2012年 32卷 第3期
2012, 32(3): 225-230.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0225-06
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本文被引
摘要:
对侵彻过程中内部装药轴向应力和变形进行理论分析,并考虑装药的弹塑性变形,得到轴向应力 和形变量沿着装药轴向分布函数,以内壁与装药摩擦生热和热传导为基础,得到装药温度的分布曲线、最高温 度在装药中的相对位置。计算结果表明,装药最高温升以及最高温升在装药中的位置与炸药的物性参数、装 药长度和过载最大值相关,临界装药长度可作为弹体装药设计的参考,计算结果为弹体侵彻过程中的装药设 计和安全性分析提供理论依据。
对侵彻过程中内部装药轴向应力和变形进行理论分析,并考虑装药的弹塑性变形,得到轴向应力 和形变量沿着装药轴向分布函数,以内壁与装药摩擦生热和热传导为基础,得到装药温度的分布曲线、最高温 度在装药中的相对位置。计算结果表明,装药最高温升以及最高温升在装药中的位置与炸药的物性参数、装 药长度和过载最大值相关,临界装药长度可作为弹体装药设计的参考,计算结果为弹体侵彻过程中的装药设 计和安全性分析提供理论依据。
2012, 32(3): 231-236.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0231-06
摘要:
在SHPB装置上开展了某典型PBX炸药的单轴压缩、间接拉伸实验。利用入射波整形技术,结合 半导体应变片和石英晶体联合测试的方法,实现了PBX炸药的应力平衡和恒应变率加载,得到了不同应变率 下某PBX炸药的压缩应力应变曲线,初步建立了该炸药的修正Sargin唯象模型;开展了3种PBX炸药的动 态巴西实验,通过高速摄影获得了炸药的破坏过程,结合数字相关技术,获得了试样裂纹附近的应变场分布, 初步建立了描述3种炸药动态拉伸行为的修正Johnson-Cook模型。模型曲线与实验结果符合较好。
在SHPB装置上开展了某典型PBX炸药的单轴压缩、间接拉伸实验。利用入射波整形技术,结合 半导体应变片和石英晶体联合测试的方法,实现了PBX炸药的应力平衡和恒应变率加载,得到了不同应变率 下某PBX炸药的压缩应力应变曲线,初步建立了该炸药的修正Sargin唯象模型;开展了3种PBX炸药的动 态巴西实验,通过高速摄影获得了炸药的破坏过程,结合数字相关技术,获得了试样裂纹附近的应变场分布, 初步建立了描述3种炸药动态拉伸行为的修正Johnson-Cook模型。模型曲线与实验结果符合较好。
2012, 32(3): 237-242.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0237-06
摘要:
从小扰动波(马赫波)的物理概念出发,导出了不依赖流体状态方程表达形式的平面二维超声速定 常流的特征线方程;重新定义了以流体密度为单自变量的Prantl-Meyer函数,形成了求解平面二维超声速定 常流的封闭方程组。还利用这种通用物态方程的特征线差分解法,针对滑移爆轰驱动飞板运动问题构建了爆 轰产物流场内部和飞板边界特征线差分法格式。对TNT炸药和乳化炸药采用JWL状态方程和多方方程进 行了对比计算。结果表明,炸药爆轰对飞板的驱动能力与状态方程表示的炸药的做功能力是一致的。
从小扰动波(马赫波)的物理概念出发,导出了不依赖流体状态方程表达形式的平面二维超声速定 常流的特征线方程;重新定义了以流体密度为单自变量的Prantl-Meyer函数,形成了求解平面二维超声速定 常流的封闭方程组。还利用这种通用物态方程的特征线差分解法,针对滑移爆轰驱动飞板运动问题构建了爆 轰产物流场内部和飞板边界特征线差分法格式。对TNT炸药和乳化炸药采用JWL状态方程和多方方程进 行了对比计算。结果表明,炸药爆轰对飞板的驱动能力与状态方程表示的炸药的做功能力是一致的。
2012, 32(3): 243-250.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0243-08
