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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0466
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摘要:
深部开挖引起的围岩梯度应力和岩层天然赋存的缓倾硬性结构面是影响岩爆特性的重要因素。借助气液复合加载的岩爆模拟装置，对预制含不同硬性缓倾结构面大尺寸（400 mm×600 mm×1 000 mm）类岩体试件进行了三向加载-单面卸载的应力梯度加卸载岩爆试验，通过数字图像相关（digital image correlation，DIC）、声发射、红外辐射和高速摄影等多种监测手段，研究了含缓倾结构面试件岩爆演化特征及破坏机制。研究结果表明，缓倾结构面的存在对试件的破坏模式有控制性作用，在极大程度上制约了岩爆坑的边界与形态，并加速了岩爆的发生。验证了试件发生岩爆的位置主要分布在试件结构面之间的区域，且该区域的红外辐射值和DIC应变场在破坏之前显著高于卸载面其他位置。随着缓倾结构面倾角的增大，试件声发射峰值能量与累计能量均随之增大，产生剪切破坏占总破坏比例上升，孕育的岩爆烈度增强。研究成果可为深埋高应力地下工程灾害防控与治理提供重要参考。
深部开挖引起的围岩梯度应力和岩层天然赋存的缓倾硬性结构面是影响岩爆特性的重要因素。借助气液复合加载的岩爆模拟装置，对预制含不同硬性缓倾结构面大尺寸（400 mm×600 mm×1 000 mm）类岩体试件进行了三向加载-单面卸载的应力梯度加卸载岩爆试验，通过数字图像相关（digital image correlation，DIC）、声发射、红外辐射和高速摄影等多种监测手段，研究了含缓倾结构面试件岩爆演化特征及破坏机制。研究结果表明，缓倾结构面的存在对试件的破坏模式有控制性作用，在极大程度上制约了岩爆坑的边界与形态，并加速了岩爆的发生。验证了试件发生岩爆的位置主要分布在试件结构面之间的区域，且该区域的红外辐射值和DIC应变场在破坏之前显著高于卸载面其他位置。随着缓倾结构面倾角的增大，试件声发射峰值能量与累计能量均随之增大，产生剪切破坏占总破坏比例上升，孕育的岩爆烈度增强。研究成果可为深埋高应力地下工程灾害防控与治理提供重要参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0381
摘要:
为研究不同爆炸当量与不同装药位置下通道内冲击波的传播过程，建立了满足单兵人员通行的试验通道。通过试验对比了装药量与装药位置对超压时程曲线及冲击波参数分布的影响，开展了与试验工况相同的数值模拟，结合压力云图和超压时程曲线，发现波阵面运动是导致超压时程曲线演变和参数分布变化的主要原因。基于试验和数值模拟结果得到了具有实际工程参考意义的通道内冲击波超压预测模型。
为研究不同爆炸当量与不同装药位置下通道内冲击波的传播过程，建立了满足单兵人员通行的试验通道。通过试验对比了装药量与装药位置对超压时程曲线及冲击波参数分布的影响，开展了与试验工况相同的数值模拟，结合压力云图和超压时程曲线，发现波阵面运动是导致超压时程曲线演变和参数分布变化的主要原因。基于试验和数值模拟结果得到了具有实际工程参考意义的通道内冲击波超压预测模型。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0448
摘要:
为促进装备热端部件在动态载荷下服役性能的评估和预测，针对不同微结构特征的镍基单晶高温合金开展了一系列分离式霍普金森拉杆（split Hopkinson tensile bar，SHTB）试验和扫描电镜表征，系统研究了沉淀相体积分数、相粗化程度、应变率和加载角度等因素对合金动态拉伸性能的影响。结果表明：微结构和应变率对镍基单晶高温合金动态拉伸性能具有显著影响，且相粗化后合金动态拉伸性能呈现出复杂的各向异性特征。总体而言，合金屈服强度和抗拉强度呈正相关关系，随着沉淀颗粒体积分数或应变率的增大，试件逐渐表现出脆性断裂特征，且其屈服强度和抗拉强度逐渐增大，而极限伸长率则逐渐减小；其次，时效处理所导致的颗粒相粗化对合金强度有着明显的弱化作用，而对极限伸长率起到强化效果，即相粗化后合金试样表现出混合断裂特征，随着相粗化程度增加，其屈服强度和抗拉强度逐渐降低，而极限伸长率逐渐增大。此外，在55°加载角度时，合金强度和极限伸长率均低于0°加载角度下的情况；然而，在应变率较高时，对于体积分数和相粗化程度均较大的合金，其极限伸长率在55°加载角度时取得最大值。相关变化同断口纤维区面积和解理面特征密切相关，材料微结构和加载条件的改变将影响材料内部微裂纹形核和运动特性，进而影响合金变形特征和动态拉伸性能。研究结果可为提高镍基单晶高温合金性能和优化热端部件结构设计提供理论支持和数据支撑。
为促进装备热端部件在动态载荷下服役性能的评估和预测，针对不同微结构特征的镍基单晶高温合金开展了一系列分离式霍普金森拉杆（split Hopkinson tensile bar，SHTB）试验和扫描电镜表征，系统研究了沉淀相体积分数、相粗化程度、应变率和加载角度等因素对合金动态拉伸性能的影响。结果表明：微结构和应变率对镍基单晶高温合金动态拉伸性能具有显著影响，且相粗化后合金动态拉伸性能呈现出复杂的各向异性特征。总体而言，合金屈服强度和抗拉强度呈正相关关系，随着沉淀颗粒体积分数或应变率的增大，试件逐渐表现出脆性断裂特征，且其屈服强度和抗拉强度逐渐增大，而极限伸长率则逐渐减小；其次，时效处理所导致的颗粒相粗化对合金强度有着明显的弱化作用，而对极限伸长率起到强化效果，即相粗化后合金试样表现出混合断裂特征，随着相粗化程度增加，其屈服强度和抗拉强度逐渐降低，而极限伸长率逐渐增大。此外，在55°加载角度时，合金强度和极限伸长率均低于0°加载角度下的情况；然而，在应变率较高时，对于体积分数和相粗化程度均较大的合金，其极限伸长率在55°加载角度时取得最大值。相关变化同断口纤维区面积和解理面特征密切相关，材料微结构和加载条件的改变将影响材料内部微裂纹形核和运动特性，进而影响合金变形特征和动态拉伸性能。研究结果可为提高镍基单晶高温合金性能和优化热端部件结构设计提供理论支持和数据支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0453
摘要:
