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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0272
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摘要:
为研究冲击作用下混凝土的动态力学性质和裂纹处的动态温度，采用系统响应速率达到微秒级的自搭建高速红外测温系统，结合霍普金森压杆试验装置，通过静态标定试验拟合了钢-聚丙烯纤维混凝土(steel-polypropylene fiber reinforced concrete，SPFRC)的温度曲线。结果表明：混凝土试件的温度演化与力学性能存在明显的耦合效应，钢纤维体积掺量对动力学性能和温度影响很大，混凝土抗压强度随着钢纤维掺量的增加而增大；其中1.5%钢纤维体积掺量的试件表现出最佳的力学性能，当钢纤维体积掺量达到2%时，由于混凝土内部空隙增多，导致其力学性能略有下降。在冲击过程中，裂纹处的动态温度效应呈现“台阶状”特征，温度变化分为两个阶段：在裂纹初期温度上升缓慢，而裂纹扩展后摩擦和剪切效应加剧，导致裂纹处温度急剧上升。不同钢纤维体积掺量对温度变化的影响有限，其峰值温度和峰值应力呈现相似规律，温度的主要变化由裂纹扩展和摩擦效应决定。
为研究冲击作用下混凝土的动态力学性质和裂纹处的动态温度，采用系统响应速率达到微秒级的自搭建高速红外测温系统，结合霍普金森压杆试验装置，通过静态标定试验拟合了钢-聚丙烯纤维混凝土(steel-polypropylene fiber reinforced concrete，SPFRC)的温度曲线。结果表明：混凝土试件的温度演化与力学性能存在明显的耦合效应，钢纤维体积掺量对动力学性能和温度影响很大，混凝土抗压强度随着钢纤维掺量的增加而增大；其中1.5%钢纤维体积掺量的试件表现出最佳的力学性能，当钢纤维体积掺量达到2%时，由于混凝土内部空隙增多，导致其力学性能略有下降。在冲击过程中，裂纹处的动态温度效应呈现“台阶状”特征，温度变化分为两个阶段：在裂纹初期温度上升缓慢，而裂纹扩展后摩擦和剪切效应加剧，导致裂纹处温度急剧上升。不同钢纤维体积掺量对温度变化的影响有限，其峰值温度和峰值应力呈现相似规律，温度的主要变化由裂纹扩展和摩擦效应决定。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0159
摘要:
为探究多次落石冲击下棚洞结构的动力响应特征，建立并验证了基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件的落石冲击棚洞FEM-SPH耦合数值模型，并结合LS-DYNA完全重启动技术，研究了落石冲击速度、质量、冲击角度、形状等4个因素对多次落石冲击棚洞结构动力响应的影响。结果表明：冲击力、缓冲层顶部冲击位移、棚顶位移、棚洞塑性应变均与落石质量、速度、冲击方向与棚洞平面的夹角呈正相关；长方体落石冲击产生的冲击力、棚顶位移和塑性应变均大于球体落石，球体落石产生的冲击位移大于长方体；对于长方体落石，冲击位移、棚顶位移、塑性应变与接触面积呈负相关；随着落石冲击次数的增加，峰值冲击力通常会先增大而后趋于稳定。
为探究多次落石冲击下棚洞结构的动力响应特征，建立并验证了基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件的落石冲击棚洞FEM-SPH耦合数值模型，并结合LS-DYNA完全重启动技术，研究了落石冲击速度、质量、冲击角度、形状等4个因素对多次落石冲击棚洞结构动力响应的影响。结果表明：冲击力、缓冲层顶部冲击位移、棚顶位移、棚洞塑性应变均与落石质量、速度、冲击方向与棚洞平面的夹角呈正相关；长方体落石冲击产生的冲击力、棚顶位移和塑性应变均大于球体落石，球体落石产生的冲击位移大于长方体；对于长方体落石，冲击位移、棚顶位移、塑性应变与接触面积呈负相关；随着落石冲击次数的增加，峰值冲击力通常会先增大而后趋于稳定。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0093
摘要:
为探究常用增材制造用铝及铝硅合金粉尘的爆炸特性，采用20 L球形爆炸装置，对Al、Al-12Si和Al-20Si等3种样品进行密闭空间内的爆炸实验，测试其在不同影响因素下爆炸参数的变化，采用热重分析-差示扫描量热法分析样品的热氧化特性。结果表明：随着合金中硅含量的增加，爆炸下限升高，最大爆炸压力及爆炸峰值温度下降，氧化过程的放热量减少，氧化速率减慢；Al、Al-12Si和Al-20Si达到最大爆炸压力的质量浓度分别为300、750和900 g/m3；当点火能量增加时，铝硅合金的最大爆炸压力上升速率的增幅低于铝粉；环境温度变化对样品爆炸下限的影响小于粒径变化带来的影响。根据爆炸产物的X射线衍射测试分析铝硅合金的爆炸机理，发现爆炸是由颗粒受热汽化形成的气态铝和气态硅组成的可燃气体与氧气混合燃烧所致。
为探究常用增材制造用铝及铝硅合金粉尘的爆炸特性，采用20 L球形爆炸装置，对Al、Al-12Si和Al-20Si等3种样品进行密闭空间内的爆炸实验，测试其在不同影响因素下爆炸参数的变化，采用热重分析-差示扫描量热法分析样品的热氧化特性。结果表明：随着合金中硅含量的增加，爆炸下限升高，最大爆炸压力及爆炸峰值温度下降，氧化过程的放热量减少，氧化速率减慢；Al、Al-12Si和Al-20Si达到最大爆炸压力的质量浓度分别为300、750和900 g/m3；当点火能量增加时，铝硅合金的最大爆炸压力上升速率的增幅低于铝粉；环境温度变化对样品爆炸下限的影响小于粒径变化带来的影响。根据爆炸产物的X射线衍射测试分析铝硅合金的爆炸机理，发现爆炸是由颗粒受热汽化形成的气态铝和气态硅组成的可燃气体与氧气混合燃烧所致。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0343
摘要:
人工智能方法是预测爆炸荷载的新手段，但现有方法主要用于预测爆炸冲击波的超压峰值或冲量，而预测反射超压时程的研究不多。针对这一问题，以平面冲击波绕射桥梁主梁为对象，提出了一种基于主成分分析（principal components analysis, PCA）和误差反向传播神经网络（backpropagation neural network, BPNN）的桥梁爆炸冲击波反射超压时程预测模型。该预测模型利用PCA降维处理时程数据，基于多任务学习的BPNN算法，提出了考虑超压峰值和冲量峰值影响的损失函数，使模型能有效预测不同入射超压下的桥梁冲击波荷载时程。通过分析多任务学习模型、多输入单输出模型和多输入多输出模型等3种BPNN模型，发现多任务学习模型的预测精度最高，而多输入多输出模型难以有效适应当前预测任务需求。采用多任务学习模型预测得到的桥梁表面各测点位置的反射超压时程、超压峰值精度较高，决定系数R2分别为0.792和0.987，作用在箱梁上的合力时程和扭矩时程预测值也与数值模拟值较为吻合。同时，该模型在对内插值预测的表现优于外推值预测，但其在预测外推值方面同样展现出了一定的能力。