摘要:
在自主研发的二维多介质欧拉弹塑性流体力学程序中,通过引入点火增长的反应率模型以及炸药 减敏模型,借助网格自适应技术,研究钝感炸药的冲击点火、直径效应以及死区形成等爆轰现象。数值模拟结 果表明,该程序能够正确模拟平面爆轰波的爆速、CJ状态、vonNeumann尖点等爆轰参数;并能够较好模拟炸 药的直径效应。另外,通过引入考虑减敏效应的反应率模型,能较好地模拟钝感炸药的死区形成过程。
在自主研发的二维多介质欧拉弹塑性流体力学程序中,通过引入点火增长的反应率模型以及炸药 减敏模型,借助网格自适应技术,研究钝感炸药的冲击点火、直径效应以及死区形成等爆轰现象。数值模拟结 果表明,该程序能够正确模拟平面爆轰波的爆速、CJ状态、vonNeumann尖点等爆轰参数;并能够较好模拟炸 药的直径效应。另外,通过引入考虑减敏效应的反应率模型,能较好地模拟钝感炸药的死区形成过程。
2012, 32(3): 251-258.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0251-08
摘要:
为了探讨钢筋混凝土板在爆炸载荷作用下的抗爆性能,对方形钢筋混凝土板在单向支撑条件下进 行了近场爆炸加载实验,实验中采取TNT装药对钢筋混凝土板进行加载。并利用AUTODYN 软件采用流 固耦合算法,建立了混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对钢筋混凝土板的动态响应过程进行数值模拟,且考 虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。模拟得到的钢筋混凝土板破坏现象与实验结果吻合 较好。在此基础上,分析了不同质量的装药作用下钢筋混凝土板的损伤和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土 板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,随着装 药质量的增加,方形钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部冲切破坏。
为了探讨钢筋混凝土板在爆炸载荷作用下的抗爆性能,对方形钢筋混凝土板在单向支撑条件下进 行了近场爆炸加载实验,实验中采取TNT装药对钢筋混凝土板进行加载。并利用AUTODYN 软件采用流 固耦合算法,建立了混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对钢筋混凝土板的动态响应过程进行数值模拟,且考 虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。模拟得到的钢筋混凝土板破坏现象与实验结果吻合 较好。在此基础上,分析了不同质量的装药作用下钢筋混凝土板的损伤和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土 板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,随着装 药质量的增加,方形钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部冲切破坏。
2012, 32(3): 259-266.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0259-08
摘要:
基于Lamb波和匹配追踪算法,提出了一种损伤成像方法,对复合材料冲击损伤进行在线的连续 监测。首先针对Lamb波监测的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,将信号分解为多个Chirplet原 子的线性组合,建立了Lamb的弥散效应与Chirplet原子的调频斜率之间的关系,模拟结果表明Chirplet原 子能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号;根据损伤前与损伤后的信号差别,提出了一种基于Lamb波能量 特征差异提取的损伤指标;进一步采用改进的RAPID算法进行损伤成像,将损伤情况可视化。结果表明所 提方法可行和有效。