为研究民航客机用高性能碳纤维复合材料的冰雹撞击损伤特性，首先，通过试验对冰球在高速冲击下的撞击力特性进行了研究，给出了冲击力时程曲线以及峰值冲击力与冰球动能的线性增长关系；随后，对T800/3200碳纤维复合材料层合板进行单次冰球撞击，发现其损伤形态与碳纤维层合板的铺层方式有关，而损伤程度则与冰球的初速度有关，同时超声C扫描结果表明其内部层间脱黏面积与冰球撞击时的动能呈线性增长关系；最后，对相同厚度的靶板进行了冰球重复撞击试验，其宏观损伤程度随撞击次数的增加而加重，且碳纤维板中心点的挠度与冰球累积动能呈二次关系，并最终呈现前后贯穿且伴有大量纤维拔出的损伤形态。
为研究民航客机用高性能碳纤维复合材料的冰雹撞击损伤特性，首先，通过试验对冰球在高速冲击下的撞击力特性进行了研究，给出了冲击力时程曲线以及峰值冲击力与冰球动能的线性增长关系；随后，对T800/3200碳纤维复合材料层合板进行单次冰球撞击，发现其损伤形态与碳纤维层合板的铺层方式有关，而损伤程度则与冰球的初速度有关，同时超声C扫描结果表明其内部层间脱黏面积与冰球撞击时的动能呈线性增长关系；最后，对相同厚度的靶板进行了冰球重复撞击试验，其宏观损伤程度随撞击次数的增加而加重，且碳纤维板中心点的挠度与冰球累积动能呈二次关系，并最终呈现前后贯穿且伴有大量纤维拔出的损伤形态。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0294
摘要:
针对精确预测不同长径比（L/D）的圆柱套筒在一段起爆下的破片初速分布问题，首先基于试验验证的数值模型研究了L/D对破片初速的影响；在此基本上，提出了适用于L/D≥1圆柱套筒的初速分布计算模型，该模型中添加了与L/D相关的受轴向稀疏波影响的修正项；最后，通过试验和数值模拟对所提出的初速计算模型进行了验证。研究结果表明：不同L/D下的破片初速分布均呈现两端初速低、中间高的变化趋势，且L/D越大，破片初速越大，当L/D达到5时，最大破片初速与Gurney公式计算结果之间的相对误差仅为1.99%；公式计算结果与试验结果和数值计算结果的平均误差不超过6%，表明了该模型预测不同L/D下的破片初速分布是可靠的。
针对精确预测不同长径比（L/D）的圆柱套筒在一段起爆下的破片初速分布问题，首先基于试验验证的数值模型研究了L/D对破片初速的影响；在此基本上，提出了适用于L/D≥1圆柱套筒的初速分布计算模型，该模型中添加了与L/D相关的受轴向稀疏波影响的修正项；最后，通过试验和数值模拟对所提出的初速计算模型进行了验证。研究结果表明：不同L/D下的破片初速分布均呈现两端初速低、中间高的变化趋势，且L/D越大，破片初速越大，当L/D达到5时，最大破片初速与Gurney公式计算结果之间的相对误差仅为1.99%；公式计算结果与试验结果和数值计算结果的平均误差不超过6%，表明了该模型预测不同L/D下的破片初速分布是可靠的。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0147
摘要:
为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程，分别采用FEM（finite element method）、SPG（smoothed particle Galerkin）、SPH（smoothed particle hydrodynamics）、FE-SPH（finite element-smoothed particle hydrodynamics）自适应数值模拟方法，对钨合金弹丸侵彻Q235A钢靶开展了数值模拟计算，对比了4种数值模拟方法在描述弹丸侵彻穿靶后，弹丸剩余速度、靶板穿孔孔径以及弹丸穿靶后二次破片生成及其分布方面的优势和不足。结果表明：在描述弹丸剩余速度方面，由于FEM方法在处理材料失效问题时是基于单元侵蚀算法，因此FEM方法以及FE-SPH自适应方法严格依赖于失效准则以及失效参数的选择，而SPG方法在键失效模式下无需调整失效参数就可以得到相对准确的结果；在描述靶板穿孔孔径上，FEM以及FE-SPH自适应方法具有精确的物质边界，可以精确刻画穿孔形貌特征，但不同失效准则下的靶板穿孔直径相差较大；SPG方法对失效参数不敏感，可以准确预测靶板的穿孔直径；在弹丸穿靶后二次破片的生成及其分布方面，FE-SPH自适应以及SPH方法均能对二次破片进行表征，FE-SPH自适应方法可以直接获取大质量破片信息，但比SPH方法的求解效率低。
为了更好地量化表征钨合金弹丸侵彻靶板过程，分别采用FEM（finite element method）、SPG（smoothed particle Galerkin）、SPH（smoothed particle hydrodynamics）、FE-SPH（finite element-smoothed particle hydrodynamics）自适应数值模拟方法，对钨合金弹丸侵彻Q235A钢靶开展了数值模拟计算，对比了4种数值模拟方法在描述弹丸侵彻穿靶后，弹丸剩余速度、靶板穿孔孔径以及弹丸穿靶后二次破片生成及其分布方面的优势和不足。结果表明：在描述弹丸剩余速度方面，由于FEM方法在处理材料失效问题时是基于单元侵蚀算法，因此FEM方法以及FE-SPH自适应方法严格依赖于失效准则以及失效参数的选择，而SPG方法在键失效模式下无需调整失效参数就可以得到相对准确的结果；在描述靶板穿孔孔径上，FEM以及FE-SPH自适应方法具有精确的物质边界，可以精确刻画穿孔形貌特征，但不同失效准则下的靶板穿孔直径相差较大；SPG方法对失效参数不敏感，可以准确预测靶板的穿孔直径；在弹丸穿靶后二次破片的生成及其分布方面，FE-SPH自适应以及SPH方法均能对二次破片进行表征，FE-SPH自适应方法可以直接获取大质量破片信息，但比SPH方法的求解效率低。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0403
摘要:
通过试验和数值模拟分析，研究了锚索和新型管索组合结构（anchor cable with C-shaped tube，ACC）在不同加载速率下的双结构面剪切力学特性和变形破坏机制。在混凝土试块强度为55 MPa、预应力为200 kN的条件下，分别以2、10、20、30、40 mm/min的剪切位移加载速率进行双结构面剪切试验。试验以剪切变形曲线、结构峰值剪切荷载、钢丝破坏形态和结构面抗剪强度贡献为主要参数。结果表明：加载速率对结构的抗剪性能有显著的影响，在一定的加载速率区间内，受损伤累积速度和应变率强化效应的影响，结构分别表现出强度弱化和强度强化的特性，抗剪承载能力出现较大的变化。在结构面附近，支护结构表现出拉剪组合破坏现象，但由于ACC结构中C形管的存在，应力集中效应降低，试验曲线波动减弱，内部钢丝受剪切作用破坏的情况与锚索相比明显减弱。同时，以试验结果为基础构建的ACC结构双剪试验数值模型的准确性较高，动荷载试验的数值模拟结果表明，ACC结构形成的锚固系统具备良好的吸能效果，冲击能量越大，吸能效果越明显；且ACC结构在高速冲击作用下，表现出明显的应变率强化效应，冲击速度越高，抗剪承载能力越强。