人工智能方法是预测爆炸荷载的新手段，但现有方法主要用于预测爆炸冲击波的超压峰值或冲量，而预测反射超压时程的研究不多。针对这一问题，以平面冲击波绕射桥梁主梁为对象，提出了一种基于主成分分析（principal components analysis, PCA）和误差反向传播神经网络（backpropagation neural network, BPNN）的桥梁爆炸冲击波反射超压时程预测模型。该预测模型利用PCA降维处理时程数据，基于多任务学习的BPNN算法，提出了考虑超压峰值和冲量峰值影响的损失函数，使模型能有效预测不同入射超压下的桥梁冲击波荷载时程。通过分析多任务学习模型、多输入单输出模型和多输入多输出模型等3种BPNN模型，发现多任务学习模型的预测精度最高，而多输入多输出模型难以有效适应当前预测任务需求。采用多任务学习模型预测得到的桥梁表面各测点位置的反射超压时程、超压峰值精度较高，决定系数R2分别为0.792和0.987，作用在箱梁上的合力时程和扭矩时程预测值也与数值模拟值较为吻合。同时，该模型在对内插值预测的表现优于外推值预测，但其在预测外推值方面同样展现出了一定的能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0089
摘要:
为给深部应力作用下爆破破岩工程提供新型破岩方法，开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破实验，通过CT扫描和三维重构，对比分析了岩石内部三维裂纹的形态结构和分布状况，研究了等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下的破岩效果，并通过LS-DYNA进行了数值模拟，建立了等离子体等效炸药模型，补充验证了耦合应力场中等离子体爆破的作用规律，探究了不同围压作用下等离子体爆破破岩机理以及在爆破过程中岩体内部的裂纹扩展、分布及损伤演化规律。结果表明：相同电压作用下，随着三向围压的升高，岩石表面裂纹的数量和分布范围都呈逐渐减小的趋势，砂岩内部裂纹的复杂程度和贯通程度显著降低。由于在等离子体爆破产生的动态应力场和围压作用产生的静态应力耦合场中，等离子体爆破产生的冲击波在爆炸初始阶段发挥主要作用，不同围压作用下岩石的裂纹形态和中心膨胀区域未出现明显差异，随着冲击波的衰减，三向围压在等离子体爆破过程的中后期发挥决定作用，抑制岩体的裂纹扩展和损伤演化。同时，围压越高，其对岩体内部裂纹扩展的抑制效果越显著，导致岩石内部三维裂纹的体分形维数和损伤度与围压均近似呈线性减小关系。
为给深部应力作用下爆破破岩工程提供新型破岩方法，开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破实验，通过CT扫描和三维重构，对比分析了岩石内部三维裂纹的形态结构和分布状况，研究了等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下的破岩效果，并通过LS-DYNA进行了数值模拟，建立了等离子体等效炸药模型，补充验证了耦合应力场中等离子体爆破的作用规律，探究了不同围压作用下等离子体爆破破岩机理以及在爆破过程中岩体内部的裂纹扩展、分布及损伤演化规律。结果表明：相同电压作用下，随着三向围压的升高，岩石表面裂纹的数量和分布范围都呈逐渐减小的趋势，砂岩内部裂纹的复杂程度和贯通程度显著降低。由于在等离子体爆破产生的动态应力场和围压作用产生的静态应力耦合场中，等离子体爆破产生的冲击波在爆炸初始阶段发挥主要作用，不同围压作用下岩石的裂纹形态和中心膨胀区域未出现明显差异，随着冲击波的衰减，三向围压在等离子体爆破过程的中后期发挥决定作用，抑制岩体的裂纹扩展和损伤演化。同时，围压越高，其对岩体内部裂纹扩展的抑制效果越显著，导致岩石内部三维裂纹的体分形维数和损伤度与围压均近似呈线性减小关系。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0395
摘要:
螺旋桨是舰船推进系统的核心部件，其运动稳定性和效率直接影响着舰船的性能。当前推进轴系抗冲击研究大多将螺旋桨等效成均质圆盘，忽略其结构特征，不能准确得到水下爆炸瞬态冲击下螺旋桨的瞬态毁伤特征。本文中针对螺旋桨的结构特征，基于湿模态分析法得到实体建模优于壳体建模，开展了远场冲击波作用下螺旋桨物面空化冲击动响应及毁伤特征分析，并结合螺旋桨高速旋转状态下产生的水动力空化现象，进一步分析螺旋桨瞬态毁伤特征规律。研究结果表明：在0°与90°攻角下，冲击波入射波作用于螺旋桨表面的物面载荷更高，但存在一个上限值，其与螺旋桨结构特征有关。在计及水动力空化状态下，桨叶的应力水平变化较为一致；桨叶主要塑性损伤区为叶根处，存在局部塑性和完全塑性两种模式。探讨了远场爆炸下螺旋桨毁伤与空化特征，研究结果可为推进轴系及螺旋桨抗冲击防护提供参考。
螺旋桨是舰船推进系统的核心部件，其运动稳定性和效率直接影响着舰船的性能。当前推进轴系抗冲击研究大多将螺旋桨等效成均质圆盘，忽略其结构特征，不能准确得到水下爆炸瞬态冲击下螺旋桨的瞬态毁伤特征。本文中针对螺旋桨的结构特征，基于湿模态分析法得到实体建模优于壳体建模，开展了远场冲击波作用下螺旋桨物面空化冲击动响应及毁伤特征分析，并结合螺旋桨高速旋转状态下产生的水动力空化现象，进一步分析螺旋桨瞬态毁伤特征规律。研究结果表明：在0°与90°攻角下，冲击波入射波作用于螺旋桨表面的物面载荷更高，但存在一个上限值，其与螺旋桨结构特征有关。在计及水动力空化状态下，桨叶的应力水平变化较为一致；桨叶主要塑性损伤区为叶根处，存在局部塑性和完全塑性两种模式。探讨了远场爆炸下螺旋桨毁伤与空化特征，研究结果可为推进轴系及螺旋桨抗冲击防护提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0218
摘要:
为了预测密闭环境活性材料与炸药环状复合后内爆准静态压力，基于已有的考虑后燃效应的碳氢氧氮炸药内爆准静态压力计算模型，提出了一种适用于活性材料与炸药环状复合内爆的准静态压力计算模型；然后开展了活性材料与炸药复合装药和含铝炸药的内爆试验，利用试验获得的数据对模型精度进行了验证；最后对比分析两种炸药内爆准静态压力试验结果，将计算模型推广至一般含铝炸药，并利用文献数据进行了验证。研究结果表明，所建立的考虑后燃的复合炸药准静态压力修正模型结果与试验数据、文献数据吻合较好，平均误差为9.1%，最大误差为15.8%；对一般含铝炸药的计算结果平均误差为12.1%，最大误差20.6%。
为了预测密闭环境活性材料与炸药环状复合后内爆准静态压力，基于已有的考虑后燃效应的碳氢氧氮炸药内爆准静态压力计算模型，提出了一种适用于活性材料与炸药环状复合内爆的准静态压力计算模型；然后开展了活性材料与炸药复合装药和含铝炸药的内爆试验，利用试验获得的数据对模型精度进行了验证；最后对比分析两种炸药内爆准静态压力试验结果，将计算模型推广至一般含铝炸药，并利用文献数据进行了验证。研究结果表明，所建立的考虑后燃的复合炸药准静态压力修正模型结果与试验数据、文献数据吻合较好，平均误差为9.1%，最大误差为15.8%；对一般含铝炸药的计算结果平均误差为12.1%，最大误差20.6%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0214
摘要:
为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系，借助分离式霍普金森压杆试验装置，分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律，结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系；同时，基于有限离散元方法（finite discrete element method，FDEM）模拟矿岩的裂纹扩展行为。结果表明：随着入射能的增加，透射能、耗散能、反射能三者的能量分布规律基本保持一致，即透射能、耗散能、反射能依次减小；根据耗散能的不同，碎石块度分布也呈现出明显的差异性。当耗散能由19.52 J增加至105.72 J时，矿岩的平均块度从27.98 mm降低至16.94 mm，分形维数提升了26.43%，表明耗散能越高，矿岩的宏观破碎程度越剧烈，破碎块度的数目越多，碎块粒径越小，均匀性越好；随着冲击荷载的增大，裂纹起裂时间缩短，拉伸裂纹数量占总裂纹数量的比重提高。FDEM数值计算方法的应用为深入解析岩石断裂破坏特性提供了新的思路。
为了研究冲击荷载作用下含铜矿岩的破碎块度与能量耗散关系，借助分离式霍普金森压杆试验装置，分析不同冲击荷载下含铜凝灰岩的力学特性及能量传递规律，结合分形理论构建耗散能与矿岩破碎块度之间的关系；同时，基于有限离散元方法（finite discrete element method，FDEM）模拟矿岩的裂纹扩展行为。结果表明：随着入射能的增加，透射能、耗散能、反射能三者的能量分布规律基本保持一致，即透射能、耗散能、反射能依次减小；根据耗散能的不同，碎石块度分布也呈现出明显的差异性。当耗散能由19.52 J增加至105.72 J时，矿岩的平均块度从27.98 mm降低至16.94 mm，分形维数提升了26.43%，表明耗散能越高，矿岩的宏观破碎程度越剧烈，破碎块度的数目越多，碎块粒径越小，均匀性越好；随着冲击荷载的增大，裂纹起裂时间缩短，拉伸裂纹数量占总裂纹数量的比重提高。FDEM数值计算方法的应用为深入解析岩石断裂破坏特性提供了新的思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0250
摘要:
为降低具有初始攻角的弹体在侵彻时产生的横向过载峰值。采用数值模拟方法，研究了一种带锯齿弹身的新型钻地弹以非零攻角姿态侵彻混凝土靶体时其特有的横向降载效应和机理。考虑初始攻角、质心系数等的影响，以常规光滑弹作为对比对象，分析了弹体运动规律、弹靶接触力、接触力矩、接触面积等。结果表明，在1°、2°和3°的小初始攻角范围内，锯齿弹可较光滑弹降低横向过载峰值约30.6%、5.2%、11.3%，但相应的接触力矩的峰值和脉宽、偏转角度等均有所增大。研究结果揭示了锯齿弹的横向降载机理：锯齿弹身减小了弹靶的接触面积，横向接触力主要集中在弹身锯齿区靠近头部的前两个锯齿环槽的右锯齿上，使得锯齿弹身与靶的横向接触力减小，而非锯齿区（主要是弹体头部）与靶的横向接触力增大，二者的竞争可增强锯齿弹整体的横向降载效果。通过结构设计等手段抑制锯齿弹的弹道偏转后，可有效提升锯齿弹的横向降载效率。
为降低具有初始攻角的弹体在侵彻时产生的横向过载峰值。采用数值模拟方法，研究了一种带锯齿弹身的新型钻地弹以非零攻角姿态侵彻混凝土靶体时其特有的横向降载效应和机理。考虑初始攻角、质心系数等的影响，以常规光滑弹作为对比对象，分析了弹体运动规律、弹靶接触力、接触力矩、接触面积等。结果表明，在1°、2°和3°的小初始攻角范围内，锯齿弹可较光滑弹降低横向过载峰值约30.6%、5.2%、11.3%，但相应的接触力矩的峰值和脉宽、偏转角度等均有所增大。研究结果揭示了锯齿弹的横向降载机理：锯齿弹身减小了弹靶的接触面积，横向接触力主要集中在弹身锯齿区靠近头部的前两个锯齿环槽的右锯齿上，使得锯齿弹身与靶的横向接触力减小，而非锯齿区（主要是弹体头部）与靶的横向接触力增大，二者的竞争可增强锯齿弹整体的横向降载效果。通过结构设计等手段抑制锯齿弹的弹道偏转后，可有效提升锯齿弹的横向降载效率。
, 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-2024-0165
摘要:
为阐明装药结构中纵向气隙对炸药爆轰输出性能的影响，基于激光照明结合超高速分幅成像技术研究了HMX基炸药爆轰正向驱动及滑移驱动下钢板的变形及损伤情况，并通过密排光纤测速技术测量了钢板的运动速度，实现了气隙影响下钢板附带损失的量化表征。结果表明，纵向气隙宽度为0.05、0.10和0.20 mm时，爆轰正向驱动下，钢板的运动模式发生了显著变化，中心点的运动趋势由阶跃式上升转变为斜波式上升，且爆轰波的超前时间大幅度增加，钢板有明显的变形和破坏击穿现象；爆轰滑移驱动下，钢板的运动模式和爆轰波的超前时间基本不变，钢板没有出现明显的变形和击穿现象。爆轰正向驱动下，前驱冲击波和两侧爆轰波构成的楔形波系是造成底部钢板破坏击穿的关键；爆轰滑移驱动下，前驱冲击波和爆轰波作用于侧面钢板的动量分量较小，不会造成明显的变形和损伤。
为阐明装药结构中纵向气隙对炸药爆轰输出性能的影响，基于激光照明结合超高速分幅成像技术研究了HMX基炸药爆轰正向驱动及滑移驱动下钢板的变形及损伤情况，并通过密排光纤测速技术测量了钢板的运动速度，实现了气隙影响下钢板附带损失的量化表征。结果表明，纵向气隙宽度为0.05、0.10和0.20 mm时，爆轰正向驱动下，钢板的运动模式发生了显著变化，中心点的运动趋势由阶跃式上升转变为斜波式上升，且爆轰波的超前时间大幅度增加，钢板有明显的变形和破坏击穿现象；爆轰滑移驱动下，钢板的运动模式和爆轰波的超前时间基本不变，钢板没有出现明显的变形和击穿现象。爆轰正向驱动下，前驱冲击波和两侧爆轰波构成的楔形波系是造成底部钢板破坏击穿的关键；爆轰滑移驱动下，前驱冲击波和爆轰波作用于侧面钢板的动量分量较小，不会造成明显的变形和损伤。
, 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，并对其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：接触爆炸载荷作用下的聚脲/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。
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，并对其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：接触爆炸载荷作用下的聚脲/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。
, 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，并结合高速数字图像相关技术（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，并结合高速数字图像相关技术（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-2024-0142
摘要:
为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性，利用Fluent模拟软件并结合某矿3906 工作面情况开展了数值模拟研究。首先，根据瓦斯爆炸机理搭建数学模型，并依据前人实验方案进行数值模拟，以此验证该数学模型的可靠性；其次，依序进行模拟关键参数的优化，并得到关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度的最合理设置分别为0.2 m、0.05 ms和1900 K，通过拟合得到工作面爆炸超压峰值及其到达时间与爆心距之间的函数关系。通过正交试验分析瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性。极差分析得到温度、瓦斯浓度和瓦斯积聚区压力3个主控因素的极差值依次减小，此次模拟中温度对于爆炸超压衰减的影响最显著，其中R值达到5.928；运用方差分析对影响瓦斯爆炸超压衰减率的主控因素进行显著性研究，温度的方差值最大，瓦斯积聚区压力的方差值次之，瓦斯浓度的方差值最小，其中温度的显著值F达到31.835，其余两项不显著。