基于Lamb波和匹配追踪算法,提出了一种损伤成像方法,对复合材料冲击损伤进行在线的连续 监测。首先针对Lamb波监测的特点,提出了匹配追踪方法的快速实现方案,将信号分解为多个Chirplet原 子的线性组合,建立了Lamb的弥散效应与Chirplet原子的调频斜率之间的关系,模拟结果表明Chirplet原 子能准确地匹配失真变形的窄带脉冲信号;根据损伤前与损伤后的信号差别,提出了一种基于Lamb波能量 特征差异提取的损伤指标;进一步采用改进的RAPID算法进行损伤成像,将损伤情况可视化。结果表明所 提方法可行和有效。
2012, 32(3): 267-272.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0267-06
摘要:
对黄土、砂砾石和花岗岩等几种不同介质中的地下爆炸实验进行了地表速度测量,利用实测数据 获得爆炸源频谱以及以折合速度势低频稳态值表示的地震耦合强度。实验结果表明,对于相同当量、相当比 例埋深下的地下爆炸,地震耦合强度和源区介质特性有着强烈的依赖关系,其中介质强度是影响地震耦合效 率的最主要因素,而介质的干孔隙率和水饱和度也是影响地震耦合效率的重要因素。考察了M.D.Denny等 提出的经验公式在估算100kg级当量地下爆炸地震耦合强度的适用性和局限性。
对黄土、砂砾石和花岗岩等几种不同介质中的地下爆炸实验进行了地表速度测量,利用实测数据 获得爆炸源频谱以及以折合速度势低频稳态值表示的地震耦合强度。实验结果表明,对于相同当量、相当比 例埋深下的地下爆炸,地震耦合强度和源区介质特性有着强烈的依赖关系,其中介质强度是影响地震耦合效 率的最主要因素,而介质的干孔隙率和水饱和度也是影响地震耦合效率的重要因素。考察了M.D.Denny等 提出的经验公式在估算100kg级当量地下爆炸地震耦合强度的适用性和局限性。
2012, 32(3): 273-277.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0273-05
摘要:
以乙酸铜为前躯体,并与液体石蜡和黑索今(RDX)炸药充分混合,在真空爆轰反应容器中引爆,制 备球状纳米铜晶。采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)研究了爆轰产物的形貌和成分,同时通过Raman 光谱仪对爆轰产物中碳的结构进行了分析。结果显示,纳米铜晶具有较完整的球状结构,颗粒表面光滑,直径 集中分布在150~200nm 之间。爆轰法可为制备圆整度好的纳米铜提供一种简单、快捷的方法。
以乙酸铜为前躯体,并与液体石蜡和黑索今(RDX)炸药充分混合,在真空爆轰反应容器中引爆,制 备球状纳米铜晶。采用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)研究了爆轰产物的形貌和成分,同时通过Raman 光谱仪对爆轰产物中碳的结构进行了分析。结果显示,纳米铜晶具有较完整的球状结构,颗粒表面光滑,直径 集中分布在150~200nm 之间。爆轰法可为制备圆整度好的纳米铜提供一种简单、快捷的方法。
2012, 32(3): 278-282.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0278-05
摘要:
基于带化学反应的二维轴对称Euler方程,利用带有Superbee限制函数的波传播算法,对氢/氧/ 氮预混气中飞行圆球诱导斜爆轰进行了数值模拟。结果表明,在达姆科勒数Da略大于临界情形时,圆球诱导 的驻定爆轰是一个由强过驱斜爆轰、弱过驱斜爆轰、反应激波和惰性激波组合而成的复合结构。波后的圆球 绕流流场内存在2个亚音速区和1个超音速区。在圆球背风表面,还形成了第2道斜激波。
