2007年 27卷 第2期
2007, 27(2): 97-102.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0097-06
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本文被引
摘要:
针对爆轰波对碰驱动下金属圆管对碰区易出现过早断裂的问题，以加环紫铜（T2）圆管作为研究对象，利用高速分幅摄影、脉冲X光照相、VISAR三种测试技术，对其在爆轰波对碰驱动下的变形及破坏过程进行了观测。实验结果显示：在紫铜圆管对碰部位增加保护环结构，可以有效推迟该部位圆管的破裂时间。但同时也发现：加保护环后圆管对碰区会出现射流状超前突起现象。由高速摄影结果与X光照相结果对比分析证实：射流状超前突起物质为圆管表面微喷颗粒与空气冲击波混合形成的雾状结构。另外，采用DYNA3D程序对实验模型进行了模拟，计算结果与实验结果符合较好。最后，利用DYNA3D程序就保护环倒角变化对金属圆管对碰区壳体破裂的影响特征进行了初步分析。
针对爆轰波对碰驱动下金属圆管对碰区易出现过早断裂的问题，以加环紫铜（T2）圆管作为研究对象，利用高速分幅摄影、脉冲X光照相、VISAR三种测试技术，对其在爆轰波对碰驱动下的变形及破坏过程进行了观测。实验结果显示：在紫铜圆管对碰部位增加保护环结构，可以有效推迟该部位圆管的破裂时间。但同时也发现：加保护环后圆管对碰区会出现射流状超前突起现象。由高速摄影结果与X光照相结果对比分析证实：射流状超前突起物质为圆管表面微喷颗粒与空气冲击波混合形成的雾状结构。另外，采用DYNA3D程序对实验模型进行了模拟，计算结果与实验结果符合较好。最后，利用DYNA3D程序就保护环倒角变化对金属圆管对碰区壳体破裂的影响特征进行了初步分析。
2007, 27(2): 103-108.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0103-06
摘要:
对FeMnNi合金进行了轻气炮平板撞击实验研究，实验中材料发生了相变和层裂。得到的FeMnNi合金的相变阈值压力为6.3~6.9 GPa，远低于纯铁的相变阈值压力13 GPa，说明Mn、Ni合金元素的加入会极大的降低相变阈值。回收试样观测表明，当应力高于FeMnNi合金的相变阈值时，样品中可能产生二次层裂现象和浅表层裂新现象。实验结果还表明该合金相变后层裂强度没有明显的提高。
对FeMnNi合金进行了轻气炮平板撞击实验研究，实验中材料发生了相变和层裂。得到的FeMnNi合金的相变阈值压力为6.3~6.9 GPa，远低于纯铁的相变阈值压力13 GPa，说明Mn、Ni合金元素的加入会极大的降低相变阈值。回收试样观测表明，当应力高于FeMnNi合金的相变阈值时，样品中可能产生二次层裂现象和浅表层裂新现象。实验结果还表明该合金相变后层裂强度没有明显的提高。
2007, 27(2): 109-115.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0109-07
摘要:
用分子动力学(MD)方法，对HMX基含少量TATB、F2311(粘结剂)和石蜡(钝感剂)的4组分PBX的结构和性能进行模拟研究。为细致考察各组分对主体炸药的作用，对2组分体系(HMX/TATB, HMX/F2311和HMX/石蜡)也进行类似的MD模拟。为深入揭示钝感机理和钝感剂的作用，还对HMX和石蜡超分子体系的相互作用进行量子化学第一性原理DFT计算。此外，对纯HMX及以它为基的多组分PBX的爆热和爆速进行了理论估算。结果表明，各PBX的弹性较纯HMX的有所改善，以粘结剂组分对主体炸药的力学性能影响最大。各组分的加入均或多或少地降低主体炸药的爆热和爆速。钝感剂与HMX的相互作用很弱，PBX的钝感性不是由电子结构因素所造成。多组分PBX的理论配方设计需综合考虑各种复杂因素。
用分子动力学(MD)方法，对HMX基含少量TATB、F2311(粘结剂)和石蜡(钝感剂)的4组分PBX的结构和性能进行模拟研究。为细致考察各组分对主体炸药的作用，对2组分体系(HMX/TATB, HMX/F2311和HMX/石蜡)也进行类似的MD模拟。为深入揭示钝感机理和钝感剂的作用，还对HMX和石蜡超分子体系的相互作用进行量子化学第一性原理DFT计算。此外，对纯HMX及以它为基的多组分PBX的爆热和爆速进行了理论估算。结果表明，各PBX的弹性较纯HMX的有所改善，以粘结剂组分对主体炸药的力学性能影响最大。各组分的加入均或多或少地降低主体炸药的爆热和爆速。钝感剂与HMX的相互作用很弱，PBX的钝感性不是由电子结构因素所造成。多组分PBX的理论配方设计需综合考虑各种复杂因素。