为探究U形通风采煤工作面瓦斯爆炸的传播规律并探讨瓦斯爆炸超压衰减对不同影响因素的敏感性，利用Fluent模拟软件并结合某矿
, 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-2024-0073
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-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-2024-0192
摘要:
格构柱是工程结构中的主要承重构件，为评估格构柱在冲击载荷下的防护性能并优化其设计，对格构柱沿不同冲击方向进行了二次冲击试验，并与相同总能量下的单次冲击试验进行了对比，分析了格构柱在冲击荷载下的受力和变形特点。随后，基于试验验证的有限元模型对足尺格构柱进行连续二次冲击模拟，得到了总能量不变时遭受2次连续冲击的格构柱的动力响应，分析了不同能量分配对冲击力、残余位移和残余动能的影响。结果表明：总能量相同时，单次冲击作用下格构柱的位移大于二次冲击，数值模拟中，最优能量分配可使沿不同方向冲击的构件残余位移减小约12%；当格构柱第1次受到的冲击能占比越大，第2次受到的冲击能占比越小时，格构柱吸收的总能量越小。最终，基于试验与数值模拟结果，提出受损柱能承受第2次冲击的最大冲击速度的计算方法。
格构柱是工程结构中的主要承重构件，为评估格构柱在冲击载荷下的防护性能并优化其设计，对格构柱沿不同冲击方向进行了二次冲击试验，并与相同总能量下的单次冲击试验进行了对比，分析了格构柱在冲击荷载下的受力和变形特点。随后，基于试验验证的有限元模型对足尺格构柱进行连续二次冲击模拟，得到了总能量不变时遭受2次连续冲击的格构柱的动力响应，分析了不同能量分配对冲击力、残余位移和残余动能的影响。结果表明：总能量相同时，单次冲击作用下格构柱的位移大于二次冲击，数值模拟中，最优能量分配可使沿不同方向冲击的构件残余位移减小约12%；当格构柱第1次受到的冲击能占比越大，第2次受到的冲击能占比越小时，格构柱吸收的总能量越小。最终，基于试验与数值模拟结果，提出受损柱能承受第2次冲击的最大冲击速度的计算方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0232
摘要:
针对航行体高速入水时的缓冲降载问题，设计了适用的缓冲头罩及多种开孔形式的缓冲泡沫构型，基于任意拉格朗日-欧拉方法，建立了航行体高速入水缓冲降载数值计算模型。并通过数值模拟对不同开孔形式的缓冲泡沫降载性能进行了深入研究。结果表明，多孔缓冲泡沫在分散航行体入水冲击力及吸收冲击能量方面表现出显著优势，具有更好的缓冲效果。同时，缓冲头罩在入水时会发生局部渐进破碎，缓冲罩壳与航行体之间的连接器处的缓冲头罩外壁面的变形和破裂是由于撞水时产生的应力集中分布引起的。多孔泡沫接触水面时，前端部分会进入坍塌阶段，吸收大量能量并产生塑性变形，孔隙减少，此阶段为缓冲泡沫的主要能量吸收阶段。相比之下，不开孔泡沫的降载性能较差。因此，采用多孔泡沫是一种更优的航行体高速入水缓冲降载方案。
针对航行体高速入水时的缓冲降载问题，设计了适用的缓冲头罩及多种开孔形式的缓冲泡沫构型，基于任意拉格朗日-欧拉方法，建立了航行体高速入水缓冲降载数值计算模型。并通过数值模拟对不同开孔形式的缓冲泡沫降载性能进行了深入研究。结果表明，多孔缓冲泡沫在分散航行体入水冲击力及吸收冲击能量方面表现出显著优势，具有更好的缓冲效果。同时，缓冲头罩在入水时会发生局部渐进破碎，缓冲罩壳与航行体之间的连接器处的缓冲头罩外壁面的变形和破裂是由于撞水时产生的应力集中分布引起的。多孔泡沫接触水面时，前端部分会进入坍塌阶段，吸收大量能量并产生塑性变形，孔隙减少，此阶段为缓冲泡沫的主要能量吸收阶段。相比之下，不开孔泡沫的降载性能较差。因此，采用多孔泡沫是一种更优的航行体高速入水缓冲降载方案。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0132
摘要:
薄片炸药加载技术是实验室考核X射线辐照下空间结构动态响应的重要手段。为实现新型空间飞行器结构考核所需的超低比冲量化爆加载载荷，研制了以PETN为主炸药、高聚物橡胶为黏结剂的超薄片炸药。薄片炸药中PETN的质量分数为90%～92%，厚度范围为0.15～0.50 mm，密度范围为1.63～1.68 g/cm3，爆速范围为7.44～7.71 km/s。基于炸痕法的爆轰性能实验结果表明：厚度为0.15～0.50 mm的薄片炸药可由装药线密度为0.2 g/m的柔爆索可靠引爆，厚度为0.20～0.50 mm的炸药条均能可靠传爆。利用冲击摆测量装置对不同直径、不同厚度薄片炸药的比冲量特性进行了测试，结合理论分析，给出薄片炸药的比冲量与厚度成正比，比例系数为3 418.56 Pa·s/mm，成功实现了厚度为0.20 mm、比冲量约为680 Pa·s超薄片炸药的研制。
薄片炸药加载技术是实验室考核X射线辐照下空间结构动态响应的重要手段。为实现新型空间飞行器结构考核所需的超低比冲量化爆加载载荷，研制了以PETN为主炸药、高聚物橡胶为黏结剂的超薄片炸药。薄片炸药中PETN的质量分数为90%～92%，厚度范围为0.15～0.50 mm，密度范围为1.63～1.68 g/cm3，爆速范围为7.44～7.71 km/s。基于炸痕法的爆轰性能实验结果表明：厚度为0.15～0.50 mm的薄片炸药可由装药线密度为0.2 g/m的柔爆索可靠引爆，厚度为0.20～0.50 mm的炸药条均能可靠传爆。利用冲击摆测量装置对不同直径、不同厚度薄片炸药的比冲量特性进行了测试，结合理论分析，给出薄片炸药的比冲量与厚度成正比，比例系数为3 418.56 Pa·s/mm，成功实现了厚度为0.20 mm、比冲量约为680 Pa·s超薄片炸药的研制。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0181
摘要:
为探究超高速撞击条件下混凝土靶内的应力波特性，建立了基于PVDF（polyvinylidene difluoride）压电应力计的应力波测试系统，研究了PVDF压电应力计的标定方法，测量了克级柱形93W钨合金弹体超高速撞击条件下混凝土靶体内的应力波形，并利用数值模拟方法分析了应力波的产生和传播机制。结果表明：PVDF压电应力计的动态灵敏度系数为(17.5±0.5) pC/N；信噪比高的超高速撞击条件下实验测量的混凝土靶内的应力波形与数值模拟结果吻合较好，模拟和实验获得的应力波峰值的最大偏差不超过20%。
为探究超高速撞击条件下混凝土靶内的应力波特性，建立了基于PVDF（polyvinylidene difluoride）压电应力计的应力波测试系统，研究了PVDF压电应力计的标定方法，测量了克级柱形93W钨合金弹体超高速撞击条件下混凝土靶体内的应力波形，并利用数值模拟方法分析了应力波的产生和传播机制。结果表明：PVDF压电应力计的动态灵敏度系数为(17.5±0.5) pC/N；信噪比高的超高速撞击条件下实验测量的混凝土靶内的应力波形与数值模拟结果吻合较好，模拟和实验获得的应力波峰值的最大偏差不超过20%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0121
