆炸载荷下头部的动态响应过程，分析了TNT药量以及空气和水2种介质对颅脑的变形、压力和加速度的影响。首先，基于欧拉-拉格朗日耦合的方法建立了空气-头部流固耦合模型。在验证其有效性的基础上，从前额颅骨与脑组织的压力、加速度和频率等方面对头部动态响应过程进行了分析。研究发现，爆炸冲击波正面作用于头部时，前额颅骨的超压峰值达到613 kPa，脑组织的超压峰值达到508 kPa，并且颅骨会发生高频振动，振动频率可达7 kHz。前额颅骨和脑组织受到的冲击加速度呈现先升高后降低的变化趋势，同时颅内压呈周期性变化。在水下环境中，额叶、顶叶和颞叶脑组织压力出现高频的周期性超压波动，前额颅骨产生的超压峰值达到3.64 MPa，远高于重度脑损伤的阈值235 kPa。在水中，脑组织受到的压力峰值是空气中的5倍，加速度比空气中约提高了5倍，频率则提高了2倍。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0485
摘要:
为了准确预测冲击爆炸荷载作用下混凝土材料的动态拉伸断裂破坏，基于非常规态近场动力学理论框架，本文首先建立了修正的Monaghan人工体积黏性计算方法用于消除数值振荡，然后将前期建立的等效计算应变率方法植入到课题组前期研发的Kong-Fang混凝土材料模型中，用以准确计算应变率突变时的应变率效应。在此基础上，开展了一维杆中的弹性波传播的数值模拟，发现在力矢量状态上额外附加修正的Monaghan人工体积黏性力矢量状态，可有效地抑制由变形梯度近似导致的非物理数值振荡现象，进而讨论分析了人工体积黏性参数的影响并给出参数建议值。最后将模型用于混凝土试件层裂的数值模拟，对比分析了人工体积黏性、不同应变率效应计算方法对动态拉伸断裂预测结果的影响规律，数值模拟结果表明，准确预测混凝土材料动态拉伸断裂破坏需同时考虑修正的Monaghan人工体积黏性和等效计算应变率，建立的考虑修正的Monaghan人工体积黏性和等效计算应变率的非常规态近场动力学模型可以较好地预测裂缝位置和数量，为冲击爆炸荷载作用下混凝土材料动态拉伸断裂破坏的数值模拟提供了新思路。
为了准确预测冲击爆炸荷载作用下混凝土材料的动态拉伸断裂破坏，基于非常规态近场动力学理论框架，本文首先建立了修正的Monaghan人工体积黏性计算方法用于消除数值振荡，然后将前期建立的等效计算应变率方法植入到课题组前期研发的Kong-Fang混凝土材料模型中，用以准确计算应变率突变时的应变率效应。在此基础上，开展了一维杆中的弹性波传播的数值模拟，发现在力矢量状态上额外附加修正的Monaghan人工体积黏性力矢量状态，可有效地抑制由变形梯度近似导致的非物理数值振荡现象，进而讨论分析了人工体积黏性参数的影响并给出参数建议值。最后将模型用于混凝土试件层裂的数值模拟，对比分析了人工体积黏性、不同应变率效应计算方法对动态拉伸断裂预测结果的影响规律，数值模拟结果表明，准确预测混凝土材料动态拉伸断裂破坏需同时考虑修正的Monaghan人工体积黏性和等效计算应变率，建立的考虑修正的Monaghan人工体积黏性和等效计算应变率的非常规态近场动力学模型可以较好地预测裂缝位置和数量，为冲击爆炸荷载作用下混凝土材料动态拉伸断裂破坏的数值模拟提供了新思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0047
摘要:
为研究高速铁路弓网系统在动态冲击和摩擦温升等服役条件下的力学性能，采用DF14.205D电子万能试验机和分离式霍普金森压杆，测试了应变率0.001～3000 s−1和温度293～873 K范围内高速铁路接触网铜镁合金材料的单轴压缩力学性能，分析了其应力-应变响应的应变率效应和温度敏感性，揭示了率温耦合作用下铜镁合金材料的压缩变形机制和微观组织演化规律，并构建了能准确描述其塑性流动行为的动态本构模型。研究表明，接触网铜镁合金材料在压缩过程中表现出显著的应变率强化和温度软化效应，并且这些效应受到加工硬化、应变率、温度软化等因素的共同作用；当温度大于473 K时，材料的变形主要以温度软化为主导，且温度能促进材料动态回复与动态再结晶过程；修正后的Johnson-Cook模型能够较好地预测该材料的塑性流动应力-应变响应。研究结果可为高速列车弓网系统服役安全设计和评估提供参考。
为研究高速铁路弓网系统在动态冲击和摩擦温升等服役条件下的力学性能，采用DF14.205D电子万能试验机和分离式霍普金森压杆，测试了应变率0.001～
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0054
摘要:
为研究聚脲涂层对钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）基板层裂和贯穿的影响，分析了压缩波在混凝土-聚脲界面传播过程及混凝土层裂过程，提出背面喷涂聚脲RC基板的层裂解析模型。基于该模型，定量分析了聚脲涂层对RC基板临界层裂和贯穿的影响，提出无涂层RC板的贯穿预估经验方法可扩展应用于背面喷涂聚脲的RC基板，并通过学者们报道的接触爆炸试验进行验证。结果表明：聚脲涂层会对RC基板背面层裂过程产生影响，紧邻混凝土-聚脲界面的净应力波为压缩波，而在更深处的混凝土中，净应力波为拉伸波；聚脲涂层仅影响RC基板的首次层裂，首次层裂后的层裂过程与无涂层RC板相同；在发生临界层裂时，聚脲涂层提高了RC基板的临界层裂抗力，但层裂深度会增加；在发生贯穿时，聚脲涂层减少了RC基板的层裂次数，但对总层裂深度和贯穿的影响较小；无涂层RC板的贯穿预估经验方法可较好地预估背面喷涂聚脲RC基板的贯穿破坏。
为研究聚脲涂层对钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）基板层裂和贯穿的影响，分析了压缩波在混凝土-聚脲界面传播过程及混凝土层裂过程，提出背面喷涂聚脲RC基板的层裂解析模型。基于该模型，定量分析了聚脲涂层对RC基板临界层裂和贯穿的影响，提出无涂层RC板的贯穿预估经验方法可扩展应用于背面喷涂聚脲的RC基板，并通过学者们报道的接触爆炸试验进行验证。结果表明：聚脲涂层会对RC基板背面层裂过程产生影响，紧邻混凝土-聚脲界面的净应力波为压缩波，而在更深处的混凝土中，净应力波为拉伸波；聚脲涂层仅影响RC基板的首次层裂，首次层裂后的层裂过程与无涂层RC板相同；在发生临界层裂时，聚脲涂层提高了RC基板的临界层裂抗力，但层裂深度会增加；在发生贯穿时，聚脲涂层减少了RC基板的层裂次数，但对总层裂深度和贯穿的影响较小；无涂层RC板的贯穿预估经验方法可较好地预估背面喷涂聚脲RC基板的贯穿破坏。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0359
摘要:
为探究清洁燃料乙炔在O2/CO2气氛下的可燃下限，在5 L圆柱体爆炸反应装置中进行实验，测得了乙炔的可燃下限。随着CO2的体积分数从14%增加到85%，乙炔的可燃下限从2.64%增长到3.93%，在较小的范围内呈线性增加。烷烃、烯烃和炔烃的可燃下限依次降低，表明炔烃具有更大的燃烧范围。基于极限层流速度法计算模型，建立了适用于乙炔可燃下限的预测模型。通过实验数据验证了该模型的可靠性，采用该模型讨论了CO2的热力学、化学、输运效应对可燃下限的影响。结果表明：热力学效应的平均占比为64%，化学效应占比35%，输运效应占比1%。
为探究清洁燃料乙炔在O2/CO2气氛下的可燃下限，在5 L圆柱体爆炸反应装置中进行实验，测得了乙炔的可燃下限。随着CO2的体积分数从14%增加到85%，乙炔的可燃下限从2.64%增长到3.93%，在较小的范围内呈线性增加。烷烃、烯烃和炔烃的可燃下限依次降低，表明炔烃具有更大的燃烧范围。基于极限层流速度法计算模型，建立了适用于乙炔可燃下限的预测模型。通过实验数据验证了该模型的可靠性，采用该模型讨论了CO2的热力学、化学、输运效应对可燃下限的影响。结果表明：热力学效应的平均占比为64%，化学效应占比35%，输运效应占比1%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0366
摘要:
为了有效预测和控制封闭空间内油气爆炸的后果，减少事故导致的人员伤亡和财产损失，对油气爆炸的超压特性与爆炸发生空间尺度的关系进行了研究。在控制初始油气体积分数、点火位置和点火能量不变的情况下，开展了不同长径比和体积的密闭方形管道条件下油气的爆炸超压特性实验。实验结果显示，在爆炸过程中，超压上升的速率经历急剧增长期、持续震荡期和衰减终止期3个阶段；管口面积的减小和内表面积的增加会导致最大超压、平均超压上升速率、最大超压上升速率和爆炸威力下降。进一步分析实验结果发现，管口面积变化会直接影响火焰前锋面积和反应速率，对最大超压的影响更为直接和显著，而内表面积变化对最大超压的影响相对间接，是通过调节能量传递和热损失来起作用。此外，管道长度是影响到达最大超压时间的关键因素，管道增长不仅增加了热损失，还使反射波与入射波的叠加时间点延后，并且反射波的能量会相对较多地衰减。