通过试验和数值模拟分析，研究了锚索和新型管索组合结构（anchor cable with C-shaped tube，ACC）在不同加载速率下的双结构面剪切力学特性和变形破坏机制。在混凝土试块强度为55 MPa、预应力为200 kN的条件下，分别以2、10、20、30、40 mm/min的剪切位移加载速率进行双结构面剪切试验。试验以剪切变形曲线、结构峰值剪切荷载、钢丝破坏形态和结构面抗剪强度贡献为主要参数。结果表明：加载速率对结构的抗剪性能有显著的影响，在一定的加载速率区间内，受损伤累积速度和应变率强化效应的影响，结构分别表现出强度弱化和强度强化的特性，抗剪承载能力出现较大的变化。在结构面附近，支护结构表现出拉剪组合破坏现象，但由于ACC结构中C形管的存在，应力集中效应降低，试验曲线波动减弱，内部钢丝受剪切作用破坏的情况与锚索相比明显减弱。同时，以试验结果为基础构建的ACC结构双剪试验数值模型的准确性较高，动荷载试验的数值模拟结果表明，ACC结构形成的锚固系统具备良好的吸能效果，冲击能量越大，吸能效果越明显；且ACC结构在高速冲击作用下，表现出明显的应变率强化效应，冲击速度越高，抗剪承载能力越强。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0315
摘要:
为研究硝酸酯增塑聚醚固体推进剂内部结构损伤演化行为，采用同步辐射X射线三维成像和自主研发的原位压缩试验系统，在0.1、1.0和5.0 mm/s加载速率下进行了宏细观结构的原位可视化观测，探究了推进剂宏观变形及其内部微裂纹的空间分布与传播模式。结果表明，微裂纹主要形核并生长于填充颗粒与基体界面处，细观孔隙的演化表现出率相关性。与拉伸加载下损伤持续生长不同，压缩过程中孔隙形核、生长与闭合并存；尤其在高速压缩下，推进剂产生“喇叭”状形貌且微裂纹沿四周分布，表面宏观破坏由近表面颗粒与基体界面处的微裂纹扩展传播所致。研究还发现：微裂纹的传播与填充颗粒的空间位置相关，在动态压缩载荷作用下，微裂纹存在横向和轴向两种扩展模式；基体竖直取向微裂纹易发生向水平取向微裂纹的转变，从而导致裂纹闭合。
为研究硝酸酯增塑聚醚固体推进剂内部结构损伤演化行为，采用同步辐射X射线三维成像和自主研发的原位压缩试验系统，在0.1、1.0和5.0 mm/s加载速率下进行了宏细观结构的原位可视化观测，探究了推进剂宏观变形及其内部微裂纹的空间分布与传播模式。结果表明，微裂纹主要形核并生长于填充颗粒与基体界面处，细观孔隙的演化表现出率相关性。与拉伸加载下损伤持续生长不同，压缩过程中孔隙形核、生长与闭合并存；尤其在高速压缩下，推进剂产生“喇叭”状形貌且微裂纹沿四周分布，表面宏观破坏由近表面颗粒与基体界面处的微裂纹扩展传播所致。研究还发现：微裂纹的传播与填充颗粒的空间位置相关，在动态压缩载荷作用下，微裂纹存在横向和轴向两种扩展模式；基体竖直取向微裂纹易发生向水平取向微裂纹的转变，从而导致裂纹闭合。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0454
摘要:
为兼顾考虑材料尺度效应和建模预测效率的冲击损伤和冲击疲劳研究方法，立足冲击损伤和疲劳过程中的金属塑性变形机理，研究了冲击损伤过程中尺度效应影响下的材料构效行为，建立了金属材料的去局域化、跨尺度冲击损伤本构理论，形成了面向先进制造多尺度金属材料的冲击损伤和疲劳的仿真方法。该方法利用低阶应变梯度理论实现尺度效应描述，在Johnson-Cook冲击动力学模型和Lemaitre冲击损伤模型的基础上，实现了跨尺度冲击动力学及损伤演化的描述，并可以在VUMAT子程序中便捷地实现该本构的有限元计算。有限元结果表明，材料的不均匀变形带来了较高的应变梯度，使得材料的应力水平在加工硬化及应变率硬化效应上进一步提升，同时也让材料更快地进入损伤阶段，导致承载力降低或提前失效，这与金属材料在强度与韧性间的拮抗关系保持了一致。
为兼顾考虑材料尺度效应和建模预测效率的冲击损伤和冲击疲劳研究方法，立足冲击损伤和疲劳过程中的金属塑性变形机理，研究了冲击损伤过程中尺度效应影响下的材料构效行为，建立了金属材料的去局域化、跨尺度冲击损伤本构理论，形成了面向先进制造多尺度金属材料的冲击损伤和疲劳的仿真方法。该方法利用低阶应变梯度理论实现尺度效应描述，在Johnson-Cook冲击动力学模型和Lemaitre冲击损伤模型的基础上，实现了跨尺度冲击动力学及损伤演化的描述，并可以在VUMAT子程序中便捷地实现该本构的有限元计算。有限元结果表明，材料的不均匀变形带来了较高的应变梯度，使得材料的应力水平在加工硬化及应变率硬化效应上进一步提升，同时也让材料更快地进入损伤阶段，导致承载力降低或提前失效，这与金属材料在强度与韧性间的拮抗关系保持了一致。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0128
摘要:
在简易自制爆炸装置的近场爆炸中，防护结构常受到爆炸冲击波和破片的复合作用，为了提高结构的防护性能，设计并制备了含“泡沫铝/纤维”夹芯复合结构材料，通过开展“爆炸+侵彻”实验，研究复合结构在爆炸冲击波和高速破片复合作用下的失效模式，重点讨论爆炸冲击波和破片两种载荷时序性对毁伤特性的影响，并分析不同材料的吸能机理。研究结果表明：爆距的变化直接影响爆炸冲击波和破片作用的时序性，在本文讨论的工况中，当爆距大于600 mm时，破片先于冲击波作用。在冲击波和破片的复合作用下，铝面板除了破片的贯穿破坏外，还伴有局部凹陷变形；泡沫铝自身胞孔结构在冲击载荷作用下发生压溃变形和胞壁屈服碎裂；弹孔处纤维则在破片的侵彻下发生拉伸变形和断裂，并伴有高温失效；铝背板主要以瓣裂撕裂破坏为主。在两种时序性作用下，弹孔的存在削弱了冲击波对铝面板的作用，后序夹芯结构材料和铝背板的变形破坏程度较前序材料更为严重。本研究的开展对轻质复合结构材料在有限空间近爆防护领域中的应用和功能设计提供了技术依据。
在简易自制爆炸装置的近场爆炸中，防护结构常受到爆炸冲击波和破片的复合作用，为了提高结构的防护性能，设计并制备了含“泡沫铝/纤维”夹芯复合结构材料，通过开展“爆炸+侵彻”实验，研究复合结构在爆炸冲击波和高速破片复合作用下的失效模式，重点讨论爆炸冲击波和破片两种载荷时序性对毁伤特性的影响，并分析不同材料的吸能机理。研究结果表明：爆距的变化直接影响爆炸冲击波和破片作用的时序性，在本文讨论的工况中，当爆距大于600 mm时，破片先于冲击波作用。在冲击波和破片的复合作用下，铝面板除了破片的贯穿破坏外，还伴有局部凹陷变形；泡沫铝自身胞孔结构在冲击载荷作用下发生压溃变形和胞壁屈服碎裂；弹孔处纤维则在破片的侵彻下发生拉伸变形和断裂，并伴有高温失效；铝背板主要以瓣裂撕裂破坏为主。在两种时序性作用下，弹孔的存在削弱了冲击波对铝面板的作用，后序夹芯结构材料和铝背板的变形破坏程度较前序材料更为严重。本研究的开展对轻质复合结构材料在有限空间近爆防护领域中的应用和功能设计提供了技术依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0414