摘要:
云雾的起爆状态决定爆轰威力，装置结构和比药量是影响云雾形态的主要因素。基于装置结构与云雾形状相似性的原理，对125 kg云雾的成雾性能进行试验研究，利用高速摄像进行全过程记录，获取了不同轴向强度装置结构和比药量对云雾特征的影响规律。结果表明：大体积燃料抛撒试验的成雾稳定性较好；轴向约束强的复合结构形成的云雾直径具有优势，相同比药量下，复合结构的云雾直径可以达到25.5 m，较强结构的云雾覆盖面积增加13%；比药量为0.8%时，复合结构燃料的成雾性能最佳，125 kg燃料的2次起爆延迟时间为240 ms，此时，云雾瞬时计算浓度为64 g/m3，当量比为0.54。
云雾的起爆状态决定爆轰威力，装置结构和比药量是影响云雾形态的主要因素。基于装置结构与云雾形状相似性的原理，对125 kg云雾的成雾性能进行试验研究，利用高速摄像进行全过程记录，获取了不同轴向强度装置结构和比药量对云雾特征的影响规律。结果表明：大体积燃料抛撒试验的成雾稳定性较好；轴向约束强的复合结构形成的云雾直径具有优势，相同比药量下，复合结构的云雾直径可以达到25.5 m，较强结构的云雾覆盖面积增加13%；比药量为0.8%时，复合结构燃料的成雾性能最佳，125 kg燃料的2次起爆延迟时间为240 ms，此时，云雾瞬时计算浓度为64 g/m3，当量比为0.54。
, 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约为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约为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-2024-0163
摘要:
为获得间隙尺寸对金属飞片起爆TATB基钝感炸药到爆轰距离的影响，采用激光测速技术和太赫兹波测速技术，对不同间隙飞片起爆TATB基钝感炸药的动作过程开展了实验研究，获得了钛飞片在0～20 mm间隙内的速度发展历程、击靶速度及形貌，给出了TATB基钝感炸药在不同起爆间隙下的到爆轰距离。结果表明：随着起爆间隙的增大，TATB基钝感炸药的到爆轰距离呈非单调变化特征，与飞片的速度及结构特性相关。飞片起爆炸药的5个速度阶段中，飞片主体与层裂层融合完成阶段的飞片起爆能力最强，隔层起爆次之，层裂层发生前的速度衰减阶段及层裂层与飞片主体融合过程中的飞片起爆能力最弱。
为获得间隙尺寸对金属飞片起爆TATB基钝感炸药到爆轰距离的影响，采用激光测速技术和太赫兹波测速技术，对不同间隙飞片起爆TATB基钝感炸药的动作过程开展了实验研究，获得了钛飞片在0～20 mm间隙内的速度发展历程、击靶速度及形貌，给出了TATB基钝感炸药在不同起爆间隙下的到爆轰距离。结果表明：随着起爆间隙的增大，TATB基钝感炸药的到爆轰距离呈非单调变化特征，与飞片的速度及结构特性相关。飞片起爆炸药的5个速度阶段中，飞片主体与层裂层融合完成阶段的飞片起爆能力最强，隔层起爆次之，层裂层发生前的速度衰减阶段及层裂层与飞片主体融合过程中的飞片起爆能力最弱。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0112
摘要:
为研究爆破漏斗的形成过程和机理，并探究该过程中爆炸应力波与爆生气体的破岩作用，基于双指数型爆炸载荷函数和爆生气体压力状态方程，构建了考虑药包爆破动-静时序作用的爆炸载荷加载模型，结合爆炸应力波和爆生气体的加载特点，建立了爆破漏斗离散元数值模型，并开展了被爆岩体的裂隙发育及破碎抛掷过程的模拟研究，对比了加载和不加载爆生气体的模拟结果，探讨了爆破漏斗形成过程中爆炸应力波和爆生气体的不同作用。结果表明：考虑药包爆破动-静时序作用的爆炸载荷加载模型模拟的爆破漏斗尺寸与现场试验结果基本吻合，可以较好地反映爆破岩体区域内裂隙的形成与演化规律及破碎岩体的抛掷效果。爆炸应力波加载率较大是引起爆源近区环状微裂隙的主要原因，同时，它会在自由面处发生反射拉伸，形成“片落”破坏；而爆生气体则是爆源远区径向长裂隙形成的主要原因，此外，它会推动破碎岩体以较大速度向外抛掷。爆生气体不仅具有准静态作用，也存在一定的动态作用，延长了爆破振动的作用时间，加强了爆破振动的速度峰值。漏斗形成过程中的裂隙发育可大致分为爆炸应力波加载致裂、爆生气体加载致裂以及变形能释放致裂3个阶段。
为研究爆破漏斗的形成过程和机理，并探究该过程中爆炸应力波与爆生气体的破岩作用，基于双指数型爆炸载荷函数和爆生气体压力状态方程，构建了考虑药包爆破动-静时序作用的爆炸载荷加载模型，结合爆炸应力波和爆生气体的加载特点，建立了爆破漏斗离散元数值模型，并开展了被爆岩体的裂隙发育及破碎抛掷过程的模拟研究，对比了加载和不加载爆生气体的模拟结果，探讨了爆破漏斗形成过程中爆炸应力波和爆生气体的不同作用。结果表明：考虑药包爆破动-静时序作用的爆炸载荷加载模型模拟的爆破漏斗尺寸与现场试验结果基本吻合，可以较好地反映爆破岩体区域内裂隙的形成与演化规律及破碎岩体的抛掷效果。爆炸应力波加载率较大是引起爆源近区环状微裂隙的主要原因，同时，它会在自由面处发生反射拉伸，形成“片落”破坏；而爆生气体则是爆源远区径向长裂隙形成的主要原因，此外，它会推动破碎岩体以较大速度向外抛掷。爆生气体不仅具有准静态作用，也存在一定的动态作用，延长了爆破振动的作用时间，加强了爆破振动的速度峰值。漏斗形成过程中的裂隙发育可大致分为爆炸应力波加载致裂、爆生气体加载致裂以及变形能释放致裂3个阶段。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0117
摘要:
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。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。当漂珠质量分数为15%时，乳化炸药的爆轰性能最佳；当漂珠质量分数为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，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%，说明漂珠的加入并未对乳化基质热稳定性产生明显影响。
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。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。当漂珠质量分数为15%时，乳化炸药的爆轰性能最佳；当漂珠质量分数为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-2024-0393
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-2024-0307
摘要:
生物软材料大多是高含水率的超软材料，其力学性能在宽应变率范围内随着应变率提高而非线性增强。然而由于实验条件限制，在中应变率下对超软材料进行大变形测试显得比较困难。设计并建造了长15 m的双子弹电磁驱动长分离式霍普金森压杆（long split Hopkinson pressure bar, LSHPB）系统，可用于超软材料的大变形中应变率测试。使用该LSHPB系统和高速SHPB系统分别对硅橡胶进行了测试，比较二者的实验结果，验证了本套系统的可靠性。应用LSHPB系统测量了聚乙烯醇（polyvinyl alcohols, PVA）水凝胶在中应变率力学性能，并且结合已有的低和高应变率的数据分析，说明了中应变率动态性能测试的必要性。
生物软材料大多是高含水率的超软材料，其力学性能在宽应变率范围内随着应变率提高而非线性增强。然而由于实验条件限制，在中应变率下对超软材料进行大变形测试显得比较困难。设计并建造了长15 m的双子弹电磁驱动长分离式霍普金森压杆（long split Hopkinson pressure bar, LSHPB）系统，可用于超软材料的大变形中应变率测试。使用该LSHPB系统和高速SHPB系统分别对硅橡胶进行了测试，比较二者的实验结果，验证了本套系统的可靠性。应用LSHPB系统测量了聚乙烯醇（polyvinyl alcohols, PVA）水凝胶在中应变率力学性能，并且结合已有的低和高应变率的数据分析，说明了中应变率动态性能测试的必要性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0191
摘要:
对于复杂结构的爆炸载荷估计，传统数值模拟方法计算耗时长，而基于神经网络的快速估计仅能进行点估计，无法给出结果的置信度。为此，结合贝叶斯理论和深度学习，构建了复杂结构爆炸载荷快速估计的贝叶斯深度学习方法。通过开源数值模拟软件，计算了爆炸当量、位置、速度等参数大范围变化下复杂结构的爆炸载荷数据，基于贝叶斯理论将深度学习模型参数视为随机变量，利用变分贝叶斯推断高效训练模型，在保证爆炸载荷快速估计精度的同时，赋予模型不确定性量化的能力。结果表明，该方法对训练数据以外的爆炸载荷快速估计的误差约为12.2%，置信区间涵盖真实值的百分比超过81.6%，单点爆炸载荷估计时间不超过20 ms。该方法是实现复杂结构爆炸载荷快速、可信估计的新方法。
对于复杂结构的爆炸载荷估计，传统数值模拟方法计算耗时长，而基于神经网络的快速估计仅能进行点估计，无法给出结果的置信度。为此，结合贝叶斯理论和深度学习，构建了复杂结构爆炸载荷快速估计的贝叶斯深度学习方法。通过开源数值模拟软件，计算了爆炸当量、位置、速度等参数大范围变化下复杂结构的爆炸载荷数据，基于贝叶斯理论将深度学习模型参数视为随机变量，利用变分贝叶斯推断高效训练模型，在保证爆炸载荷快速估计精度的同时，赋予模型不确定性量化的能力。结果表明，该方法对训练数据以外的爆炸载荷快速估计的误差约为12.2%，置信区间涵盖真实值的百分比超过81.6%，单点爆炸载荷估计时间不超过20 ms。该方法是实现复杂结构爆炸载荷快速、可信估计的新方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0248
摘要:
缩比模型试验是研究弹体侵彻规律的重要手段，模型试验结果与原型之间的尺寸效应是建立侵深计算方法必须解决的问题。依据已有基础理论推导了钻地弹侵彻岩石类靶体介质的应力与应变状态演化和弹体侵彻阻抗函数，得到了表征尺寸效应的弹径系数公式，并在常规钻地弹侵彻速度范围内对弹形系数和弹径系数作了简化分析，提出了常规钻地弹侵彻岩石类介质的实用计算公式，系数可直接由弹靶参数确定。结果表明，弹体侵彻阻抗的主要影响因素是靶体波阻抗，尺寸效应是由于靶体破坏区范围不满足几何相似律，弹形系数可简化为弹头长径比的线性函数，平头弹弹形系数为0.57，弹径系数由侵彻空腔半径与破碎区半径之比决定，对于常规钻地弹，弹径系数可取1.2~1.4。侵深理论公式与试验结果对比符合较好，具有较高的可靠性。
缩比模型试验是研究弹体侵彻规律的重要手段，模型试验结果与原型之间的尺寸效应是建立侵深计算方法必须解决的问题。依据已有基础理论推导了钻地弹侵彻岩石类靶体介质的应力与应变状态演化和弹体侵彻阻抗函数，得到了表征尺寸效应的弹径系数公式，并在常规钻地弹侵彻速度范围内对弹形系数和弹径系数作了简化分析，提出了常规钻地弹侵彻岩石类介质的实用计算公式，系数可直接由弹靶参数确定。结果表明，弹体侵彻阻抗的主要影响因素是靶体波阻抗，尺寸效应是由于靶体破坏区范围不满足几何相似律，弹形系数可简化为弹头长径比的线性函数，平头弹弹形系数为0.57，弹径系数由侵彻空腔半径与破碎区半径之比决定，对于常规钻地弹，弹径系数可取1.2~1.4。侵深理论公式与试验结果对比符合较好，具有较高的可靠性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0203
摘要:
为了获得炸药爆轰产物状态方程，对RDX炸药进行了水下爆炸气泡膨胀过程试验，测试了水下爆炸气泡半径和冲击波阵面随时间的变化规律，通过水下爆炸气泡膨胀过程中的能量守恒关系，获得了基于水下爆炸试验的爆轰产物JWL状态方程确定方法，分析了RDX炸药水下爆炸气泡膨胀和冲击波阵面运动过程，测定了RDX炸药爆轰产物JWL状态方程参数，并与圆筒试验获得的参数进行了比较。结果表明，通过水下爆炸法和圆筒试验方法标定的JWL方程参数得到的气泡膨胀过程基本相同，但水下爆炸法得到的气泡半径的计算值和实验值在低压阶段的偏差更小。该方法提供了一种更适用于水下爆炸的炸药爆轰产物状态方程的测定方法。
为了获得炸药爆轰产物状态方程，对RDX炸药进行了水下爆炸气泡膨胀过程试验，测试了水下爆炸气泡半径和冲击波阵面随时间的变化规律，通过水下爆炸气泡膨胀过程中的能量守恒关系，获得了基于水下爆炸试验的爆轰产物JWL状态方程确定方法，分析了RDX炸药水下爆炸气泡膨胀和冲击波阵面运动过程，测定了RDX炸药爆轰产物JWL状态方程参数，并与圆筒试验获得的参数进行了比较。结果表明，通过水下爆炸法和圆筒试验方法标定的JWL方程参数得到的气泡膨胀过程基本相同，但水下爆炸法得到的气泡半径的计算值和实验值在低压阶段的偏差更小。该方法提供了一种更适用于水下爆炸的炸药爆轰产物状态方程的测定方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0096
摘要:
为了研究椭圆类截面弹体侵彻多层间隔钢靶的弹道特性，开展了典型弹体侵彻多层间隔Q355B钢靶试验，基于LS-DYNA软件开展有限元仿真研究，得到了弹体在侵彻过程中的姿态偏转和弹道参数，分析了弹体的偏转机制，获得了截面形状、截面压缩系数、初速、滚转角和着角等弹靶参数对椭圆类截面弹体侵彻弹道特性和姿态偏转特性的影响规律。研究结果表明：滚转角为0°时，圆截面弹体侵彻弹道稳定性优于椭圆类截面弹体；弹体截面压缩系数越大，弹体侵彻弹道稳定性越好；弹体初速越大，弹体姿态偏转越小，侵彻弹道越平稳；滚转角为90°时，椭圆截面和非对称椭圆截面弹体在入射平面内的侵彻弹道最稳定，并且两种弹体在水平面内的弹道偏移量分别在滚转角为45°和90°时达到最大，非对称椭圆截面弹体在滚转角为钝角时的侵彻弹道稳定性优于锐角时的情况；弹体着角在[0°，50°]范围内时，侵彻弹道稳定性随着角的增大先减弱后增强，着角在30°左右时姿态偏转和弹道失稳最严重；弹体以较正姿态贯穿薄钢靶时，在弹头部侵彻阶段就已经与靶体分离；弹体以较大攻角贯穿薄钢靶时，弹靶接触主要发生在弹体的上表面。
