2010年 30卷 第6期
2010, 30(6): 561-568.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0561-08
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本文被引
摘要:
应用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了固支泡沫铝夹芯梁和等质量实体梁的塑性动力响应。 采用激光测速装置和位移传感器测量了泡沫子弹的撞击速度和后面板中心点的位移-时间曲线,研究了加载 冲量、面板厚度和芯层厚度对夹芯梁抗冲击性能的影响。给出了泡沫铝夹芯梁的变形与失效模式,实验结果 表明结构响应对夹芯结构配置比较敏感,后面板中心点的残余变形与加载冲量、面板厚度呈线性关系。与等 质量实体梁的比较表明,泡沫铝夹芯梁具有更好的抗冲击能力。实验结果对多孔金属夹芯结构的优化设计具 有一定的参考价值。
应用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了固支泡沫铝夹芯梁和等质量实体梁的塑性动力响应。 采用激光测速装置和位移传感器测量了泡沫子弹的撞击速度和后面板中心点的位移-时间曲线,研究了加载 冲量、面板厚度和芯层厚度对夹芯梁抗冲击性能的影响。给出了泡沫铝夹芯梁的变形与失效模式,实验结果 表明结构响应对夹芯结构配置比较敏感,后面板中心点的残余变形与加载冲量、面板厚度呈线性关系。与等 质量实体梁的比较表明,泡沫铝夹芯梁具有更好的抗冲击能力。实验结果对多孔金属夹芯结构的优化设计具 有一定的参考价值。
2010, 30(6): 569-576.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0569-08
摘要:
在动力学分析的基础上,将二维体系内的碎片轨迹方程扩展到三维体系内,将风这一影响因素考 虑在内。以墨西哥事故中水平圆柱储罐发生沸腾液体扩展为蒸气云爆炸(BLEVE)为例,利用Monte-Carlo法 模拟出碎片的轨迹曲线,计算得到有风和无风情况下碎片抛射距离的概率分布,得到一般情况下风对碎片危 害的影响较小。计算了无风情况下碎片碰撞目标容器的概率,得到碰撞概率随罐间距的增大而呈现严格的指 数衰减趋势,通过此关系式可以计算出符合安全要求的罐间距。研究结果对于提高储罐的安全性、缓解和控 制碎片产生的风险具有一定的指导意义。
在动力学分析的基础上,将二维体系内的碎片轨迹方程扩展到三维体系内,将风这一影响因素考 虑在内。以墨西哥事故中水平圆柱储罐发生沸腾液体扩展为蒸气云爆炸(BLEVE)为例,利用Monte-Carlo法 模拟出碎片的轨迹曲线,计算得到有风和无风情况下碎片抛射距离的概率分布,得到一般情况下风对碎片危 害的影响较小。计算了无风情况下碎片碰撞目标容器的概率,得到碰撞概率随罐间距的增大而呈现严格的指 数衰减趋势,通过此关系式可以计算出符合安全要求的罐间距。研究结果对于提高储罐的安全性、缓解和控 制碎片产生的风险具有一定的指导意义。
2010, 30(6): 577-582.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0577-06
摘要:
对爆炸膨胀环的运动过程和应力状态进行了理论分析,指出膨胀环在径向变形过程中其厚度减小 将引起内外壁的速度差,对膨胀环内外壁的速度差进行了分析。由于膨胀环内外壁速度差的存在必然造成复 杂应力状态,无法满足一维应力假定,由此推断出实验中利用外壁速度计算出的应力要略大于膨胀环内的平 均应力。利用LS-DYNA三维动力学有限元程序验证了理论分析结果,利用膨胀环外壁速度计算出的应力比 数值模拟给出的膨胀环内平均应力大1%左右。