基于带化学反应的二维轴对称Euler方程,利用带有Superbee限制函数的波传播算法,对氢/氧/ 氮预混气中飞行圆球诱导斜爆轰进行了数值模拟。结果表明,在达姆科勒数Da略大于临界情形时,圆球诱导 的驻定爆轰是一个由强过驱斜爆轰、弱过驱斜爆轰、反应激波和惰性激波组合而成的复合结构。波后的圆球 绕流流场内存在2个亚音速区和1个超音速区。在圆球背风表面,还形成了第2道斜激波。
2012, 32(3): 283-290.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0283-08
摘要:
针对超高速碰撞产生的瞬态等离子体的特点,利用建立的扫描朗缪尔探针、朗缪尔三探针诊断系 统及线圈系统,测量了超高速碰撞喷出物产生的膨胀等离子体云中等离子体的特征参量和磁感应强度。在传 感器布局和方位角固定的前提下,进行了2种碰撞速度、相同入射角度条件下2024-T4铝弹丸超高速碰撞 2024-T4铝靶产生的膨胀等离子体云电磁特性的实验室测量。实验结果表明,碰撞产生的等离子体的平均电 子温度为0.4~0.9eV,电子密度在1012cm-3量级,线圈的磁感应强度幅值为10~20nT 。通过数据处理,获 得了2种实验条件下整个物理过程在给定探针、线圈位置处等离子体的电子温度、电子密度和磁感应强度与 碰撞速度的关系,并对扫描朗缪尔探针和朗缪尔三探针的测量结果进行了比较。
针对超高速碰撞产生的瞬态等离子体的特点,利用建立的扫描朗缪尔探针、朗缪尔三探针诊断系 统及线圈系统,测量了超高速碰撞喷出物产生的膨胀等离子体云中等离子体的特征参量和磁感应强度。在传 感器布局和方位角固定的前提下,进行了2种碰撞速度、相同入射角度条件下2024-T4铝弹丸超高速碰撞 2024-T4铝靶产生的膨胀等离子体云电磁特性的实验室测量。实验结果表明,碰撞产生的等离子体的平均电 子温度为0.4~0.9eV,电子密度在1012cm-3量级,线圈的磁感应强度幅值为10~20nT 。通过数据处理,获 得了2种实验条件下整个物理过程在给定探针、线圈位置处等离子体的电子温度、电子密度和磁感应强度与 碰撞速度的关系,并对扫描朗缪尔探针和朗缪尔三探针的测量结果进行了比较。
2012, 32(3): 291-296.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0291-06
摘要:
针对环形激波聚焦过程产生的高温、高压特性,采用间断有限元方法模拟了环形激波在同轴圆柱 形激波管内的聚焦流场特性。计算结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉激波聚焦过程形成的二次 激波、涡环、三波交点和球面双马赫反射等主要流动特征。此外,通过改变环形管道内外半径对聚焦流场进行 模拟发现,环形管道外径对中心轴线上聚焦峰值压力的大小和位置影响较小,环形管道内径对中心轴线上聚 焦峰值压力的大小和位置影响较大。计算结果可以为工程应用提供一定的理论指导。
针对环形激波聚焦过程产生的高温、高压特性,采用间断有限元方法模拟了环形激波在同轴圆柱 形激波管内的聚焦流场特性。计算结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉激波聚焦过程形成的二次 激波、涡环、三波交点和球面双马赫反射等主要流动特征。此外,通过改变环形管道内外半径对聚焦流场进行 模拟发现,环形管道外径对中心轴线上聚焦峰值压力的大小和位置影响较小,环形管道内径对中心轴线上聚 焦峰值压力的大小和位置影响较大。计算结果可以为工程应用提供一定的理论指导。
2012, 32(3): 297-302.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0297-06
摘要:
利用高温电子万能试验机和具有高温同步自组装功能的Hopkinson压杆对二维C/SiC复合材料 进行了应变率为10-4~103s-1,温度为293~1273K下的单轴压缩力学性能测试。实验结果表明:二维C/ SiC复合材料破坏时并未表现出典型的脆性破坏,而是在应力达到压缩强度时出现了显著的应变软化,在经 历了较大的变形后才最终破坏,同时材料还表现出良好的高温承载能力及一定的温度和应变率依赖性。随着 温度的升高,复合材料的压缩强度呈降低的趋势。与准静态下室温压缩时相比,材料在1273K 时的压缩强 度的降低程度不超过30%,但压缩强度对应变率的敏感性随着温度的升高而增大。由于高温下试样氧化,C/ SiC复合材料压缩强度对应变率的敏感性在温度为1073K时显著增大。