2007, 27(2): 116-120.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0116-05
摘要:
研究计及横向剪切的复合材料层合扁球壳在爆炸冲击载荷作用下的非线性轴对称动力屈曲问题。通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入R.H.Cole理论的爆炸冲击力，得到爆炸冲击下复合材料层合扁球壳的动力控制方程，应用Galerkin方法得到用顶点挠度表达的爆炸冲击动力响应方程，并采用Runge-Kutta方法进行数值求解，采用Budiansky-Roth准则确定冲击屈曲的临界载荷，讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响；数值算例表明，此方法是可行的。
研究计及横向剪切的复合材料层合扁球壳在爆炸冲击载荷作用下的非线性轴对称动力屈曲问题。通过在复合材料层合扁球壳非线性稳定性的基本方程中增加横向转动惯量项并引入R.H.Cole理论的爆炸冲击力，得到爆炸冲击下复合材料层合扁球壳的动力控制方程，应用Galerkin方法得到用顶点挠度表达的爆炸冲击动力响应方程，并采用Runge-Kutta方法进行数值求解，采用Budiansky-Roth准则确定冲击屈曲的临界载荷，讨论了壳体几何尺寸对复合材料层合扁球壳冲击屈曲的影响；数值算例表明，此方法是可行的。
2007, 27(2): 121-125.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0121-05
摘要:
利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服混凝土静动三轴试验系统对立方体试件进行一向恒定侧压的动态压缩试验。完成了四个侧向恒定压力等级的试验，应变速率变化范围为10-5~10-2 s-1。探讨了不同应变速率以及不同恒定侧压条件下混凝土强度与变形的变化规律。以试验数据为基础，在八面体应力空间中建立了适用于单向恒定侧压条件下混凝土双轴动态破坏的强度公式，为大坝、海上采油平台等大型混凝土结构的抗震安全分析提供了参考。
利用大连理工大学自行研制、改造的大型液压伺服混凝土静动三轴试验系统对立方体试件进行一向恒定侧压的动态压缩试验。完成了四个侧向恒定压力等级的试验，应变速率变化范围为10-5~10-2 s-1。探讨了不同应变速率以及不同恒定侧压条件下混凝土强度与变形的变化规律。以试验数据为基础，在八面体应力空间中建立了适用于单向恒定侧压条件下混凝土双轴动态破坏的强度公式，为大坝、海上采油平台等大型混凝土结构的抗震安全分析提供了参考。
2007, 27(2): 126-130.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0126-05
摘要:
利用显式动力学有限元方法对直杆弹塑性动力后屈曲进行了分析，模拟了直杆轴向碰撞动力屈曲的变形及发展过程。分析中在直杆碰撞端局部临界屈曲长度范围内引入半正弦波形式的初始缺陷，计算结果与文献中的实验数据获得了很好的一致。分析结果表明，随着碰撞过程中所产生的应力波逐渐向前传播，后屈曲变形过程中所呈现的多个半波形式的高阶屈曲模态由初始具有单个半波形式的简单屈曲模态迅速演变而成。分析结果同时也揭示了直杆动力屈曲变形发展的机理，以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。
利用显式动力学有限元方法对直杆弹塑性动力后屈曲进行了分析，模拟了直杆轴向碰撞动力屈曲的变形及发展过程。分析中在直杆碰撞端局部临界屈曲长度范围内引入半正弦波形式的初始缺陷，计算结果与文献中的实验数据获得了很好的一致。分析结果表明，随着碰撞过程中所产生的应力波逐渐向前传播，后屈曲变形过程中所呈现的多个半波形式的高阶屈曲模态由初始具有单个半波形式的简单屈曲模态迅速演变而成。分析结果同时也揭示了直杆动力屈曲变形发展的机理，以及轴向应力波和屈曲变形的相互作用规律。