对爆炸膨胀环的运动过程和应力状态进行了理论分析,指出膨胀环在径向变形过程中其厚度减小 将引起内外壁的速度差,对膨胀环内外壁的速度差进行了分析。由于膨胀环内外壁速度差的存在必然造成复 杂应力状态,无法满足一维应力假定,由此推断出实验中利用外壁速度计算出的应力要略大于膨胀环内的平 均应力。利用LS-DYNA三维动力学有限元程序验证了理论分析结果,利用膨胀环外壁速度计算出的应力比 数值模拟给出的膨胀环内平均应力大1%左右。
2010, 30(6): 583-587.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0583-05
摘要:
根据P.K.Tang等提出的对炸药爆轰产物超压状态方程建模时只对JWL状态方程CJ等熵线中 高压指数项做修正的研究思路,首先给定超压状态下内能等熵线的修正项,再根据热力学定律对内能等熵线 求微分而得到沿压力等熵线的修正项。对JB-9014炸药超压爆轰冲击Hugoniot实验数据和声速实验数据同 时进行拟合,得到了3个JWL状态方程在超压爆轰状态下的修正项,并进行了分析与比较。得到超压修正项 的方法简单,3组超压修正项与P.K.Tang的修正项一样,都能很好地拟合超压Hugoniot数据。在实验数据 范围外,对超压状态下的声速-压力实验数据的拟合精度有所差别。
根据P.K.Tang等提出的对炸药爆轰产物超压状态方程建模时只对JWL状态方程CJ等熵线中 高压指数项做修正的研究思路,首先给定超压状态下内能等熵线的修正项,再根据热力学定律对内能等熵线 求微分而得到沿压力等熵线的修正项。对JB-9014炸药超压爆轰冲击Hugoniot实验数据和声速实验数据同 时进行拟合,得到了3个JWL状态方程在超压爆轰状态下的修正项,并进行了分析与比较。得到超压修正项 的方法简单,3组超压修正项与P.K.Tang的修正项一样,都能很好地拟合超压Hugoniot数据。在实验数据 范围外,对超压状态下的声速-压力实验数据的拟合精度有所差别。
2010, 30(6): 588-592.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0588-05
摘要:
利用多相燃烧爆炸实验系统,通过高压喷粉/喷雾以及高能点火等过程,对化学当量比条件下3种 典型燃料空气炸药,即硝基甲烷/铝粉/空气、硝酸异丙酯/铝粉/空气、乙醚/铝粉/空气三相混合物的燃烧转爆 轰过程进行了实验研究,同时根据实验结果对比了3种三相混合物的燃爆性能。得到了三相悬浮混合物燃烧 转爆轰过程的宏观规律以及三相混合物燃爆性能随质量浓度变化的规律。
利用多相燃烧爆炸实验系统,通过高压喷粉/喷雾以及高能点火等过程,对化学当量比条件下3种 典型燃料空气炸药,即硝基甲烷/铝粉/空气、硝酸异丙酯/铝粉/空气、乙醚/铝粉/空气三相混合物的燃烧转爆 轰过程进行了实验研究,同时根据实验结果对比了3种三相混合物的燃爆性能。得到了三相悬浮混合物燃烧 转爆轰过程的宏观规律以及三相混合物燃爆性能随质量浓度变化的规律。
2010, 30(6): 593-597.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0593-05
摘要:
基于带化学反应的二维Euler方程,采用氢气/空气的9组分19步基元反应简化模型,对充有当量 比的氢气/空气预混气体的矩形爆轰流场中爆轰波的传播过程进行了数值模拟,讨论了均匀来流对爆轰波传 播的影响。数值结果表明,在均匀来流的影响下,上游方向上的燃烧强度大于C-J爆速,下游方向上的燃烧强 度小于C-J爆速;上游方向传播的爆轰波的阵面压力大于下游方向传播的爆轰波的阵面压力。所以,经典的 C-J爆轰理论并不适用于流动系统中爆轰波传播特性的研究。