利用高温电子万能试验机和具有高温同步自组装功能的Hopkinson压杆对二维C/SiC复合材料 进行了应变率为10-4~103s-1,温度为293~1273K下的单轴压缩力学性能测试。实验结果表明:二维C/ SiC复合材料破坏时并未表现出典型的脆性破坏,而是在应力达到压缩强度时出现了显著的应变软化,在经 历了较大的变形后才最终破坏,同时材料还表现出良好的高温承载能力及一定的温度和应变率依赖性。随着 温度的升高,复合材料的压缩强度呈降低的趋势。与准静态下室温压缩时相比,材料在1273K 时的压缩强 度的降低程度不超过30%,但压缩强度对应变率的敏感性随着温度的升高而增大。由于高温下试样氧化,C/ SiC复合材料压缩强度对应变率的敏感性在温度为1073K时显著增大。
2012, 32(3): 303-308.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0303-06
摘要:
介绍了引弧微爆炸加工过程中冲击力产生的原因,利用单因素实验确定影响冲击力的主要工艺参 数,利用正交实验和回归分析的方法建立了冲击力指数型经验模型,得出工艺参数对冲击力的影响规律。实 验结果表明:工作电流、工作气压和微爆炸发生器喷嘴直径是影响冲击力大小的主要工艺参数,冲击力随着工 作电流的增大而减小,随着工作气压和喷嘴直径的增大而增大,而工作脉宽和工作距离对冲击力大小影响不 显著;建立的冲击力模型与实验结果吻合良好。研究结果可以为引弧微爆炸加工过程的控制提供参考依据。
介绍了引弧微爆炸加工过程中冲击力产生的原因,利用单因素实验确定影响冲击力的主要工艺参 数,利用正交实验和回归分析的方法建立了冲击力指数型经验模型,得出工艺参数对冲击力的影响规律。实 验结果表明:工作电流、工作气压和微爆炸发生器喷嘴直径是影响冲击力大小的主要工艺参数,冲击力随着工 作电流的增大而减小,随着工作气压和喷嘴直径的增大而增大,而工作脉宽和工作距离对冲击力大小影响不 显著;建立的冲击力模型与实验结果吻合良好。研究结果可以为引弧微爆炸加工过程的控制提供参考依据。
2012, 32(3): 309-315.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0309-07
摘要:
基于某水下目标的抗水下爆炸实验数据,利用小波变换良好的时频局部化性质对监测的水下目标 内部装置冲击加速度信号进行时频特征分析,得到了不同频带上冲击信号振动分量的时间历程曲线和能量 分布。结果表明,基于冲击信号小波时频特征分析的频带能量可以同时反映冲击振动的强度、频率和持续时 间对目标损伤的影响,同时结合不同频带的时间历程曲线可以获得冲击波和二次压力波在不同频带上的分 布和衰减的细节信息,由此可确定冲击波和二次压力波各自对目标毁伤的影响。
基于某水下目标的抗水下爆炸实验数据,利用小波变换良好的时频局部化性质对监测的水下目标 内部装置冲击加速度信号进行时频特征分析,得到了不同频带上冲击信号振动分量的时间历程曲线和能量 分布。结果表明,基于冲击信号小波时频特征分析的频带能量可以同时反映冲击振动的强度、频率和持续时 间对目标损伤的影响,同时结合不同频带的时间历程曲线可以获得冲击波和二次压力波在不同频带上的分 布和衰减的细节信息,由此可确定冲击波和二次压力波各自对目标毁伤的影响。
2012, 32(3): 316-322.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0316-07
摘要:
采用有限元软件LS-DYNA中的SPH 算法实现聚能装药射流形成过程的三维数值模拟。将SPH 方法和FEM 方法与理论计算结果相比较。研究结果表明:SPH 数值模拟计算过程十分稳定,避免了有限元 数值模拟过程中的网格扭曲、缠绕和物质穿透等问题,而且计算精度比有限元方法更高;采用SPH 方法计算 的射流速度、射流长度与有限元计算结果和理论计算结果的误差均小于5%,因此该方法对于模拟诸如聚能 装药等多介质、大变形问题十分有效;初始相邻粒子数N 的最佳取值范围为600~1800,在该范围内计算结 果的误差小于3%,且计算效率高。