为了研究椭圆类截面弹体侵彻多层间隔钢靶的弹道特性，开展了典型弹体侵彻多层间隔Q355B钢靶试验，基于LS-DYNA软件开展有限元仿真研究，得到了弹体在侵彻过程中的姿态偏转和弹道参数，分析了弹体的偏转机制，获得了截面形状、截面压缩系数、初速、滚转角和着角等弹靶参数对椭圆类截面弹体侵彻弹道特性和姿态偏转特性的影响规律。研究结果表明：滚转角为0°时，圆截面弹体侵彻弹道稳定性优于椭圆类截面弹体；弹体截面压缩系数越大，弹体侵彻弹道稳定性越好；弹体初速越大，弹体姿态偏转越小，侵彻弹道越平稳；滚转角为90°时，椭圆截面和非对称椭圆截面弹体在入射平面内的侵彻弹道最稳定，并且两种弹体在水平面内的弹道偏移量分别在滚转角为45°和90°时达到最大，非对称椭圆截面弹体在滚转角为钝角时的侵彻弹道稳定性优于锐角时的情况；弹体着角在[0°，50°]范围内时，侵彻弹道稳定性随着角的增大先减弱后增强，着角在30°左右时姿态偏转和弹道失稳最严重；弹体以较正姿态贯穿薄钢靶时，在弹头部侵彻阶段就已经与靶体分离；弹体以较大攻角贯穿薄钢靶时，弹靶接触主要发生在弹体的上表面。
, 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-2024-0279
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-2024-0099
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-2024-0118
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-2024-0109
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-2024-0244
摘要:
准确评估钻地武器战斗部侵彻和装药运动爆炸（侵彻动爆）的连续作用是对防护结构遮弹层进行可靠设计的前提。首先，基于装药体积填充和侵彻爆炸分步耦合技术，提出了三阶段弹体侵彻动爆一体化有限元分析方法，通过与已有的装药运动爆炸试验以及普通混凝土（normal strength concrete，NSC）和超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，UHPC）靶体的侵彻静爆试验结果进行对比，充分验证了所提出方法对侵彻爆炸过程中爆炸波传播、靶体内应力峰值和开裂行为及其损伤演化描述的准确性。然后，基于105 mm口径缩比弹体打击NSC靶体工况，对比了所提出方法与传统侵彻静爆法预测靶体损伤破坏的差异，分析了侵彻爆炸应力场的叠加效应以及弹壳约束和断裂破片的影响，并基于弹载装药在不同时刻起爆下靶体的破坏特征，确定了战斗部最不利起爆时刻。最后，针对SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种原型战斗部打击工况开展数值模拟，其侵彻动爆作用下的NSC和UHPC遮弹层破坏深度分别为1.33、2.70、2.35 m和0.79、1.76、1.70 m，进一步给出了相应的遮弹层临界震塌厚度和临界贯穿厚度。结果表明，采用侵彻动爆一体化方法计算得到的破坏深度、临界震塌厚度和临界贯穿厚度较传统侵彻静爆法计算结果增大约5%~30%。
准确评估钻地武器战斗部侵彻和装药运动爆炸（侵彻动爆）的连续作用是对防护结构遮弹层进行可靠设计的前提。首先，基于装药体积填充和侵彻爆炸分步耦合技术，提出了三阶段弹体侵彻动爆一体化有限元分析方法，通过与已有的装药运动爆炸试验以及普通混凝土（normal strength concrete，NSC）和超高性能混凝土（ultra-high performance concrete，UHPC）靶体的侵彻静爆试验结果进行对比，充分验证了所提出方法对侵彻爆炸过程中爆炸波传播、靶体内应力峰值和开裂行为及其损伤演化描述的准确性。然后，基于105 mm口径缩比弹体打击NSC靶体工况，对比了所提出方法与传统侵彻静爆法预测靶体损伤破坏的差异，分析了侵彻爆炸应力场的叠加效应以及弹壳约束和断裂破片的影响，并基于弹载装药在不同时刻起爆下靶体的破坏特征，确定了战斗部最不利起爆时刻。最后，针对SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种原型战斗部打击工况开展数值模拟，其侵彻动爆作用下的NSC和UHPC遮弹层破坏深度分别为1.33、2.70、2.35 m和0.79、1.76、1.70 m，进一步给出了相应的遮弹层临界震塌厚度和临界贯穿厚度。结果表明，采用侵彻动爆一体化方法计算得到的破坏深度、临界震塌厚度和临界贯穿厚度较传统侵彻静爆法计算结果增大约5%~30%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0136
摘要:
针对钻地武器战斗部侵彻爆炸作用下块石混凝土遮弹层的抗力评估与工程设计，首先，提出了块石混凝土遮弹层的有限元建模方法，其可靠性通过含不同粗骨料类型（刚玉和玄武岩）、粒径（5~15 mm、5~20 mm、35~45 mm和65~75 mm）和体积率（15%和30%）的超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）靶体的准静态和弹体侵彻试验进行验证。然后，以小直径炸弹SDB侵彻半无限厚块石混凝土靶体为基准工况，定量分析了块石类型（刚玉、玄武岩和花岗岩）和无量纲块石粒径（0.3~2.2倍弹径）对侵彻深度的影响，并确定了最优设计原则。最后，开展了3种典型钻地武器（SDB、WDU-43/B和BLU-109/B）的侵彻效应分析，定量对比了普通强度混凝土（normal strength concrete, NSC）、超高性能混凝土和刚玉块石混凝土（corundum rubble concrete, CRC）的抗侵彻能力，提出了原型战斗部侵彻爆炸作用下刚玉块石混凝土遮弹层的工程设计方法。结果表明：粒径为1.3~1.7倍弹径的CRC遮弹层抗侵彻性能最优；3种战斗部侵彻作用下，最优设计CRC遮弹层的侵彻深度分别为0.29、0.78和0.68 m，较NSC和UHPC遮弹层分别降低了61.8%~69.1%和43.3%~58.0%；3种战斗部侵彻爆炸作用下，CRC遮弹层的临界贯穿厚度及临界震塌厚度分别为0.55、1.41和1.48 m及1.11、2.26和3.17 m，与NSC和UHPC遮弹层相比，临界贯穿厚度分别降低了58.5%~61.2%和43.2%~58.1%，临界震塌厚度分别降低了61.8%~69.2%和34.7%~40.5%。
针对钻地武器战斗部侵彻爆炸作用下块石混凝土遮弹层的抗力评估与工程设计，首先，提出了块石混凝土遮弹层的有限元建模方法，其可靠性通过含不同粗骨料类型（刚玉和玄武岩）、粒径（5~15 mm、5~20 mm、35~45 mm和65~75 mm）和体积率（15%和30%）的超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）靶体的准静态和弹体侵彻试验进行验证。然后，以小直径炸弹SDB侵彻半无限厚块石混凝土靶体为基准工况，定量分析了块石类型（刚玉、玄武岩和花岗岩）和无量纲块石粒径（0.3~2.2倍弹径）对侵彻深度的影响，并确定了最优设计原则。最后，开展了3种典型钻地武器（SDB、WDU-43/B和BLU-109/B）的侵彻效应分析，定量对比了普通强度混凝土（normal strength concrete, NSC）、超高性能混凝土和刚玉块石混凝土（corundum rubble concrete, CRC）的抗侵彻能力，提出了原型战斗部侵彻爆炸作用下刚玉块石混凝土遮弹层的工程设计方法。结果表明：粒径为1.3~1.7倍弹径的CRC遮弹层抗侵彻性能最优；3种战斗部侵彻作用下，最优设计CRC遮弹层的侵彻深度分别为0.29、0.78和0.68 m，较NSC和UHPC遮弹层分别降低了61.8%~69.1%和43.3%~58.0%；3种战斗部侵彻爆炸作用下，CRC遮弹层的临界贯穿厚度及临界震塌厚度分别为0.55、1.41和1.48 m及1.11、2.26和3.17 m，与NSC和UHPC遮弹层相比，临界贯穿厚度分别降低了58.5%~61.2%和43.2%~58.1%，临界震塌厚度分别降低了61.8%~69.2%和34.7%~40.5%。