摘要:
为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用，并优化节理岩体的爆破参数，通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响：采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验，在试样竖直孔中装填雷管并爆破，使用高速摄像机记录试样爆破破碎过程，观测起爆后不同时刻节理面的动态响应；利用图像处理方法进行爆破块度提取，分析节理倾角对爆破块度的影响；采用LS-DYNA有限元数值模拟获得应力波的传播过程以及应变场的演变过程。试验与数值计算结果表明：节理对爆破块度分布及应力波传播有显著影响，该影响主要源于爆炸应力波在节理处的反射，这与节理的变形特性有关；随着节理倾角增大，爆破块度先减小后增大，节理中的有效应力和峰值质点振动速度透射总体呈下降趋势，但在45°至60°之间回升，其中45°左右为爆破最有利条件。数值裂纹网络重建和图像处理结果表明，随着节理倾角的增加，试样中产生的垂直裂纹增加，水平裂纹有所减少。
为了理解节理与爆炸应力波之间的相互作用，并优化节理岩体的爆破参数，通过试验与数值模拟相结合的方式研究不同节理倾角对爆破块度的影响：采用一组含有不同角度节理的混凝土模型试样开展爆破试验，在试样竖直孔中装填雷管并爆破，使用高速摄像机记录试样爆破破碎过程，观测起爆后不同时刻节理面的动态响应；利用图像处理方法进行爆破块度提取，分析节理倾角对爆破块度的影响；采用LS-DYNA有限元数值模拟获得应力波的传播过程以及应变场的演变过程。试验与数值计算结果表明：节理对爆破块度分布及应力波传播有显著影响，该影响主要源于爆炸应力波在节理处的反射，这与节理的变形特性有关；随着节理倾角增大，爆破块度先减小后增大，节理中的有效应力和峰值质点振动速度透射总体呈下降趋势，但在45°至60°之间回升，其中45°左右为爆破最有利条件。数值裂纹网络重建和图像处理结果表明，随着节理倾角的增加，试样中产生的垂直裂纹增加，水平裂纹有所减少。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0356
摘要:
基于开源代码OpenFOAM对有限长锥体诱导的斜爆轰波开展了数值模拟，并讨论了爆轰波后流场、波阵面结构和爆轰胞格结构。结果表明，在有限长锥体结构的影响下，爆轰波后流场先后受到Taylor-Maccoll流动和Prandtl-Meyer膨胀波的影响。爆轰波阵面不同位置流线上的压力和马赫数在这2种物理过程及波阵面三波结构的影响下，发生震荡变化，随后趋于稳定。在不同波后流场的影响下，爆轰波阵面结构呈现4种不同的结构：类Zel'dovich- Neumann-Döring (ZND)的光滑结构、类胞格的单三波点结构、胞格的双三波点结构和Prandtl-Meyer影响的双三波点结构。借助于激波极曲线理论对三波点附近的波系进行了分析，发现在双三波点结构中，面向来流的三波点具有比面向下游的三波点具有更强的爆轰强度，即更高的马赫数和压力。最后，结合上述分析，绘制了爆轰波阵面的三波点轨迹，得到4种不同的胞格结构：光滑平面结构、平行线结构、斜菱形结构和无规则的斜菱形结构。
基于开源代码OpenFOAM对有限长锥体诱导的斜爆轰波开展了数值模拟，并讨论了爆轰波后流场、波阵面结构和爆轰胞格结构。结果表明，在有限长锥体结构的影响下，爆轰波后流场先后受到Taylor-Maccoll流动和Prandtl-Meyer膨胀波的影响。爆轰波阵面不同位置流线上的压力和马赫数在这2种物理过程及波阵面三波结构的影响下，发生震荡变化，随后趋于稳定。在不同波后流场的影响下，爆轰波阵面结构呈现4种不同的结构：类Zel'dovich- Neumann-Döring (ZND)的光滑结构、类胞格的单三波点结构、胞格的双三波点结构和Prandtl-Meyer影响的双三波点结构。借助于激波极曲线理论对三波点附近的波系进行了分析，发现在双三波点结构中，面向来流的三波点具有比面向下游的三波点具有更强的爆轰强度，即更高的马赫数和压力。最后，结合上述分析，绘制了爆轰波阵面的三波点轨迹，得到4种不同的胞格结构：光滑平面结构、平行线结构、斜菱形结构和无规则的斜菱形结构。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0350
摘要:
为了探究柱形装药爆炸应力波在混凝土介质中的传播规律，基于Karagozian and Case concrete (KCC)本构模型和多物质ALE算法（multi-material ALE，MMALE）开展数值模拟研究。首先，通过与已有的试验数据进行对比，验证了本构模型参数和数值算法的适用性；在此基础上以峰值应力为准则，对装药周围混凝土介质的爆炸破坏分区进行划分，并讨论了各破坏分区中爆炸应力波的衰减规律；之后，分析了装药长径比对爆炸破坏分区和爆炸应力波传播规律的影响；最后，进一步考虑装药埋深的影响，并建立柱形装药爆炸应力波峰值应力计算公式。研究结果表明：各爆炸破坏分区中爆炸应力波衰减规律存在显著差异，与中远区（过渡区和破裂区）相比，装药近区（拟流体区和压碎区）衰减更快，另外，柱形装药长径比增加会加快法向峰值应力的衰减；并且建立的爆炸应力波峰值应力计算公式可以较为准确快速地计算出不同形状、不同埋深下柱形装药爆炸应力波的法向峰值应力。
为了探究柱形装药爆炸应力波在混凝土介质中的传播规律，基于Karagozian and Case concrete (KCC)本构模型和多物质ALE算法（multi-material ALE，MMALE）开展数值模拟研究。首先，通过与已有的试验数据进行对比，验证了本构模型参数和数值算法的适用性；在此基础上以峰值应力为准则，对装药周围混凝土介质的爆炸破坏分区进行划分，并讨论了各破坏分区中爆炸应力波的衰减规律；之后，分析了装药长径比对爆炸破坏分区和爆炸应力波传播规律的影响；最后，进一步考虑装药埋深的影响，并建立柱形装药爆炸应力波峰值应力计算公式。研究结果表明：各爆炸破坏分区中爆炸应力波衰减规律存在显著差异，与中远区（过渡区和破裂区）相比，装药近区（拟流体区和压碎区）衰减更快，另外，柱形装药长径比增加会加快法向峰值应力的衰减；并且建立的爆炸应力波峰值应力计算公式可以较为准确快速地计算出不同形状、不同埋深下柱形装药爆炸应力波的法向峰值应力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0268