为了有效预测和控制封闭空间内油气爆炸的后果，减少事故导致的人员伤亡和财产损失，对油气爆炸的超压特性与爆炸发生空间尺度的关系进行了研究。在控制初始油气体积分数、点火位置和点火能量不变的情况下，开展了不同长径比和体积的密闭方形管道条件下油气的爆炸超压特性实验。实验结果显示，在爆炸过程中，超压上升的速率经历急剧增长期、持续震荡期和衰减终止期3个阶段；管口面积的减小和内表面积的增加会导致最大超压、平均超压上升速率、最大超压上升速率和爆炸威力下降。进一步分析实验结果发现，管口面积变化会直接影响火焰前锋面积和反应速率，对最大超压的影响更为直接和显著，而内表面积变化对最大超压的影响相对间接，是通过调节能量传递和热损失来起作用。此外，管道长度是影响到达最大超压时间的关键因素，管道增长不仅增加了热损失，还使反射波与入射波的叠加时间点延后，并且反射波的能量会相对较多地衰减。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0024
摘要:
为研究超高速侵彻下金属蜂窝管约束混凝土结构的抗侵彻性能，利用二级轻气炮开展了1 500 m/s附近弹体侵彻试验，使用物质点法模拟侵彻过程并对靶体和弹体参数的合理性进行验证，并利用该方法研究了蜂窝管壁厚、高度、直径和材料等参数对靶体抗侵彻性能的影响规律。数值计算表明：物质点法可以准确模拟高速侵彻过程，模拟结果与实验误差小于10%；通过正交分析得到的影响侵深的因素依次为：蜂窝管特征管深、特征内径、特征壁厚、材料；影响开坑半径的因素依次为蜂窝管特征壁厚、特征管深、材料、特征内径。对于本文所采用的弹体，根据优化结果分析得到了综合因素最优的组合。
为研究超高速侵彻下金属蜂窝管约束混凝土结构的抗侵彻性能，利用二级轻气炮开展了1 500 m/s附近弹体侵彻试验，使用物质点法模拟侵彻过程并对靶体和弹体参数的合理性进行验证，并利用该方法研究了蜂窝管壁厚、高度、直径和材料等参数对靶体抗侵彻性能的影响规律。数值计算表明：物质点法可以准确模拟高速侵彻过程，模拟结果与实验误差小于10%；通过正交分析得到的影响侵深的因素依次为：蜂窝管特征管深、特征内径、特征壁厚、材料；影响开坑半径的因素依次为蜂窝管特征壁厚、特征管深、材料、特征内径。对于本文所采用的弹体，根据优化结果分析得到了综合因素最优的组合。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0058
摘要:
针对恶劣海况下动态海缆及其保护套与风机平台摩擦和碰撞导致的断裂问题，以具有高弹性、高缓冲性能的EVA泡沫和橡胶为主体材料，设计了一种抗多次冲击复合防护层。采用万能试验机和落锤，开展了不同加载条件下多种相对密度的EVA泡沫材料的力学性能实验，揭示了相对密度、应变率和多次加载对材料能量吸收特性的影响规律。基于EVA泡沫材料单位体积吸能率与待吸收的动态海缆动能之间的匹配关系，讨论并确定最佳的防护层厚度尺寸，进而制作了复合防护层测试样件。随后，通过落锤冲击实验对复合防护层在单次冲击和多次冲击条件下的缓冲吸能特性进行了研究。实验结果表明：在单次冲击下复合防护层的峰值力与最大位移随落锤质量与下落速度呈线性正相关变化，且能量吸收效率高达85 %；在多次冲击下复合防护层的力学性能呈现显著稳定性，第四次冲击的最大位移较首次冲击仅增大了5.5 %，且能量吸收值和瞬时回弹率的波动幅度小于5 %。复合防护层的独特力学性能可为动态海缆在恶劣海况下的长期使用提供有效保护。
针对恶劣海况下动态海缆及其保护套与风机平台摩擦和碰撞导致的断裂问题，以具有高弹性、高缓冲性能的EVA泡沫和橡胶为主体材料，设计了一种抗多次冲击复合防护层。采用万能试验机和落锤，开展了不同加载条件下多种相对密度的EVA泡沫材料的力学性能实验，揭示了相对密度、应变率和多次加载对材料能量吸收特性的影响规律。基于EVA泡沫材料单位体积吸能率与待吸收的动态海缆动能之间的匹配关系，讨论并确定最佳的防护层厚度尺寸，进而制作了复合防护层测试样件。随后，通过落锤冲击实验对复合防护层在单次冲击和多次冲击条件下的缓冲吸能特性进行了研究。实验结果表明：在单次冲击下复合防护层的峰值力与最大位移随落锤质量与下落速度呈线性正相关变化，且能量吸收效率高达85 %；在多次冲击下复合防护层的力学性能呈现显著稳定性，第四次冲击的最大位移较首次冲击仅增大了5.5 %，且能量吸收值和瞬时回弹率的波动幅度小于5 %。复合防护层的独特力学性能可为动态海缆在恶劣海况下的长期使用提供有效保护。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0502
摘要:
多孔材料在冲击压缩过程中伴随着孔隙坍塌行为，本文中基于已有试验中所观测到的冲击波结构，对多孔材料的冲击波形成过程及孔隙坍塌行为间的联系进行理论分析。首先，考虑多孔材料的压缩曲线特性和冲击波追赶问题，提出了多孔材料的冲击波结构存在低压单波、双冲击波和高压单波等3种模式。进一步，结合Wu-Jing物态方程发展了与不同冲击波模式相容的冲击压缩特性计算方法，得到了与单冲击波模式相容的冲击比容计算方程，可以无需采取近似条件直接计算临界比容。此外，通过对弹性阶段与弹塑性阶段材料的孔隙度随压力的变化规律采取线性近似，并考虑了多孔材料中基体材料受力与宏观应力之间的关系，修正了Carroll建立的孔隙坍塌关系方程。基于本文中发展的考虑孔隙坍塌行为的冲击压缩特性计算模型，对材料的Hugoniot数据进行了计算，讨论了孔隙坍塌行为对多孔材料冲击压缩特性的影响。结果表明在较低压力时材料的冲击物态特性受孔隙坍塌行为影响明显，模型能够更加精确地预测多孔材料的冲击波参量。
多孔材料在冲击压缩过程中伴随着孔隙坍塌行为，本文中基于已有试验中所观测到的冲击波结构，对多孔材料的冲击波形成过程及孔隙坍塌行为间的联系进行理论分析。首先，考虑多孔材料的压缩曲线特性和冲击波追赶问题，提出了多孔材料的冲击波结构存在低压单波、双冲击波和高压单波等3种模式。进一步，结合Wu-Jing物态方程发展了与不同冲击波模式相容的冲击压缩特性计算方法，得到了与单冲击波模式相容的冲击比容计算方程，可以无需采取近似条件直接计算临界比容。此外，通过对弹性阶段与弹塑性阶段材料的孔隙度随压力的变化规律采取线性近似，并考虑了多孔材料中基体材料受力与宏观应力之间的关系，修正了Carroll建立的孔隙坍塌关系方程。基于本文中发展的考虑孔隙坍塌行为的冲击压缩特性计算模型，对材料的Hugoniot数据进行了计算，讨论了孔隙坍塌行为对多孔材料冲击压缩特性的影响。结果表明在较低压力时材料的冲击物态特性受孔隙坍塌行为影响明显，模型能够更加精确地预测多孔材料的冲击波参量。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0514
摘要:
为了评估爆炸冲击作用下人员颅脑损伤情况，亟待建立一套科学、合理的综合评价方法。利用具有中国人体尺寸特征的高仿真物理假人模型及传感系统开展3种不同冲击波强度的激波管实验，系统获得了高仿真物理假人模型头部表面超压、头部质心加速度和角速度以及颈部力和扭矩随时间的变化过程。依据爆炸冲击人体颅脑短时和长时致伤效应，基于3 ms准则、头部损伤准则（head injury criterion, HIC）、颅脑损伤标准（brain injury criteria, BrIC）和颈部损伤指标进行损伤判定并对人体损伤程度进行了综合研判。结果显示，在3种不同强冲击环境下，冲击波超压作用时间小于5 ms，加速度和颈部力持续5~6 ms，角速度和颈部扭矩持续50~244 ms；高仿真物理假人模型头部质心合成加速度峰值分别为(54.60±3.69)g、(102.00±1.72)g和(161.50±6.36)g，计算得到的HIC15显示未达到头部损伤阈值；根据头部表面压力载荷和BrIC综合判定，颅脑损伤概率显著增加，应采取有效防护措施降低损伤风险。
为了评估爆炸冲击作用下人员颅脑损伤情况，亟待建立一套科学、合理的综合评价方法。利用具有中国人体尺寸特征的高仿真物理假人模型及传感系统开展3种不同冲击波强度的激波管实验，系统获得了高仿真物理假人模型头部表面超压、头部质心加速度和角速度以及颈部力和扭矩随时间的变化过程。依据爆炸冲击人体颅脑短时和长时致伤效应，基于3 ms准则、头部损伤准则（head injury criterion, HIC）、颅脑损伤标准（brain injury criteria, BrIC）和颈部损伤指标进行损伤判定并对人体损伤程度进行了综合研判。结果显示，在3种不同强冲击环境下，冲击波超压作用时间小于5 ms，加速度和颈部力持续5~6 ms，角速度和颈部扭矩持续50~244 ms；高仿真物理假人模型头部质心合成加速度峰值分别为(54.60±3.69)g、(102.00±1.72)g和(161.50±6.36)g，计算得到的HIC15显示未达到头部损伤阈值；根据头部表面压力载荷和BrIC综合判定，颅脑损伤概率显著增加，应采取有效防护措施降低损伤风险。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0493
摘要:
泄爆是防控可燃气体爆炸危害的有效途径之一，但泄放过程中有可能发生外部泄放气云的二次爆炸，如何实现可燃气体爆炸的有效泄爆，降低爆炸带来的危害，成为当前研究的一个重点方向。为此，从可燃气体爆炸特性、可燃气体泄爆特性以及泄爆外流场二次爆炸等三方面对目前国内外可燃气体泄爆特性研究现状进行了总结分析，发现多元混合可燃气体的爆炸危险性难以准确预测评估、内外流场耦合泄爆机理研究尚不深入、泄爆效果表征方法以及二次爆炸临界条件不明等问题。基于上述问题，从探索可燃气体爆炸风险与致灾机理、深化可燃气体泄爆超压及火焰演化特性研究、揭示泄爆外流场二次爆炸形成机制等方面进行了展望，这为今后研究可燃气体泄爆问题提供了重要参考。
泄爆是防控可燃气体爆炸危害的有效途径之一，但泄放过程中有可能发生外部泄放气云的二次爆炸，如何实现可燃气体爆炸的有效泄爆，降低爆炸带来的危害，成为当前研究的一个重点方向。为此，从可燃气体爆炸特性、可燃气体泄爆特性以及泄爆外流场二次爆炸等三方面对目前国内外可燃气体泄爆特性研究现状进行了总结分析，发现多元混合可燃气体的爆炸危险性难以准确预测评估、内外流场耦合泄爆机理研究尚不深入、泄爆效果表征方法以及二次爆炸临界条件不明等问题。基于上述问题，从探索可燃气体爆炸风险与致灾机理、深化可燃气体泄爆超压及火焰演化特性研究、揭示泄爆外流场二次爆炸形成机制等方面进行了展望，这为今后研究可燃气体泄爆问题提供了重要参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0106
摘要:
为了揭示高熵合金（high-entropy alloy, HEA）在冲击载荷下的相结构演变、位错分布、能量吸收及冲击累积效应的变化规律，通过分子动力学模拟，系统探讨了Al0.3CoCrFeNi 高熵合金板在受单次及二次冲击载荷下的动态响应行为。结果显示，首次冲击下，Al0.3CoCrFeNi高熵合金板的塑性区域相结构演变和能量吸收方式具有显著的冲击速度依赖性。随着冲击速度的提高，面心立方相结构的比例呈现三阶段下降趋势，而无序化结构则相应增加。在低速（0.5~1.0 km/s）冲击下，能量主要通过位错网络进行吸收；在中速（1.0~2.0 km/s）冲击下，位错与无序化原子共同吸收能量；在高速（2.0~3.0 km/s）冲击下，无序化原子主导吸收能量。位错线长度在刚性球0.5~0.8 km/s的冲击速度范围内，随冲击速度呈线性增加，而在更高的速度冲击下，因HEA板厚度限制，位错线长度呈下降趋势。应力分析表明，冲击速度提高时，最大应力与塑性区域边界应力随着冲击速度的提高表现出非线性变化的二次关系。二次冲击下，几何特征方面，Al0.3CoCrFeNi 高熵合金板在冲击后形成类梯形的破坏区域，其上坑半径随冲击速度的变化呈现二次变化关系，二次冲击的最小影响区域也与冲击速度呈现二次关系；抗冲击性能方面，随着刚性球首次冲击速度的提高，其二次冲击后的剩余速度也随之上升，HEA板材料抵抗冲击性能降低。在距冲击中心10 nm处，HEA板的弹道极限随着首次冲击速度增加而非线性减小，然而，二次冲击速度的提高会使首次冲击的影响减弱。
为了揭示高熵合金（high-entropy alloy, HEA）在冲击载荷下的相结构演变、位错分布、能量吸收及冲击累积效应的变化规律，通过分子动力学模拟，系统探讨了Al0.3CoCrFeNi 高熵合金板在受单次及二次冲击载荷下的动态响应行为。结果显示，首次冲击下，Al0.3CoCrFeNi高熵合金板的塑性区域相结构演变和能量吸收方式具有显著的冲击速度依赖性。随着冲击速度的提高，面心立方相结构的比例呈现三阶段下降趋势，而无序化结构则相应增加。在低速（0.5~1.0 km/s）冲击下，能量主要通过位错网络进行吸收；在中速（1.0~2.0 km/s）冲击下，位错与无序化原子共同吸收能量；在高速（2.0~3.0 km/s）冲击下，无序化原子主导吸收能量。位错线长度在刚性球0.5~0.8 km/s的冲击速度范围内，随冲击速度呈线性增加，而在更高的速度冲击下，因HEA板厚度限制，位错线长度呈下降趋势。应力分析表明，冲击速度提高时，最大应力与塑性区域边界应力随着冲击速度的提高表现出非线性变化的二次关系。二次冲击下，几何特征方面，Al0.3CoCrFeNi 高熵合金板在冲击后形成类梯形的破坏区域，其上坑半径随冲击速度的变化呈现二次变化关系，二次冲击的最小影响区域也与冲击速度呈现二次关系；抗冲击性能方面，随着刚性球首次冲击速度的提高，其二次冲击后的剩余速度也随之上升，HEA板材料抵抗冲击性能降低。在距冲击中心10 nm处，HEA板的弹道极限随着首次冲击速度增加而非线性减小，然而，二次冲击速度的提高会使首次冲击的影响减弱。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0463
摘要:
针对层状岩体隧道采用钻爆法施工过程中，爆炸能量分布不平衡易引起严重的超欠挖，以节理倾角和孔间延时及孔间距为主要影响参数，采用分层浇筑的方法制备了不同节理角度的模拟岩体试样，开展了层状岩体爆破试验，基于ABAQUS模拟软件，分析了层状岩体在不同节理倾角下爆破裂纹扩展及应力波传播特性。结果表明：节理倾角对应力波传播具有显著的导向作用，通过影响应力分布导致不同位置峰值应变及损伤程度的差异，进而促使裂纹在节理面处或炮孔周围扩展。孔间延时对裂纹扩展路径具有关键调控作用，随着延时增大，先爆孔与后爆孔的应力波叠加区域由节理中心逐渐向后爆孔周围转移，导致节理中心峰值应变与损伤值先增后减，岩体破坏区域相应向后爆孔偏移；但延时过长会削弱双孔应力波的协同效应。孔间距增大将减弱节理中心的应力叠加，使能量集中于炮孔周边，裂纹扩展模式从节理贯通转向孔周放射状分布；而过大的孔间距则因能量衰减与应力叠加不足，易导致孔间裂纹贯通失效，显著降低岩体破碎效率。
针对层状岩体隧道采用钻爆法施工过程中，爆炸能量分布不平衡易引起严重的超欠挖，以节理倾角和孔间延时及孔间距为主要影响参数，采用分层浇筑的方法制备了不同节理角度的模拟岩体试样，开展了层状岩体爆破试验，基于ABAQUS模拟软件，分析了层状岩体在不同节理倾角下爆破裂纹扩展及应力波传播特性。结果表明：节理倾角对应力波传播具有显著的导向作用，通过影响应力分布导致不同位置峰值应变及损伤程度的差异，进而促使裂纹在节理面处或炮孔周围扩展。孔间延时对裂纹扩展路径具有关键调控作用，随着延时增大，先爆孔与后爆孔的应力波叠加区域由节理中心逐渐向后爆孔周围转移，导致节理中心峰值应变与损伤值先增后减，岩体破坏区域相应向后爆孔偏移；但延时过长会削弱双孔应力波的协同效应。孔间距增大将减弱节理中心的应力叠加，使能量集中于炮孔周边，裂纹扩展模式从节理贯通转向孔周放射状分布；而过大的孔间距则因能量衰减与应力叠加不足，易导致孔间裂纹贯通失效，显著降低岩体破碎效率。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0282
摘要:
天然气掺氢技术已被逐渐运用于管道运输，但掺氢天然气易发生泄漏爆炸事故。文中采用20 L球形装置研究了掺氢比和添加CO2对掺氢天然气爆炸压力和火焰传播特性的影响。结果表明：掺氢比对掺氢天然气爆炸压力和火焰传播速度有促进作用。随着掺氢比增加，最大爆炸压力逐渐上升，快速燃爆时间和持续燃烧时间减小，最大爆炸压力上升速率和火焰传播速度在掺氢比小于0.5时逐渐上升，当掺氢比大于0.5时，最大爆炸压力上升速率和火焰传播速度快速上升。加入CO2对混合气体爆炸压力和火焰传播速度有抑制作用，但对高掺氢比的压力参数抑制效果较差。通过反应动力学分析可知，随着掺氢比增大，火焰层流燃烧速度和绝热火焰温度逐渐上升，活性自由基摩尔分数和产物生成速率明显上升，并且掺混氢气改变了甲烷的反应路径，当掺氢比大于0.5，反应R84、R46和R3进入了前十步反应中，产生了H和OH自由基，促进了反应。而CO2能降低混合气体的层流燃烧速率、绝热火焰温度、活性自由基摩尔分数以及产物生成速率，但添加CO2不改变甲烷的反应路径。
天然气掺氢技术已被逐渐运用于管道运输，但掺氢天然气易发生泄漏爆炸事故。文中采用20 L球形装置研究了掺氢比和添加CO2对掺氢天然气爆炸压力和火焰传播特性的影响。结果表明：掺氢比对掺氢天然气爆炸压力和火焰传播速度有促进作用。随着掺氢比增加，最大爆炸压力逐渐上升，快速燃爆时间和持续燃烧时间减小，最大爆炸压力上升速率和火焰传播速度在掺氢比小于0.5时逐渐上升，当掺氢比大于0.5时，最大爆炸压力上升速率和火焰传播速度快速上升。加入CO2对混合气体爆炸压力和火焰传播速度有抑制作用，但对高掺氢比的压力参数抑制效果较差。通过反应动力学分析可知，随着掺氢比增大，火焰层流燃烧速度和绝热火焰温度逐渐上升，活性自由基摩尔分数和产物生成速率明显上升，并且掺混氢气改变了甲烷的反应路径，当掺氢比大于0.5，反应R84、R46和R3进入了前十步反应中，产生了H和OH自由基，促进了反应。而CO2能降低混合气体的层流燃烧速率、绝热火焰温度、活性自由基摩尔分数以及产物生成速率，但添加CO2不改变甲烷的反应路径。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0283
摘要:
双钢板-混凝土组合墙（Steel-concrete-steel composite wall，SCS墙）已在超高层建筑、核电站等重要工程中得到应用，鉴于火灾与爆炸通常同时发生，而高温会显著降低钢材和混凝土的力学性能，从而导致结构构件的抗爆性能严重退化。为此，采用ABAQUS有限元软件，建立了120个火灾-爆炸耦合作用下SCS墙分析模型。首先，基于已有的火灾下耐火极限试验和常温下爆炸试验对有限元模型进行验证；其次，分析了火灾-爆炸耦合作用下SCS墙工作机理，重点研究了受火时间、爆炸当量、含钢率、材料强度、钢筋连接间距与轴压比对抗爆性能的影响规律；最后，基于等效单自由度模型提出了火灾-爆炸耦合作用下SCS墙跨中最大挠度的预测公式。结果表明：SCS墙在火灾与爆炸耦合作用下主要表现为整体受弯破坏；随着受火时间的增加，受火面钢板耗能占比降低，背火面钢板的塑性变形逐渐成为墙体的主要耗能机制；受火时间、爆炸当量与钢材强度对火灾下SCS墙的抗爆性能影响明显，而混凝土强度影响较小；基于等效单自由度模型提出的计算公式可较好预测火灾与爆炸耦合作用下SCS墙的跨中最大挠度。
双钢板-混凝土组合墙（Steel-concrete-steel composite wall，SCS墙）已在超高层建筑、核电站等重要工程中得到应用，鉴于火灾与爆炸通常同时发生，而高温会显著降低钢材和混凝土的力学性能，从而导致结构构件的抗爆性能严重退化。为此，采用ABAQUS有限元软件，建立了120个火灾-爆炸耦合作用下SCS墙分析模型。首先，基于已有的火灾下耐火极限试验和常温下爆炸试验对有限元模型进行验证；其次，分析了火灾-爆炸耦合作用下SCS墙工作机理，重点研究了受火时间、爆炸当量、含钢率、材料强度、钢筋连接间距与轴压比对抗爆性能的影响规律；最后，基于等效单自由度模型提出了火灾-爆炸耦合作用下SCS墙跨中最大挠度的预测公式。结果表明：SCS墙在火灾与爆炸耦合作用下主要表现为整体受弯破坏；随着受火时间的增加，受火面钢板耗能占比降低，背火面钢板的塑性变形逐渐成为墙体的主要耗能机制；受火时间、爆炸当量与钢材强度对火灾下SCS墙的抗爆性能影响明显，而混凝土强度影响较小；基于等效单自由度模型提出的计算公式可较好预测火灾与爆炸耦合作用下SCS墙的跨中最大挠度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0393
摘要:
创伤性脑损伤（traumatic brain injury, TBI）是发病率、患病率最高的神经系统疾病，为全社会带来了巨大的公共卫生负担。深入研究TBI的生物力学原理有助于提升头部防护效果，发展快速评估技术并采取及时干预，从而降低伤情恶化的风险。人类头部有限元模型（finite element head model, FEHM）作为一种数值分析工具，能够模拟头部在受到冲击时的动态响应，包括脑组织的应力应变时空分布、颅内压的变化等，为理解创伤性脑损伤的力学机制提供了重要依据。本文详细总结了国内外主流的人类头部有限元模型的现状与发展，追溯了模型的发展历程，总结了模型的特点并介绍了基于有限元模型的TBI机制研究进展。对相关研究的总结和梳理将有助于开发新型FEHM，并为创伤性脑损伤的风险评估及防护装备的设计提供理论指导和技术支撑。
创伤性脑损伤（traumatic brain injury, TBI）是发病率、患病率最高的神经系统疾病，为全社会带来了巨大的公共卫生负担。深入研究TBI的生物力学原理有助于提升头部防护效果，发展快速评估技术并采取及时干预，从而降低伤情恶化的风险。人类头部有限元模型（finite element head model, FEHM）作为一种数值分析工具，能够模拟头部在受到冲击时的动态响应，包括脑组织的应力应变时空分布、颅内压的变化等，为理解创伤性脑损伤的力学机制提供了重要依据。本文详细总结了国内外主流的人类头部有限元模型的现状与发展，追溯了模型的发展历程，总结了模型的特点并介绍了基于有限元模型的TBI机制研究进展。对相关研究的总结和梳理将有助于开发新型FEHM，并为创伤性脑损伤的风险评估及防护装备的设计提供理论指导和技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0434
摘要:
抑爆剂在防止粉尘爆炸事故中起着至关重要的作用。通过原位合成方法制备了一种新型的NiP@Fe-SBA-15抑爆剂，采用哈特曼管道爆炸测试系统，对爆燃火焰的传播行为进行实验研究，测定NiP@Fe-SBA-15抑爆剂对聚丙烯（PP）爆炸火焰的抑制作用，以及添加不同比例的NiP@Fe-SBA-15抑爆剂对PP爆炸火焰的抑制效果。实验结果表明：NiP@Fe-SBA-15抑爆剂能够显著降低PP粉尘爆燃火焰的温度和燃烧速度，当添加质量分数为70%的NiP@Fe-SBA-15时，基本实现了对PP爆燃火焰的高效抑制。此外，结合爆炸产物的实验分析结果，提出了NiP@Fe-SBA-15对PP粉尘爆燃的物理和化学抑制机制。