基于带化学反应的二维Euler方程,采用氢气/空气的9组分19步基元反应简化模型,对充有当量 比的氢气/空气预混气体的矩形爆轰流场中爆轰波的传播过程进行了数值模拟,讨论了均匀来流对爆轰波传 播的影响。数值结果表明,在均匀来流的影响下,上游方向上的燃烧强度大于C-J爆速,下游方向上的燃烧强 度小于C-J爆速;上游方向传播的爆轰波的阵面压力大于下游方向传播的爆轰波的阵面压力。所以,经典的 C-J爆轰理论并不适用于流动系统中爆轰波传播特性的研究。
2010, 30(6): 598-606.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0598-09
摘要:
将高速侵彻混凝土靶板的弹体简化为自由梁,应用弹体侵彻阻力和梁动态弯曲内力分析了由小攻 角产生的横向载荷导致的弹体弯曲。结果表明,弹体理论弯曲条件受弹体着靶前状态、弹体结构和材料控制。 理论计算证实弹体高速侵彻混凝土靶板时由于小攻角的存在会发生弹体弯曲变形,弹体侵彻实验结果表明 弹体弯曲位置和弯曲条件与理论分析结果相符。
将高速侵彻混凝土靶板的弹体简化为自由梁,应用弹体侵彻阻力和梁动态弯曲内力分析了由小攻 角产生的横向载荷导致的弹体弯曲。结果表明,弹体理论弯曲条件受弹体着靶前状态、弹体结构和材料控制。 理论计算证实弹体高速侵彻混凝土靶板时由于小攻角的存在会发生弹体弯曲变形,弹体侵彻实验结果表明 弹体弯曲位置和弯曲条件与理论分析结果相符。
2010, 30(6): 607-613.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0607-07
摘要:
针对烟囱爆破拆除,通过建立烟囱倒塌的力学模型,运用数学方法推演了烟囱最大弯矩区域和最 大剪应力区域。此外,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA 对烟囱倒塌过程进行了数值模拟,并与实际倒塌 过程相比较。数值模拟结果表明,在距离地面约1/3、1/2和2/3处,筒体有应力集中现象,这些部位在烟囱倒 塌过程中容易折断,这与理论分析和实际过程相吻合。烟囱折断发生的位置和时间与筒体的切口形状和筒体 材料的力学性能密切相关,砖烟囱和钢筋混凝土烟囱的力学性能存在明显的差异。
针对烟囱爆破拆除,通过建立烟囱倒塌的力学模型,运用数学方法推演了烟囱最大弯矩区域和最 大剪应力区域。此外,采用有限元软件ANSYS/LS-DYNA 对烟囱倒塌过程进行了数值模拟,并与实际倒塌 过程相比较。数值模拟结果表明,在距离地面约1/3、1/2和2/3处,筒体有应力集中现象,这些部位在烟囱倒 塌过程中容易折断,这与理论分析和实际过程相吻合。烟囱折断发生的位置和时间与筒体的切口形状和筒体 材料的力学性能密切相关,砖烟囱和钢筋混凝土烟囱的力学性能存在明显的差异。
2010, 30(6): 614-621.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0614-08
摘要:
研究了切向均布随从力作用下热弹耦合轴向运动梁的稳定性问题。建立了热弹耦合轴向运动梁 在随从力作用下的运动微分方程,采用归一化幂级数法,推导出了2种边界条件下热弹耦合轴向运动梁在随 从力作用下的特征方程。计算了系统的前3阶量纲一复频率,分析了量纲一运动速度、量纲一热弹耦合系数 和量纲一随从力等参数对梁的稳定性的影响。
研究了切向均布随从力作用下热弹耦合轴向运动梁的稳定性问题。建立了热弹耦合轴向运动梁 在随从力作用下的运动微分方程,采用归一化幂级数法,推导出了2种边界条件下热弹耦合轴向运动梁在随 从力作用下的特征方程。计算了系统的前3阶量纲一复频率,分析了量纲一运动速度、量纲一热弹耦合系数 和量纲一随从力等参数对梁的稳定性的影响。
2010, 30(6): 622-627.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0622-06