摘要:
为了探究包覆铝粉爆炸火焰的发展演化规律与传播机理，采用溶剂蒸发法制备了壳-核结构硬脂酸包覆铝粉（SA@Al），利用改进的哈特曼管进行实验，研究了粉尘云浓度对5%、10%与15%包覆浓度SA@Al粉尘爆炸火焰传播特性的影响；同时采用CHEMKIN模拟分析其气相爆炸反应动力学特征，从而揭示SA@Al爆炸火焰传播机理。结果表明，随着粉尘云浓度的增大，5%、10%和15%包覆浓度SA@Al粉尘爆炸火焰的饱满度和连续性均先增强后减弱，平均火焰传播速度均呈先增大后减小的趋势，当粉尘云浓度为500 g/m3时火焰传播速度均达到最大。相比而言，纯铝粉爆炸火焰传播速度在750 g/m3时达到最大，表明硬脂酸包覆层促进了铝粉爆炸火焰的传播。此外，各粉尘云浓度下，10%包覆浓度SA@Al爆炸火焰最剧烈，平均火焰传播速度最大。SA@Al爆炸火焰升温主要包括快速升温和缓慢升温2个阶段，快速升温阶段R2、R11和R10的温度敏感性较高，缓慢升温阶段R5、R11的温度敏感性较高。粉尘云浓度对缓慢升温阶段的温升速率影响显著，使得500 g/m3时SA@Al的爆炸平衡温度最高。硬脂酸包覆层的燃烧促进了铝核的氧化，使爆炸反应得以强化，但过高的粉尘云浓度会导致O自由基受限，在一定程度上削弱反应强度。
为了探究包覆铝粉爆炸火焰的发展演化规律与传播机理，采用溶剂蒸发法制备了壳-核结构硬脂酸包覆铝粉（SA@Al），利用改进的哈特曼管进行实验，研究了粉尘云浓度对5%、10%与15%包覆浓度SA@Al粉尘爆炸火焰传播特性的影响；同时采用CHEMKIN模拟分析其气相爆炸反应动力学特征，从而揭示SA@Al爆炸火焰传播机理。结果表明，随着粉尘云浓度的增大，5%、10%和15%包覆浓度SA@Al粉尘爆炸火焰的饱满度和连续性均先增强后减弱，平均火焰传播速度均呈先增大后减小的趋势，当粉尘云浓度为500 g/m3时火焰传播速度均达到最大。相比而言，纯铝粉爆炸火焰传播速度在750 g/m3时达到最大，表明硬脂酸包覆层促进了铝粉爆炸火焰的传播。此外，各粉尘云浓度下，10%包覆浓度SA@Al爆炸火焰最剧烈，平均火焰传播速度最大。SA@Al爆炸火焰升温主要包括快速升温和缓慢升温2个阶段，快速升温阶段R2、R11和R10的温度敏感性较高，缓慢升温阶段R5、R11的温度敏感性较高。粉尘云浓度对缓慢升温阶段的温升速率影响显著，使得500 g/m3时SA@Al的爆炸平衡温度最高。硬脂酸包覆层的燃烧促进了铝核的氧化，使爆炸反应得以强化，但过高的粉尘云浓度会导致O自由基受限，在一定程度上削弱反应强度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0399
摘要:
随着全球资源需求的持续上升，深部地下工程的开发规模不断扩大，面临日益复杂的地质条件和高地应力环境。这种转变使得深部含结构面岩体的动力特性研究成为近年来的热点与难点问题。因此，对结构面的动剪切和动拉压特性进行了系统总结，并深入分析了多种因素对结构面动力行为的影响。此外，探讨了结构面效应对岩体动力特性的影响，特别是对岩体动强度和动变形的作用。针对常见的深部动力灾害，如岩爆、大变形和冲击地压，梳理了其触发机制与防治技术，强调了建立有效理论和技术体系的重要性。最后，对未来深部岩体结构面动力特性及动力灾害防控技术的研究方向进行了展望，呼吁结合新兴技术与理论方法，以提升研究的深度与广度，从而推动工程实践中的安全性和有效性。
随着全球资源需求的持续上升，深部地下工程的开发规模不断扩大，面临日益复杂的地质条件和高地应力环境。这种转变使得深部含结构面岩体的动力特性研究成为近年来的热点与难点问题。因此，对结构面的动剪切和动拉压特性进行了系统总结，并深入分析了多种因素对结构面动力行为的影响。此外，探讨了结构面效应对岩体动力特性的影响，特别是对岩体动强度和动变形的作用。针对常见的深部动力灾害，如岩爆、大变形和冲击地压，梳理了其触发机制与防治技术，强调了建立有效理论和技术体系的重要性。最后，对未来深部岩体结构面动力特性及动力灾害防控技术的研究方向进行了展望，呼吁结合新兴技术与理论方法，以提升研究的深度与广度，从而推动工程实践中的安全性和有效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0002
摘要:
为了解核乏燃料储运容器等球墨铸铁结构在低温、冲击环境下的动态断裂特性，通过改进的分离式霍普金森压杆技术对球墨铸铁材料在不同温度（20、−40、−60和−80 ℃）下的Ⅰ型动态断裂韧性进行了测试，并着重研究了材料的韧脆转变行为。试样的起裂时间由应变法确定，采用实验-数值方法确定了裂尖动态应力强度因子和材料的Ⅰ型动态断裂韧性。结果表明，在相同冲击速度加载下，球墨铸铁的Ⅰ型动态断裂韧性随温度的降低而明显降低，起裂时间也随温度降低而缩短。通过对断口进行微观分析，发现在不同温度下材料存在失效机理的转变。随着温度的降低，断口韧窝减少，河流花样以及解理台阶增多。通过对韧性与脆性微观形貌特征进行量化统计，发现材料在低温下存在延性特征变弱、脆性增强的规律，这种韧脆转变现象与材料断裂韧性的测试结果相吻合。
为了解核乏燃料储运容器等球墨铸铁结构在低温、冲击环境下的动态断裂特性，通过改进的分离式霍普金森压杆技术对球墨铸铁材料在不同温度（20、−40、−60和−80 ℃）下的Ⅰ型动态断裂韧性进行了测试，并着重研究了材料的韧脆转变行为。试样的起裂时间由应变法确定，采用实验-数值方法确定了裂尖动态应力强度因子和材料的Ⅰ型动态断裂韧性。结果表明，在相同冲击速度加载下，球墨铸铁的Ⅰ型动态断裂韧性随温度的降低而明显降低，起裂时间也随温度降低而缩短。通过对断口进行微观分析，发现在不同温度下材料存在失效机理的转变。随着温度的降低，断口韧窝减少，河流花样以及解理台阶增多。通过对韧性与脆性微观形貌特征进行量化统计，发现材料在低温下存在延性特征变弱、脆性增强的规律，这种韧脆转变现象与材料断裂韧性的测试结果相吻合。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0280
摘要:
为研究爆炸作用下碳纤维增强聚合物（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固砌体填充墙的抗爆性能及设计方法，首先，采用有限元软件LS-DYNA建立砌体填充墙的简化分离有限元模型及CFRP布加固抗爆分析模型，通过与已有的9组未加固和CFRP布加固砌体填充墙的野外爆炸试验结果进行对比，验证了所采用的墙体简化分离建模方法、砌体和CFRP布本构模型及参数以及相应接触算法的适用性。然后，参考标准GB50608 —2020推荐的砌体墙CFRP抗震加固方式，通过对比分析爆炸作用下CFRP布加固原型砌体填充墙的动力行为，建议优先采用对角双向加固方式，其次是垂直双向和横向满铺加固方式，不建议采用竖向满铺和混合三向加固方式。最后，以同时满足CFRP布基本保持完整、墙体中心不发生砌块飞散以及墙体中心最大面外挠度小于墙厚为设计目标，得出典型小轿车（227 kg TNT当量）和手提包炸弹（23 kg TNT当量）在不同比例距离爆炸时，对应6~9度抗震设防等级要求的3种拉结筋布置形式（无/截断/通长拉结筋）原型墙体需要加固的比例距离范围分别为0.8~2.0 m/kg1/3和0.2~1.2 m/kg1/3，进一步给出了最优CFRP布加固层数建议。结果表明，拉结筋布置对最优加固层数的影响较小，仅影响墙体需要加固的临界爆炸比例距离。
为研究爆炸作用下碳纤维增强聚合物（carbon fiber reinforced polymer, CFRP）布加固砌体填充墙的抗爆性能及设计方法，首先，采用有限元软件LS-DYNA建立砌体填充墙的简化分离有限元模型及CFRP布加固抗爆分析模型，通过与已有的9组未加固和CFRP布加固砌体填充墙的野外爆炸试验结果进行对比，验证了所采用的墙体简化分离建模方法、砌体和CFRP布本构模型及参数以及相应接触算法的适用性。然后，参考标准GB
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0363
摘要:
软管锥套式空中加油过程涉及气动力、燃油流动、柔性结构变形的复杂耦合，其耦合求解对仿真技术要求高、计算量大，严重制约了软管空中加油的准确性与安全性。为了准确分析软管锥套组合体在对接输油过程中的动力学特性，避开动力学方程建模的劣势，提出了一种考虑气动力、尾涡、软管变形与气流场双向影响、燃油内部流动综合影响下软管锥套组合体结构变形过程的流固耦合有限元模型及求解方法。模型中计算了稳定伞的作用效果并等效解耦成力和转角边界条件，推导了机翼尾涡作用力方程，采用联合仿真技术进行了流固耦合分析，软管拖曳平衡状态的计算结果与试验数据吻合良好。通过进一步仿真计算，对燃油流动、对接参数及飞行参数等甩鞭现象产生的影响因素进行了分析，结果表明：对接速度和回收加速度的匹配关系是甩鞭载荷的主要影响因素，回收加速度与最优匹配对接速度大小正相关；其次，飞行参数是次要影响因素，在不考虑燃油流动时，每一种高度下都呈现出“飞行速度越高，甩鞭载荷越低”的特点；燃油流动是一项干扰因素，一定程度会干扰上述规律，但不会影响整体规律，需要针对工况进行分析。
软管锥套式空中加油过程涉及气动力、燃油流动、柔性结构变形的复杂耦合，其耦合求解对仿真技术要求高、计算量大，严重制约了软管空中加油的准确性与安全性。为了准确分析软管锥套组合体在对接输油过程中的动力学特性，避开动力学方程建模的劣势，提出了一种考虑气动力、尾涡、软管变形与气流场双向影响、燃油内部流动综合影响下软管锥套组合体结构变形过程的流固耦合有限元模型及求解方法。模型中计算了稳定伞的作用效果并等效解耦成力和转角边界条件，推导了机翼尾涡作用力方程，采用联合仿真技术进行了流固耦合分析，软管拖曳平衡状态的计算结果与试验数据吻合良好。通过进一步仿真计算，对燃油流动、对接参数及飞行参数等甩鞭现象产生的影响因素进行了分析，结果表明：对接速度和回收加速度的匹配关系是甩鞭载荷的主要影响因素，回收加速度与最优匹配对接速度大小正相关；其次，飞行参数是次要影响因素，在不考虑燃油流动时，每一种高度下都呈现出“飞行速度越高，甩鞭载荷越低”的特点；燃油流动是一项干扰因素，一定程度会干扰上述规律，但不会影响整体规律，需要针对工况进行分析。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0225
摘要:
增材制造凭借其高设计自由度和快速成形的特点，在制造复杂几何结构的航空航天和国防领域关键部件上具有巨大的优势。Ti-6Al-4V钛合金具有低密度、高比强度及抗蠕变性的特性，在经常承受冲击载荷的航天器、武器装备等关键部位上得到了广泛应用，深入了解增材制造Ti-6Al-4V钛合金在动静载荷作用下的力学性能及影响机制是提高构件使役性能的重要基础。为此，对增材制造Ti-6Al-4V钛合金的力学响应最新研究进展进行了系统的梳理和归纳。首先，简要概括了典型金属增材制造技术分类和工作原理。其次，梳理了增材制造Ti-6Al-4V钛合金的准静态拉伸性能和动态压缩性能，并与铸造和锻造Ti-6Al-4V构件的力学性能进行了比较。然后，对增材制造钛合金显微组织和力学行为的关联机制展开了讨论。最后，针对增材制造Ti-6Al-4V合金在静态载荷作用下的各向异性力学响应，总结了常用改善各向异性的后处理工艺。
增材制造凭借其高设计自由度和快速成形的特点，在制造复杂几何结构的航空航天和国防领域关键部件上具有巨大的优势。Ti-6Al-4V钛合金具有低密度、高比强度及抗蠕变性的特性，在经常承受冲击载荷的航天器、武器装备等关键部位上得到了广泛应用，深入了解增材制造Ti-6Al-4V钛合金在动静载荷作用下的力学性能及影响机制是提高构件使役性能的重要基础。为此，对增材制造Ti-6Al-4V钛合金的力学响应最新研究进展进行了系统的梳理和归纳。首先，简要概括了典型金属增材制造技术分类和工作原理。其次，梳理了增材制造Ti-6Al-4V钛合金的准静态拉伸性能和动态压缩性能，并与铸造和锻造Ti-6Al-4V构件的力学性能进行了比较。然后，对增材制造钛合金显微组织和力学行为的关联机制展开了讨论。最后，针对增材制造Ti-6Al-4V合金在静态载荷作用下的各向异性力学响应，总结了常用改善各向异性的后处理工艺。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0119
摘要:
鉴于H型钢柱在工业厂房、停车场等场合应用时易遭受吊装载荷和车辆撞击，在前期试验研究的基础上，通过有限元对H型钢柱撞击中及撞击后的力学性能开展全过程分析。首先，通过机理分析，获得了不同轴压比影响下试件的变形特征、应力和耗能发展。结果表明，侧向撞击下，H型钢柱以整体变形为主，上翼缘和腹板分别发生局部凹陷和平面外屈曲；撞击力时程曲线呈现明显的平台段，预加轴力明显削弱试件的抗撞能力。其次，建立了108个参数分析模型，重点探究了荷载参数（撞击质量m、撞击速度vh,m和轴压比n）、材料参数（屈服强度fys）和几何参数（截面面积A和试件长度L）对撞击力、撞击变形和剩余承载力的影响，发现随着撞击质量m、撞击速度vh,m和轴压比n的增大，H型钢柱的整体和局部变形增大，剩余承载力降低。此外，钢材强度的提高有效增强了试件的抗撞性能。最后，基于响应面法提出了多因子交互影响的撞击下整体和局部变形及撞击后剩余承载力的预测公式，可用于H型钢柱撞击全过程损伤评估与设计。