2007, 27(2): 131-135.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0131-05
摘要:
为了在结构碰撞效应的有限元分析中描述材料行为，通过开展45钢在不同应力状态和温度下的准静态材料力学性能实验及拉伸SHB实验，考察了应力状态三轴度、温度和应变率对材料失效应变的影响。由实验数据得到了Johnson-Cook失效模型参量，并通过出现失效的Taylor撞击实验和数值模拟进行了一定的验证，表明模型描述与实验结果的趋势一致。
为了在结构碰撞效应的有限元分析中描述材料行为，通过开展45钢在不同应力状态和温度下的准静态材料力学性能实验及拉伸SHB实验，考察了应力状态三轴度、温度和应变率对材料失效应变的影响。由实验数据得到了Johnson-Cook失效模型参量，并通过出现失效的Taylor撞击实验和数值模拟进行了一定的验证，表明模型描述与实验结果的趋势一致。
2007, 27(2): 136-142.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0136-07
摘要:
应用有限元方法分析了硐室损伤围岩中爆炸应力波的传播和应力分布特征，通过引入JHC本构模型和岩石损伤变量D探讨了应力波作用下岩体的损伤演化模式。研究表明：围岩初始损伤对后续爆炸应力波的波动性质、作用范围和围岩应力分布具有不同程度的影响。当初始损伤超过某临界值后会显著地影响应力波的波动范围和围岩应力分布；在一定爆炸当量下，爆炸应力存在一个有效作用范围Lp，该范围塑性区以内，爆炸应力对岩体的损伤随围岩初始损伤增大而增大；有效作用范围Lp以外，围岩初始残余非弹性变形积累和单元残余拉应力可以平衡爆炸应力波动产生的损伤叠加效应，耗散了爆炸应力作用和波动能量。分析了产生在这种现象的原因。给出了有效作用范围Lp与围岩初始等效应力p之间的经验关系。
应用有限元方法分析了硐室损伤围岩中爆炸应力波的传播和应力分布特征，通过引入JHC本构模型和岩石损伤变量D探讨了应力波作用下岩体的损伤演化模式。研究表明：围岩初始损伤对后续爆炸应力波的波动性质、作用范围和围岩应力分布具有不同程度的影响。当初始损伤超过某临界值后会显著地影响应力波的波动范围和围岩应力分布；在一定爆炸当量下，爆炸应力存在一个有效作用范围Lp，该范围塑性区以内，爆炸应力对岩体的损伤随围岩初始损伤增大而增大；有效作用范围Lp以外，围岩初始残余非弹性变形积累和单元残余拉应力可以平衡爆炸应力波动产生的损伤叠加效应，耗散了爆炸应力作用和波动能量。分析了产生在这种现象的原因。给出了有效作用范围Lp与围岩初始等效应力p之间的经验关系。
2007, 27(2): 143-150.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0143-08
摘要:
实验采用压力传感器测量了指定点压力时间曲线。数值模拟基于二维反应欧拉方程和基元反应模型，采用二阶附加半隐的龙格-库塔法和5阶WENO格式分别离散时间和空间导数项，获得了指定点数值压力时间曲线。理论分析基于爆轰理论和激波动力学，分析了气相爆轰波反射过程所涉及的复杂波系演变并获得了反射激波速度。结果表明：本文数值模拟和理论计算定性上重复并解释了实验现象。气相爆轰波在右壁面反射后，右行稀疏波加速反射激波。其加速原因是：尽管激波波前声速减小，但激波马赫数增大，波前气流速度减小。在低初压下，可能还由于爆轰波后未反应或部分反应气体的作用，导致反射激波加速幅度比高初压下大。
实验采用压力传感器测量了指定点压力时间曲线。数值模拟基于二维反应欧拉方程和基元反应模型，采用二阶附加半隐的龙格-库塔法和5阶WENO格式分别离散时间和空间导数项，获得了指定点数值压力时间曲线。理论分析基于爆轰理论和激波动力学，分析了气相爆轰波反射过程所涉及的复杂波系演变并获得了反射激波速度。结果表明：本文数值模拟和理论计算定性上重复并解释了实验现象。气相爆轰波在右壁面反射后，右行稀疏波加速反射激波。其加速原因是：尽管激波波前声速减小，但激波马赫数增大，波前气流速度减小。在低初压下，可能还由于爆轰波后未反应或部分反应气体的作用，导致反射激波加速幅度比高初压下大。
2007, 27(2): 151-158.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0151-08