摘要:
根据混沌理论,在研究大量小规模室内火灾实验结果的基础上,得到了一种新的、通过温度变化率 表征的轰燃判据;利用大规模室内火灾的实验结果,对该判据的实用性进行了初步验证。结果表明:这一判据 可以应用于预测大规模实际室内火灾中轰燃的发生。
根据混沌理论,在研究大量小规模室内火灾实验结果的基础上,得到了一种新的、通过温度变化率 表征的轰燃判据;利用大规模室内火灾的实验结果,对该判据的实用性进行了初步验证。结果表明:这一判据 可以应用于预测大规模实际室内火灾中轰燃的发生。
2010, 30(6): 628-632.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0628-05
摘要:
针对目前对火箭橇水刹车高速撞水研究的不足,采用流固耦合方法进行了数值研究,得到了超空 泡、水隆起、溅水、水压力等水形态,获得了水刹车的速度、加速度和阻力系数随时间的变化曲线。研究表明: 水刹车刀片和侧板头部形成的超空泡对水阻力影响最大、水隆起影响次之、溅水则基本无影响,水刹车阶梯式 入水结构可以有效降低入水冲击力峰值。所采用的方法为火箭橇水刹车设计提供了依据,可为其他相关物体 高速入水问题研究提供参考。
针对目前对火箭橇水刹车高速撞水研究的不足,采用流固耦合方法进行了数值研究,得到了超空 泡、水隆起、溅水、水压力等水形态,获得了水刹车的速度、加速度和阻力系数随时间的变化曲线。研究表明: 水刹车刀片和侧板头部形成的超空泡对水阻力影响最大、水隆起影响次之、溅水则基本无影响,水刹车阶梯式 入水结构可以有效降低入水冲击力峰值。所采用的方法为火箭橇水刹车设计提供了依据,可为其他相关物体 高速入水问题研究提供参考。
2010, 30(6): 633-640.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0633-08
摘要:
针对燃爆压裂过程中压挡液柱受冲击运动机理的复杂性,假设火药燃气与压挡液柱存在完全气液 接触界面,采用拉格朗日的微元分析方法,建立了由连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成的压挡液 柱运动规律动力学模型,并给出了该模型与火药燃爆模型的耦合数值解法。经程序编制和实例计算表明,在 综合考虑火药燃气对液柱的宏观推动作用、冲击压缩作用、液柱自身的动能分布及管壁对其摩擦阻力的影响 后,火药燃烧过程中气液界面上升高度有限(实例计算不足0.1m),可起到很好的持压作用;但全过程中最高 液柱位移较大(18.9m),水力振荡增效作用明显。研究成果对提高燃爆压裂的数值模拟精度具有一定促进 作用。
针对燃爆压裂过程中压挡液柱受冲击运动机理的复杂性,假设火药燃气与压挡液柱存在完全气液 接触界面,采用拉格朗日的微元分析方法,建立了由连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程组成的压挡液 柱运动规律动力学模型,并给出了该模型与火药燃爆模型的耦合数值解法。经程序编制和实例计算表明,在 综合考虑火药燃气对液柱的宏观推动作用、冲击压缩作用、液柱自身的动能分布及管壁对其摩擦阻力的影响 后,火药燃烧过程中气液界面上升高度有限(实例计算不足0.1m),可起到很好的持压作用;但全过程中最高 液柱位移较大(18.9m),水力振荡增效作用明显。研究成果对提高燃爆压裂的数值模拟精度具有一定促进 作用。
2010, 30(6): 641-646.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0641-06
摘要:
采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,在常温下对V-5Cr-5Ti合金分别进行了应变率效应试验、 限制应变试验和应变累积的动态压缩试验;分析了应变率、应变累积对V-5Cr-5Ti合金动态压缩性能的影响; 并对压缩试验后的试件进行了金相分析。结果表明,V-5Cr-5Ti合金具有明显的应变率和应变历史效应,而 应变历史对材料的动态压缩性能的影响更明显。在高应变率下,应变低于0.20时,出现孪晶组织;而应变高 于0.20时,孪晶组织急剧减少甚至消失。
采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,在常温下对V-5Cr-5Ti合金分别进行了应变率效应试验、 限制应变试验和应变累积的动态压缩试验;分析了应变率、应变累积对V-5Cr-5Ti合金动态压缩性能的影响; 并对压缩试验后的试件进行了金相分析。结果表明,V-5Cr-5Ti合金具有明显的应变率和应变历史效应,而 应变历史对材料的动态压缩性能的影响更明显。在高应变率下,应变低于0.20时,出现孪晶组织;而应变高 于0.20时,孪晶组织急剧减少甚至消失。
2010, 30(6): 647-651.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0647-05
摘要:
采用vanderWaals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型,计算了爆轰气相产 物的状态方程;用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态描述凝聚成分,由Gibbs自由能最 小确定了不同状态下的凝聚产物相态。对爆轰产物混合系统采用自由能最小原理,通过化学平衡方程组求解 了炸药爆轰产物系统的平衡组分。使用该理论计算了高含碳炸药PBX9502Chapman-Jouguet(CJ)点的爆轰 参数,计算值与实验值符合很好;同时计算了3条等温线,并与Sesame库比较,发现温度超过1000 ℃时,计 算值与Sesame库的计算结果比较接近。在计算的5802K 等温线上发现了一个拐点,分析发现是由于在此 处游离态的碳发生了相变。
采用vanderWaals等效单组分流体模型和Ross硬球微扰理论软球修正模型,计算了爆轰气相产 物的状态方程;用石墨相、金刚石相、类石墨液相和类金刚石液相4种相态描述凝聚成分,由Gibbs自由能最 小确定了不同状态下的凝聚产物相态。对爆轰产物混合系统采用自由能最小原理,通过化学平衡方程组求解 了炸药爆轰产物系统的平衡组分。使用该理论计算了高含碳炸药PBX9502Chapman-Jouguet(CJ)点的爆轰 参数,计算值与实验值符合很好;同时计算了3条等温线,并与Sesame库比较,发现温度超过1000 ℃时,计 算值与Sesame库的计算结果比较接近。在计算的5802K 等温线上发现了一个拐点,分析发现是由于在此 处游离态的碳发生了相变。
2010, 30(6): 652-657.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0652-06
摘要:
对炸药与金属颗粒混装及炸药与金属颗粒分装方式(添加分散剂和不添加分散剂)下炸药爆炸抛 撒金属颗粒群进行了实验研究。结果表明,分装方式下颗粒容易烧结成团且在空间分布不均,添加分散剂后 颗粒的分散性较好,没有烧结成团现象。混装方式下颗粒不会烧结,空间分散性较好。在有效距离内,从颗粒 空间数密度、颗粒对靶板的侵彻能力、工艺和安全等方面来看,分装加分散剂方式优于其他2种方式。
对炸药与金属颗粒混装及炸药与金属颗粒分装方式(添加分散剂和不添加分散剂)下炸药爆炸抛 撒金属颗粒群进行了实验研究。结果表明,分装方式下颗粒容易烧结成团且在空间分布不均,添加分散剂后 颗粒的分散性较好,没有烧结成团现象。混装方式下颗粒不会烧结,空间分散性较好。在有效距离内,从颗粒 空间数密度、颗粒对靶板的侵彻能力、工艺和安全等方面来看,分装加分散剂方式优于其他2种方式。