抑爆剂在防止粉尘爆炸事故中起着至关重要的作用。通过原位合成方法制备了一种新型的NiP@Fe-SBA-15抑爆剂，采用哈特曼管道爆炸测试系统，对爆燃火焰的传播行为进行实验研究，测定NiP@Fe-SBA-15抑爆剂对聚丙烯（PP）爆炸火焰的抑制作用，以及添加不同比例的NiP@Fe-SBA-15抑爆剂对PP爆炸火焰的抑制效果。实验结果表明：NiP@Fe-SBA-15抑爆剂能够显著降低PP粉尘爆燃火焰的温度和燃烧速度，当添加质量分数为70%的NiP@Fe-SBA-15时，基本实现了对PP爆燃火焰的高效抑制。此外，结合爆炸产物的实验分析结果，提出了NiP@Fe-SBA-15对PP粉尘爆燃的物理和化学抑制机制。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0431
摘要:
为研究轻型木框架墙的抗爆性能，讨论了爆炸荷载作用下轻型木框架墙的数值建模方法，重点探讨了木立柱-面板钉连接动力放大系数以及木立柱破坏准则；基于部分组合理论，通过引入木立柱和轻型木框架墙的动力放大系数实测结果，给出了钉连接动力放大系数的合理取值；构建了考虑木基结构板正交各向异性、钉连接动力非线性力学行为以及木立柱动力弹塑性特征的轻型木框架墙抗爆分析有限元模型。结果表明，提出的模型能够准确预测爆炸荷载作用下轻型木框架墙的动力响应以及木立柱发生断裂的时间和对应的峰值位移。考虑了不同木立柱的材性差异后，模型预测的木立柱断裂后木框架墙动力响应与破坏模式与试验结果一致。本研究提出的模型可为今后轻型木框架结构的抗爆易损性评估提供模型基础。
为研究轻型木框架墙的抗爆性能，讨论了爆炸荷载作用下轻型木框架墙的数值建模方法，重点探讨了木立柱-面板钉连接动力放大系数以及木立柱破坏准则；基于部分组合理论，通过引入木立柱和轻型木框架墙的动力放大系数实测结果，给出了钉连接动力放大系数的合理取值；构建了考虑木基结构板正交各向异性、钉连接动力非线性力学行为以及木立柱动力弹塑性特征的轻型木框架墙抗爆分析有限元模型。结果表明，提出的模型能够准确预测爆炸荷载作用下轻型木框架墙的动力响应以及木立柱发生断裂的时间和对应的峰值位移。考虑了不同木立柱的材性差异后，模型预测的木立柱断裂后木框架墙动力响应与破坏模式与试验结果一致。本研究提出的模型可为今后轻型木框架结构的抗爆易损性评估提供模型基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0361
摘要:
为研究爆破作用下钙结砾岩破坏规律，基于损伤断裂力学理论揭示了钙结砾岩爆破损伤断裂过程与机理，采用LS-DYNA和Fortran编程建立了包括填隙物、砾石和界面过渡区（interfacial transition zone，ITZ）的细观数值模型，分析了钙结砾岩爆炸应力波传播规律及损伤特征。钙结砾岩爆破损伤断裂过程可分为4个阶段，即砾石和填隙物均发生压缩破坏；砾石发生拉伸破坏，填隙物发生压缩破坏；砾石和填隙物均发生拉伸破坏；砾石和填隙物交接面发生拉伸破坏。数值结果表明：砾石在爆破荷载作用下表征出更高的等效应力，填隙物等效应力最小，ITZ处出现明显的应力集中现象，随着距离的增大，砾石和填隙物承受的应力差距减小。砾石的损伤较小，存在损伤“绕石”现象，填隙物的损伤较大。钙结砾岩爆破裂纹的扩展形式主要以沿着应力波的传播方向优先选择物理力学性能较低的填隙物以及交接面进行发育，对于砾石的破坏较弱。爆破块度主要表现为填隙物包裹砾石，爆破块度分布受交接面的粘结力、砾石分布的影响。
为研究爆破作用下钙结砾岩破坏规律，基于损伤断裂力学理论揭示了钙结砾岩爆破损伤断裂过程与机理，采用LS-DYNA和Fortran编程建立了包括填隙物、砾石和界面过渡区（interfacial transition zone，ITZ）的细观数值模型，分析了钙结砾岩爆炸应力波传播规律及损伤特征。钙结砾岩爆破损伤断裂过程可分为4个阶段，即砾石和填隙物均发生压缩破坏；砾石发生拉伸破坏，填隙物发生压缩破坏；砾石和填隙物均发生拉伸破坏；砾石和填隙物交接面发生拉伸破坏。数值结果表明：砾石在爆破荷载作用下表征出更高的等效应力，填隙物等效应力最小，ITZ处出现明显的应力集中现象，随着距离的增大，砾石和填隙物承受的应力差距减小。砾石的损伤较小，存在损伤“绕石”现象，填隙物的损伤较大。钙结砾岩爆破裂纹的扩展形式主要以沿着应力波的传播方向优先选择物理力学性能较低的填隙物以及交接面进行发育，对于砾石的破坏较弱。爆破块度主要表现为填隙物包裹砾石，爆破块度分布受交接面的粘结力、砾石分布的影响。
, 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。