采用有限元软件LS-DYNA中的SPH 算法实现聚能装药射流形成过程的三维数值模拟。将SPH 方法和FEM 方法与理论计算结果相比较。研究结果表明:SPH 数值模拟计算过程十分稳定,避免了有限元 数值模拟过程中的网格扭曲、缠绕和物质穿透等问题,而且计算精度比有限元方法更高;采用SPH 方法计算 的射流速度、射流长度与有限元计算结果和理论计算结果的误差均小于5%,因此该方法对于模拟诸如聚能 装药等多介质、大变形问题十分有效;初始相邻粒子数N 的最佳取值范围为600~1800,在该范围内计算结 果的误差小于3%,且计算效率高。
2012, 32(3): 323-327.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0323-05
摘要:
为了获得炮口冲击试验装置的冲击参数,保证火炮后坐模拟试验的精度和有效性,以某型地面火 炮为对象,基于MSC.ADAMS软件,开发了虚拟的火炮后坐模拟试验平台,实现了火炮动态后坐、复进过程 的动力学模拟,开展了冲击参数的均匀试验设计。通过试验与数值模拟结果的比较,验证了冲击参数组合的 合理性和模拟试验的有效性。
为了获得炮口冲击试验装置的冲击参数,保证火炮后坐模拟试验的精度和有效性,以某型地面火 炮为对象,基于MSC.ADAMS软件,开发了虚拟的火炮后坐模拟试验平台,实现了火炮动态后坐、复进过程 的动力学模拟,开展了冲击参数的均匀试验设计。通过试验与数值模拟结果的比较,验证了冲击参数组合的 合理性和模拟试验的有效性。
2012, 32(3): 328-332.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0328-05
摘要:
进行直径?10mm 的圆筒实验,根据冲击Hugoniot关系,拟合了HNS-Ⅳ炸药的未反应时的JWL 状态方程,并通过数值模拟确定了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;测量炸药/窗口界面粒子速度 历程,结合数值模拟获得HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型反应速率方程参数。研究表明,HNS-Ⅳ炸药点火增长 模型能够描述反应过程并与实验结果吻合较好。
进行直径?10mm 的圆筒实验,根据冲击Hugoniot关系,拟合了HNS-Ⅳ炸药的未反应时的JWL 状态方程,并通过数值模拟确定了HNS-Ⅳ炸药爆轰产物JWL状态方程参数;测量炸药/窗口界面粒子速度 历程,结合数值模拟获得HNS-Ⅳ炸药的点火增长模型反应速率方程参数。研究表明,HNS-Ⅳ炸药点火增长 模型能够描述反应过程并与实验结果吻合较好。
2012, 32(3): 333-336.
doi: 10.11883/1001-1455(2012)03-0333-04
摘要:
采用落锤动态加载岩石实验系统,通过调节落锤质量、下落距离及活塞杆垫板材料,记录岩石瞬间 形成冲击压力脉冲,研究压胀对不同岩石性质影响的规律。实验结果表明,压胀产生后岩石的性质发生了改 变,岩石的渗透率有不同程度的增加,且岩石越致密,渗透率增加倍数越大;岩石的弹性模量和弹性极限随岩 石体积的增加而降低;压胀产生后纵波和横波在岩石中的传播速度减小,岩样内部产生了微裂纹或原有微裂 纹延伸扩展造成孔隙度增加。
采用落锤动态加载岩石实验系统,通过调节落锤质量、下落距离及活塞杆垫板材料,记录岩石瞬间 形成冲击压力脉冲,研究压胀对不同岩石性质影响的规律。实验结果表明,压胀产生后岩石的性质发生了改 变,岩石的渗透率有不同程度的增加,且岩石越致密,渗透率增加倍数越大;岩石的弹性模量和弹性极限随岩 石体积的增加而降低;压胀产生后纵波和横波在岩石中的传播速度减小,岩样内部产生了微裂纹或原有微裂 纹延伸扩展造成孔隙度增加。