, 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。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，最终导致空泡闭合延迟。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。随着碎冰覆盖密度的逐渐增大，其对液面流体向内收缩的阻碍作用逐渐增强，进一步延迟了空泡的闭合时间，空泡的长度和最大直径也相应增大。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。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，最终导致空泡闭合延迟。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。随着碎冰覆盖密度的逐渐增大，其对液面流体向内收缩的阻碍作用逐渐增强，进一步延迟了空泡的闭合时间，空泡的长度和最大直径也相应增大。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-2024-0150
摘要:
常用抗落石冲击被动柔性防护网的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常常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了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进行对比，验证了所采用数值模拟方法的可靠性。然后，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°；增大钢柱跨距会降低结构的面内刚度，而对横向锚固力的影响较小；增加钢柱高度会显著提升柱底支反力；改变钢柱高度和跨距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的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常常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了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进行对比，验证了所采用数值模拟方法的可靠性。然后，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°；增大钢柱跨距会降低结构的面内刚度，而对横向锚固力的影响较小；增加钢柱高度会显著提升柱底支反力；改变钢柱高度和跨距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-2024-0138
摘要:
采用激光选区熔化技术制备AlSi10Mg合金并对其进行去应力退火处理，利用光学显微镜、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。为了解宽应变率和宽温度耦合作用对AlSi10Mg合金力学行为的影响，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AlSi10Mg合金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。基于实验结果拟合得到修正的J-C本构模型并对其进行了验证，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合金并对其进行去应力退火处理，利用光学显微镜、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。为了解宽应变率和宽温度耦合作用对AlSi10Mg合金力学行为的影响，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AlSi10Mg合金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。基于实验结果拟合得到修正的J-C本构模型并对其进行了验证，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-2024-0217
摘要:
为研究弹体在侵彻钢筋混凝土受到阻力的问题，分析了现有钢筋有限长度固支梁理论模型的局限，根据钢筋屈服准则研究和耗能分析，提出了弹体直接命中钢筋剪切-塑性铰链模型，以及弹体与钢筋侧面接触时的塑性弦模型，通过耗能分析得到了弹体直接阻力函数；以空腔膨胀理论模型为基础，根据弹体侵彻深度经验公式计算结果，得到了钢筋间接影响下混凝土的阻力方程。通过与已有试验数据对比，验证了理论模型的合理性。通过分析钢筋屈服强度、直径、网眼尺寸等配筋方式，以及弹体命中部位对遮弹层抗侵彻性能的影响，给出了遮弹层配筋设计建议：相邻两层钢筋网错孔设置；钢筋网眼与弹体直径之比宜设为0.5～0.8；应结合钢筋极限塑性应变进行高强钢筋选择。
为研究弹体在侵彻钢筋混凝土受到阻力的问题，分析了现有钢筋有限长度固支梁理论模型的局限，根据钢筋屈服准则研究和耗能分析，提出了弹体直接命中钢筋剪切-塑性铰链模型，以及弹体与钢筋侧面接触时的塑性弦模型，通过耗能分析得到了弹体直接阻力函数；以空腔膨胀理论模型为基础，根据弹体侵彻深度经验公式计算结果，得到了钢筋间接影响下混凝土的阻力方程。通过与已有试验数据对比，验证了理论模型的合理性。通过分析钢筋屈服强度、直径、网眼尺寸等配筋方式，以及弹体命中部位对遮弹层抗侵彻性能的影响，给出了遮弹层配筋设计建议：相邻两层钢筋网错孔设置；钢筋网眼与弹体直径之比宜设为0.5～0.8；应结合钢筋极限塑性应变进行高强钢筋选择。
, 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。壳体运动速度和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的关系，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、反应速率和反应度变化历史，可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。壳体运动速度和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的关系，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、反应速率和反应度变化历史，可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。