摘要:
通过对典型半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察，结合数值模拟，分析了舱内爆炸载荷的特征以及舱内爆炸下舱室板架结构的失效模式。结果表明，舱内爆炸下，舱室板架结构承受的冲击载荷及失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载荷及失效模式有较大区别，其动态响应难以用敞开环境爆炸下加筋板结构的动态响应描述；舱内爆炸载荷主要有壁面反射冲击波、角隅汇聚冲击波以及准静态气体压力，其中两壁面和三壁面角隅汇聚冲击波的强度分别为相同部位壁面反射冲击波强度的5倍和12倍以上；舱室板架结构主要有4种失效模式，其中模式Ⅲ、Ⅳ较常发生；舱室板架结构加强筋布置在迎爆面将使板架中部的局部破坏程度增加，但有利于削弱角隅汇聚冲击波强度，减小板架沿角隅部位的撕裂破坏。
通过对典型半穿甲导弹打靶实验中舰艇结构破坏模式的观察，结合数值模拟，分析了舱内爆炸载荷的特征以及舱内爆炸下舱室板架结构的失效模式。结果表明，舱内爆炸下，舱室板架结构承受的冲击载荷及失效模式与敞开环境爆炸下加筋板结构承受的冲击载荷及失效模式有较大区别，其动态响应难以用敞开环境爆炸下加筋板结构的动态响应描述；舱内爆炸载荷主要有壁面反射冲击波、角隅汇聚冲击波以及准静态气体压力，其中两壁面和三壁面角隅汇聚冲击波的强度分别为相同部位壁面反射冲击波强度的5倍和12倍以上；舱室板架结构主要有4种失效模式，其中模式Ⅲ、Ⅳ较常发生；舱室板架结构加强筋布置在迎爆面将使板架中部的局部破坏程度增加，但有利于削弱角隅汇聚冲击波强度，减小板架沿角隅部位的撕裂破坏。
2007, 27(2): 159-164.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0159-06
摘要:
应用动态焦散线测试系统，模拟含节理岩体断裂爆破过程，进行了PMMA模型透射式动态焦散线实验，着重研究了爆炸初始裂纹与节理面夹角不同的情况下，裂纹尖端动态强度因子的变化规律、裂纹穿过节理面的扩展规律、以及炮孔与节理距离不同时裂纹穿过节理扩展的规律。实验结果分析表明，爆生裂纹穿过节理面时，裂纹尖端的动态强度因子和裂纹扩展速度显著下降，穿过节理面后，强度因子又增强；裂纹穿过节理面时，裂纹会沿节理面偏离一段距离后沿原方向继续扩展。实验结果还表明，炮孔与节理间距适宜的情况下，裂纹才会穿过节理继续扩展，间距太小和过大都不利于裂纹的扩展。
应用动态焦散线测试系统，模拟含节理岩体断裂爆破过程，进行了PMMA模型透射式动态焦散线实验，着重研究了爆炸初始裂纹与节理面夹角不同的情况下，裂纹尖端动态强度因子的变化规律、裂纹穿过节理面的扩展规律、以及炮孔与节理距离不同时裂纹穿过节理扩展的规律。实验结果分析表明，爆生裂纹穿过节理面时，裂纹尖端的动态强度因子和裂纹扩展速度显著下降，穿过节理面后，强度因子又增强；裂纹穿过节理面时，裂纹会沿节理面偏离一段距离后沿原方向继续扩展。实验结果还表明，炮孔与节理间距适宜的情况下，裂纹才会穿过节理继续扩展，间距太小和过大都不利于裂纹的扩展。
2007, 27(2): 165-170.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0165-06
摘要:
采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法，以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（weighted essentially non-oscillatory schemes），给出了高温气体状态方程的简便描述，并考虑激光与等离子体的相互作用，模拟了强激光与固体靶相互作用时激光支持靶面等离子体流场的动态物理过程，并给出了不同参数条件下激光烧蚀固体靶的推进效应参数（冲量耦合系数等）。计算结果及与实验结果的对比表明，靶材料和激光参数（功率密度、波长、脉冲宽度等）是影响推进效应的主要因素，并且计算结果具有较高的精确度。