鉴于H型钢柱在工业厂房、停车场等场合应用时易遭受吊装载荷和车辆撞击，在前期试验研究的基础上，通过有限元对H型钢柱撞击中及撞击后的力学性能开展全过程分析。首先，通过机理分析，获得了不同轴压比影响下试件的变形特征、应力和耗能发展。结果表明，侧向撞击下，H型钢柱以整体变形为主，上翼缘和腹板分别发生局部凹陷和平面外屈曲；撞击力时程曲线呈现明显的平台段，预加轴力明显削弱试件的抗撞能力。其次，建立了108个参数分析模型，重点探究了荷载参数（撞击质量m、撞击速度vh,m和轴压比n）、材料参数（屈服强度fys）和几何参数（截面面积A和试件长度L）对撞击力、撞击变形和剩余承载力的影响，发现随着撞击质量m、撞击速度vh,m和轴压比n的增大，H型钢柱的整体和局部变形增大，剩余承载力降低。此外，钢材强度的提高有效增强了试件的抗撞性能。最后，基于响应面法提出了多因子交互影响的撞击下整体和局部变形及撞击后剩余承载力的预测公式，可用于H型钢柱撞击全过程损伤评估与设计。
, 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-2024-0261
摘要:
加工与装配的公差导致间隙在工程结构中广泛存在，强动载下间隙内可能产生威胁结构可靠性与安全性的间隙射流，为了深入了解间隙射流的形成过程和形成机制，基于二级轻气炮对带有间隙的金属钨样品开展了超高速冲击加载实验，通过高速分幅照相系统记录了间隙射流的形成及演化过程。采用ANSYS Autodyn软件建立了预测间隙射流形成的数值模型，并基于代表性实验获取的射流形态及头部速度历史验证了该数值模型的适用性。通过调整数值模型中的飞片速度、间隙宽度和间隙半角，分别研究了这三者对间隙射流形成的影响，分析了定常射流模型的局限性。在此基础上，结合数值模拟结果，提出了预测间隙射流头部速度和质量的经验模型。研究表明，基于欧拉方法建立的数值模型能够较准确地预测强动载下间隙射流的形成。加载压力是控制射流头部速度和质量的主要因素，随着加载压力的提高，射流头部速度和质量也相应增大。间隙宽度和间隙半角对射流头部速度的影响较小，但间隙射流质量随间隙宽度和间隙半角的增大呈线性增大。由于间隙闭合速度的估算存在较大误差，定常射流模型未能准确预测间隙射流的形成，而所提出的经验模型与数值模拟结果具有较高的吻合度。
加工与装配的公差导致间隙在工程结构中广泛存在，强动载下间隙内可能产生威胁结构可靠性与安全性的间隙射流，为了深入了解间隙射流的形成过程和形成机制，基于二级轻气炮对带有间隙的金属钨样品开展了超高速冲击加载实验，通过高速分幅照相系统记录了间隙射流的形成及演化过程。采用ANSYS Autodyn软件建立了预测间隙射流形成的数值模型，并基于代表性实验获取的射流形态及头部速度历史验证了该数值模型的适用性。通过调整数值模型中的飞片速度、间隙宽度和间隙半角，分别研究了这三者对间隙射流形成的影响，分析了定常射流模型的局限性。在此基础上，结合数值模拟结果，提出了预测间隙射流头部速度和质量的经验模型。研究表明，基于欧拉方法建立的数值模型能够较准确地预测强动载下间隙射流的形成。加载压力是控制射流头部速度和质量的主要因素，随着加载压力的提高，射流头部速度和质量也相应增大。间隙宽度和间隙半角对射流头部速度的影响较小，但间隙射流质量随间隙宽度和间隙半角的增大呈线性增大。由于间隙闭合速度的估算存在较大误差，定常射流模型未能准确预测间隙射流的形成，而所提出的经验模型与数值模拟结果具有较高的吻合度。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0353
摘要:
为探究节理岩体在循环动力扰动作用下的动态力学行为，采用分离式霍普金森压杆试验系统，对含单节理辉长岩试件进行了单轴循环冲击试验，从试件的抗冲击能力、应力应变性质、能量和损伤的演化对其动态力学行为进行了全面分析。结果表明，试件在循环冲击作用下的破坏模式为劈裂，节理倾角显著影响试件的抗冲击能力；试件在循环冲击过程中均出现了应变回弹现象，其力学性质并不随着冲击次数的增加而单调弱化；用耗散能表示的累积损伤系数随着冲击次数的增加近似线性增大，增幅随节理倾角的增大而减小。在低应力冲击作用下，单节理试件内的压剪应力不足以产生剪切裂纹，试件的破坏主要是由拉应力引起的张拉裂纹逐渐扩展并与节理相互贯通造成的。多节理岩体与单节理岩体的破坏机理类似，在循环冲击过程中会同时出现微缺陷的压密和节理处微裂纹的萌生，然而裂纹是否能使试件内的节理相互贯通影响了多节理试件的抗冲击能力，对于完整岩石试件，则是先出现微缺陷的压密，随后微裂纹以概率分布的形式被激活，最终导致试件破坏。
为探究节理岩体在循环动力扰动作用下的动态力学行为，采用分离式霍普金森压杆试验系统，对含单节理辉长岩试件进行了单轴循环冲击试验，从试件的抗冲击能力、应力应变性质、能量和损伤的演化对其动态力学行为进行了全面分析。结果表明，试件在循环冲击作用下的破坏模式为劈裂，节理倾角显著影响试件的抗冲击能力；试件在循环冲击过程中均出现了应变回弹现象，其力学性质并不随着冲击次数的增加而单调弱化；用耗散能表示的累积损伤系数随着冲击次数的增加近似线性增大，增幅随节理倾角的增大而减小。在低应力冲击作用下，单节理试件内的压剪应力不足以产生剪切裂纹，试件的破坏主要是由拉应力引起的张拉裂纹逐渐扩展并与节理相互贯通造成的。多节理岩体与单节理岩体的破坏机理类似，在循环冲击过程中会同时出现微缺陷的压密和节理处微裂纹的萌生，然而裂纹是否能使试件内的节理相互贯通影响了多节理试件的抗冲击能力，对于完整岩石试件，则是先出现微缺陷的压密，随后微裂纹以概率分布的形式被激活，最终导致试件破坏。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0278
摘要:
为研究锆基非晶合金破片侵彻碳纤维损伤机理和后效靶毁伤能力，采用12.7 mm弹道枪开展了球型锆基非晶合金破片侵彻6 mm厚碳纤维靶和后效2 mm厚LY12靶组成的叠合靶和间隔靶的弹道枪试验研究，采用图像识别技术分析了后效LY12靶毁伤的面积。研究结果表明：碳纤维靶的毁伤面积与破片速度正相关，且无明显扩孔反应，迎弹面主要为纤维剪切破坏和压缩变形毁伤，背弹面则主要为拉伸撕裂破坏以及层间失效。破片冲击相同设置靶板时，LY12靶的毁伤面积随冲击速度增加而增大，速度低于954.7 m/s时，间隔靶后效LY12靶的毁伤面积小于叠合靶后效LY12靶毁伤面积，随着速度提高，间隔靶后效LY12靶的毁伤面积快速提高，而叠合靶后效LY12靶毁伤面积的增长趋于平缓，且前者远大于后者。因此，高速撞击时，设置间隔靶对于后效毁伤更有利。