2010, 30(6): 658-663.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0658-06
摘要:
为了研究底排点火具射流蚀剥作用对底排药柱碎块脱落情况及其燃烧性能的影响,采用半密闭爆 发器实验装置模拟底排弹出膛口瞬态卸压工况,借助高速录像记录点火具点火与底排药柱燃烧的序列图像。 建立底排药柱在半密闭爆发器燃烧的数学模型,计算分析了不同碎块脱落质量引起的平均压力、质量流率和 燃烧时间的变化情况。研究结果表明:蚀剥作用发生在点火具点火初期,导致脱落的底排药剂碎块来不及燃 烧;蚀剥作用主要是强点火射流对底排药柱侵蚀与冲击造成的;碎块总量约占底排药柱初始质量的7%~ 9%,严重影响点火和燃烧的一致性。计算结果与实验值吻合较好。
为了研究底排点火具射流蚀剥作用对底排药柱碎块脱落情况及其燃烧性能的影响,采用半密闭爆 发器实验装置模拟底排弹出膛口瞬态卸压工况,借助高速录像记录点火具点火与底排药柱燃烧的序列图像。 建立底排药柱在半密闭爆发器燃烧的数学模型,计算分析了不同碎块脱落质量引起的平均压力、质量流率和 燃烧时间的变化情况。研究结果表明:蚀剥作用发生在点火具点火初期,导致脱落的底排药剂碎块来不及燃 烧;蚀剥作用主要是强点火射流对底排药柱侵蚀与冲击造成的;碎块总量约占底排药柱初始质量的7%~ 9%,严重影响点火和燃烧的一致性。计算结果与实验值吻合较好。
2010, 30(6): 664-668.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0664-05
摘要:
对聚能装药用多点环形起爆器的同步性能和环形起爆的聚能装药侵彻钢筋混凝土的侵彻威力进 行了研究。应用高速摄影技术和光纤探针技术测量了多点环形起爆器各点输出的同步性,结果表明环形起爆 器各点输出同步性好,时间差最大不超过0.1s;聚能装药对钢筋混凝土的侵彻威力实验结果表明,采用多点 环形起爆器的聚能装药对钢筋混凝土的侵彻威力比点起爆的有较大提高。
对聚能装药用多点环形起爆器的同步性能和环形起爆的聚能装药侵彻钢筋混凝土的侵彻威力进 行了研究。应用高速摄影技术和光纤探针技术测量了多点环形起爆器各点输出的同步性,结果表明环形起爆 器各点输出同步性好,时间差最大不超过0.1s;聚能装药对钢筋混凝土的侵彻威力实验结果表明,采用多点 环形起爆器的聚能装药对钢筋混凝土的侵彻威力比点起爆的有较大提高。
2010, 30(6): 669-672.
doi: 10.11883/1001-1455(2010)06-0669-04
摘要:
利用胶体理论中的快速聚沉动力学模拟尺寸为20nm 的氧化铝球形颗粒在爆轰化学反应区的 生成过程,估算出其生长时间为0.11s,该时间值在爆轰化学反应区的时间长度(约1.0s)内。理论计算证 明该尺度的纳米氧化铝颗粒是在爆轰反应区内形成的,这与实验证明的结果一致。根据爆轰反应机理可知爆 轰化学反应区的长度可以通过改变炸药的爆轰参数来改变,因此通过人为改变混合炸药的爆轰参数可以控 制纳米氧化铝在反应区的生长时间,进而可以控制其最终的生长尺寸。
利用胶体理论中的快速聚沉动力学模拟尺寸为20nm 的氧化铝球形颗粒在爆轰化学反应区的 生成过程,估算出其生长时间为0.11s,该时间值在爆轰化学反应区的时间长度(约1.0s)内。理论计算证 明该尺度的纳米氧化铝颗粒是在爆轰反应区内形成的,这与实验证明的结果一致。根据爆轰反应机理可知爆 轰化学反应区的长度可以通过改变炸药的爆轰参数来改变,因此通过人为改变混合炸药的爆轰参数可以控 制纳米氧化铝在反应区的生长时间,进而可以控制其最终的生长尺寸。