采用针对高温气体（等离子体）电离度的一种近似计算方法，以及具有五阶精度的广义Godunov差分格式-加权本质无振荡格式WENO（weighted essentially non-oscillatory schemes），给出了高温气体状态方程的简便描述，并考虑激光与等离子体的相互作用，模拟了强激光与固体靶相互作用时激光支持靶面等离子体流场的动态物理过程，并给出了不同参数条件下激光烧蚀固体靶的推进效应参数（冲量耦合系数等）。计算结果及与实验结果的对比表明，靶材料和激光参数（功率密度、波长、脉冲宽度等）是影响推进效应的主要因素，并且计算结果具有较高的精确度。
2007, 27(2): 171-178.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0171-08
摘要:
采用Green函数方法，研究浅埋裂纹和含有圆形凹陷的弹性半空间对入射SH波的散射。首先取含有半圆形凹陷的弹性半空间，任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数基本解作为Green函数；然后求解含半圆形凹陷的弹性半空间对SH波的散射问题；最后在裂纹实际存在位置利用Green函数实施裂纹的人工切割以恢复存在的裂纹，给出浅埋裂纹的半圆形凹陷弹性空间内的位移函数，进而求解裂纹存在对地表位移的影响。
采用Green函数方法，研究浅埋裂纹和含有圆形凹陷的弹性半空间对入射SH波的散射。首先取含有半圆形凹陷的弹性半空间，任意一点承受时间谐和的出平面线源荷载作用时的位移函数基本解作为Green函数；然后求解含半圆形凹陷的弹性半空间对SH波的散射问题；最后在裂纹实际存在位置利用Green函数实施裂纹的人工切割以恢复存在的裂纹，给出浅埋裂纹的半圆形凹陷弹性空间内的位移函数，进而求解裂纹存在对地表位移的影响。
2007, 27(2): 179-184.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0179-06
摘要:
将环境对双模量隔冲减振器的冲击分为两个阶段，在半正弦波冲击作用阶段采用双自由度模型进行响应计算，并以终了时刻的位移和速度作为自由振动阶段的初始条件，对自由振动阶段的单自由度模型进行响应计算。分析了某双模量隔冲减振系统在受半正弦波环境冲击下的响应特性，并与线性系统在受该冲击下的性质进行了比较。分析结果表明较易实现的双模量隔冲减振器具有较好的效果。
将环境对双模量隔冲减振器的冲击分为两个阶段，在半正弦波冲击作用阶段采用双自由度模型进行响应计算，并以终了时刻的位移和速度作为自由振动阶段的初始条件，对自由振动阶段的单自由度模型进行响应计算。分析了某双模量隔冲减振系统在受半正弦波环境冲击下的响应特性，并与线性系统在受该冲击下的性质进行了比较。分析结果表明较易实现的双模量隔冲减振器具有较好的效果。
2007, 27(2): 185-189.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0185-05
摘要:
应用分离式霍普金森压杆对90W-Ni-Mn合金的圆柱体试样进行了动态压缩实验，并对试样的剖面和断面进行了扫描电镜观察，结合试样的真实应力-应变曲线，发现合金在真实应变为约45％时出现明显的绝热剪切现象，随着冲击力的进一步增加，试样发生剪切断裂。可见90W-Ni-Mn合金较传统钨合金更易出现剪切带，具有更高的绝热剪切敏感性。
应用分离式霍普金森压杆对90W-Ni-Mn合金的圆柱体试样进行了动态压缩实验，并对试样的剖面和断面进行了扫描电镜观察，结合试样的真实应力-应变曲线，发现合金在真实应变为约45％时出现明显的绝热剪切现象，随着冲击力的进一步增加，试样发生剪切断裂。可见90W-Ni-Mn合金较传统钨合金更易出现剪切带，具有更高的绝热剪切敏感性。
2007, 27(2): 190-192.
doi: 10.11883/1001-1455(2007)02-0190-03
摘要:
采用微机电系统（MEMS）技术设计制作了一种微冲击开关，其敏感元件由悬臂梁支撑的质量块和其下的微触点构成。在冲击加速度作用下，质量块与触点碰撞实现接通。开关芯片体积为5 mm5 mm0.5 mm，动作门限3 000g，响应时间84 s，能承受极端的高冲击而不破坏。
采用微机电系统（MEMS）技术设计制作了一种微冲击开关，其敏感元件由悬臂梁支撑的质量块和其下的微触点构成。在冲击加速度作用下，质量块与触点碰撞实现接通。开关芯片体积为5 mm5 mm0.5 mm，动作门限3 000g，响应时间84 s，能承受极端的高冲击而不破坏。