为研究锆基非晶合金破片侵彻碳纤维损伤机理和后效靶毁伤能力，采用12.7 mm弹道枪开展了球型锆基非晶合金破片侵彻6 mm厚碳纤维靶和后效2 mm厚LY12靶组成的叠合靶和间隔靶的弹道枪试验研究，采用图像识别技术分析了后效LY12靶毁伤的面积。研究结果表明：碳纤维靶的毁伤面积与破片速度正相关，且无明显扩孔反应，迎弹面主要为纤维剪切破坏和压缩变形毁伤，背弹面则主要为拉伸撕裂破坏以及层间失效。破片冲击相同设置靶板时，LY12靶的毁伤面积随冲击速度增加而增大，速度低于954.7 m/s时，间隔靶后效LY12靶的毁伤面积小于叠合靶后效LY12靶毁伤面积，随着速度提高，间隔靶后效LY12靶的毁伤面积快速提高，而叠合靶后效LY12靶毁伤面积的增长趋于平缓，且前者远大于后者。因此，高速撞击时，设置间隔靶对于后效毁伤更有利。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0335
摘要:
为了在裂隙岩体动态损伤模型中考虑裂隙粗糙度的影响：首先，基于前人提出的能够同时考虑裂隙几何参数、强度参数及变形参数的岩体宏观损伤变量计算模型，通过引入Barton建立的粗糙裂隙JRC-JCS抗剪强度模型，提出了能够同时考虑裂隙粗糙度的岩体宏观损伤变量计算模型；其次，将该计算模型引入到前人提出的考虑宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型中，建立了能够同时考虑裂隙粗糙度的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型；最后，通过参数敏感性分析研究了裂隙粗糙度JRC、裂隙面基本摩擦角φb、裂隙长度2a对岩体动态力学特性的影响。结果显示，当JRC由0分别增加到10和20时，岩体动态峰值强度由26.42分别增加到27.28和28.37 MPa；当φb由0°分别增加到15°和30°时，岩体动态峰值强度由26.24 MPa分别增加到27.28和28.80 MPa；当2a由1 cm分别增加到2和3 cm时，岩体动态峰值强度由31.37 MPa分别降低至27.28和23.90 MPa。同时为了更精确地刻画裂隙面粗糙度的影响，将裂隙面分形维数引入到岩体动态损伤模型中，不但提高了模型计算精度，而且拓宽了其应用范围，更便于实际工程应用。
为了在裂隙岩体动态损伤模型中考虑裂隙粗糙度的影响：首先，基于前人提出的能够同时考虑裂隙几何参数、强度参数及变形参数的岩体宏观损伤变量计算模型，通过引入Barton建立的粗糙裂隙JRC-JCS抗剪强度模型，提出了能够同时考虑裂隙粗糙度的岩体宏观损伤变量计算模型；其次，将该计算模型引入到前人提出的考虑宏细观缺陷耦合的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型中，建立了能够同时考虑裂隙粗糙度的非贯通裂隙岩体单轴压缩动态损伤模型；最后，通过参数敏感性分析研究了裂隙粗糙度JRC、裂隙面基本摩擦角φb、裂隙长度2a对岩体动态力学特性的影响。结果显示，当JRC由0分别增加到10和20时，岩体动态峰值强度由26.42分别增加到27.28和28.37 MPa；当φb由0°分别增加到15°和30°时，岩体动态峰值强度由26.24 MPa分别增加到27.28和28.80 MPa；当2a由1 cm分别增加到2和3 cm时，岩体动态峰值强度由31.37 MPa分别降低至27.28和23.90 MPa。同时为了更精确地刻画裂隙面粗糙度的影响，将裂隙面分形维数引入到岩体动态损伤模型中，不但提高了模型计算精度，而且拓宽了其应用范围，更便于实际工程应用。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0227
摘要:
缩比实验具有成本低、风险小、周期短等优势，在航空航天等领域应用广泛。以典型民机机身下部结构为对象，开展了民机结构坠撞缩比理论分析和实验方法研究。推导了民机坠撞缩放比例因子，设计并加工了1/4缩比实验件，开展了6 m/s工况下的坠撞实验，获得了全尺寸坠撞实验与缩比实验中机身结构关键位置处的速度和加速度响应、地面撞击载荷响应以及局部关键部位的变形和破坏模式，并对其进行了对比分析。结果表明：缩比实验件与全尺寸实验件在框和立柱处的变形和破坏模式具有较好一致性。缩比结构对全尺寸原型结构的坠撞载荷峰值预测误差为14.4%，座椅加速度峰值预测误差为14.8%，横梁处的加速度峰值预测误差为13.1%。缩比实验可以有效预测全尺寸原型结构的变形、破坏过程和关键部位的动态响应，可用于民机结构坠撞性能验证和评估。
缩比实验具有成本低、风险小、周期短等优势，在航空航天等领域应用广泛。以典型民机机身下部结构为对象，开展了民机结构坠撞缩比理论分析和实验方法研究。推导了民机坠撞缩放比例因子，设计并加工了1/4缩比实验件，开展了6 m/s工况下的坠撞实验，获得了全尺寸坠撞实验与缩比实验中机身结构关键位置处的速度和加速度响应、地面撞击载荷响应以及局部关键部位的变形和破坏模式，并对其进行了对比分析。结果表明：缩比实验件与全尺寸实验件在框和立柱处的变形和破坏模式具有较好一致性。缩比结构对全尺寸原型结构的坠撞载荷峰值预测误差为14.4%，座椅加速度峰值预测误差为14.8%，横梁处的加速度峰值预测误差为13.1%。缩比实验可以有效预测全尺寸原型结构的变形、破坏过程和关键部位的动态响应，可用于民机结构坠撞性能验证和评估。
, 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-2024-0359
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-2024-0431
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-2024-0232
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-2024-0191
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-2024-0203
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-2024-0279
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-2024-0254
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。
