2013年 33卷 第1期
2013, 33(1): 1-10.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0001-10
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本文被引
摘要:
基于ZWT黏弹性本构方程建立了体现高应变率效应的黏弹性球面波的控制方程组，包含5个偏微分方程，解5个未知量v、r、、r和。采用特征线法，问题转化为解3族特征线上的5个常微分方程，物理上图像清晰，数学上易于求解。特征线数值分析显示，黏弹性球面波的衰减和弥散效应超过线弹性球面波。球面扩散引起的环向拉应力是导致介质拉伸破坏的主因。进一步还针对强间断黏弹性球面波得出其衰减特性的解析表达式，表明这种更强的衰减特性是几何扩散效应和本构黏性效应两者共同作用的后果。
基于ZWT黏弹性本构方程建立了体现高应变率效应的黏弹性球面波的控制方程组，包含5个偏微分方程，解5个未知量v、r、、r和。采用特征线法，问题转化为解3族特征线上的5个常微分方程，物理上图像清晰，数学上易于求解。特征线数值分析显示，黏弹性球面波的衰减和弥散效应超过线弹性球面波。球面扩散引起的环向拉应力是导致介质拉伸破坏的主因。进一步还针对强间断黏弹性球面波得出其衰减特性的解析表达式，表明这种更强的衰减特性是几何扩散效应和本构黏性效应两者共同作用的后果。
2013, 33(1): 11-20.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0011-10
摘要:
采用特征线方法模拟脆性材料中应力波的传播过程，采用内聚力模型模拟断裂点的断裂过程，运用C++语言开发了一个模拟脆性圆环发生一维膨胀碎裂过程的实用工具ExpRing，简要给出了该程序的理论基础和使用说明。采用此程序模拟了具有初始缺陷的脆性圆环在均匀膨胀作用下的碎裂过程，探讨了不同应变率下，缺陷分布特征对碎裂过程和平均碎片尺寸的影响。计算结果表明:(1)在一定的应变率范围内，等间距分布的点缺陷会控制断裂点的位置及碎片个数，在碎片尺寸应变率曲线上形成一个缺陷控制碎裂平台；(2)点缺陷的间距和弱化程度将影响缺陷控制碎裂平台的宽度和位置；(3)具有缺陷的脆性材料的表观强度呈现应变率硬化特征；(4)在一定的应变率范围内，正弦分布型缺陷同样导致缺陷控制碎裂的现象。
采用特征线方法模拟脆性材料中应力波的传播过程，采用内聚力模型模拟断裂点的断裂过程，运用C++语言开发了一个模拟脆性圆环发生一维膨胀碎裂过程的实用工具ExpRing，简要给出了该程序的理论基础和使用说明。采用此程序模拟了具有初始缺陷的脆性圆环在均匀膨胀作用下的碎裂过程，探讨了不同应变率下，缺陷分布特征对碎裂过程和平均碎片尺寸的影响。计算结果表明:(1)在一定的应变率范围内，等间距分布的点缺陷会控制断裂点的位置及碎片个数，在碎片尺寸应变率曲线上形成一个缺陷控制碎裂平台；(2)点缺陷的间距和弱化程度将影响缺陷控制碎裂平台的宽度和位置；(3)具有缺陷的脆性材料的表观强度呈现应变率硬化特征；(4)在一定的应变率范围内，正弦分布型缺陷同样导致缺陷控制碎裂的现象。
2013, 33(1): 21-28.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0021-08
摘要:
设计了炸药驱动飞片起爆受热炸药的实验装置，该装置既能够对实验炸药进行均匀地加热，又能够避免高温对加载炸药的影响。利用设计的实验装置对PBXC10炸药（HMX/TATB复合炸药）进行了14、100、140、160和180 ℃等5种不同加热温度下的冲击起爆实验，测量了该炸药内部压力的成长历程。采用点火增长反应速率方程对PBXC10炸药冲击起爆进行了数值模拟。根据实验结果，标定了不同温度下PBXC10炸药的点火增长模型参数，并给出了模型参数随温度变化的关系式，获得了不同温度下炸药的Pop关系。研究结果表明：PBXC10炸药的冲击波感度随温度的升高而升高，但与HMX炸药相比，其冲击波感度对温度的敏感性明显降低，这是因为PBXC10炸药中的TATB具有较好的降感作用。
设计了炸药驱动飞片起爆受热炸药的实验装置，该装置既能够对实验炸药进行均匀地加热，又能够避免高温对加载炸药的影响。利用设计的实验装置对PBXC10炸药（HMX/TATB复合炸药）进行了14、100、140、160和180 ℃等5种不同加热温度下的冲击起爆实验，测量了该炸药内部压力的成长历程。采用点火增长反应速率方程对PBXC10炸药冲击起爆进行了数值模拟。根据实验结果，标定了不同温度下PBXC10炸药的点火增长模型参数，并给出了模型参数随温度变化的关系式，获得了不同温度下炸药的Pop关系。研究结果表明：PBXC10炸药的冲击波感度随温度的升高而升高，但与HMX炸药相比，其冲击波感度对温度的敏感性明显降低，这是因为PBXC10炸药中的TATB具有较好的降感作用。
2013, 33(1): 29-37.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0029-09
摘要:
为了克服原始虚拟流方法(ghost fluid method,GFM)在处理激波与大密度比流体-流体（气-水）界面相互作用时遇到的困难，采用真实虚拟流法(real ghost fluid method,RGFM)处理流体界面附近的虚拟点，结合HLLC(Harten-Lax-Van Leer with contact discontinuities)格式求解Euler方程，采用五阶WENO(weighted essentially nonoscillatory)格式求解level set输运方程。通过一维和二维算例的物质界面捕捉研究，证明RGFM在处理小密度比界面问题时优于GFM，同时RGFM还可用于求解激波与大密度比物质界面相互作用问题。计算表明,将RGFM引入到本文算法中，可精确捕捉到激波与界面（气-气、气-水界面）相互作用的变化细节,包括大密度比界面的剧烈变形和破碎，并具有较高的计算分辨率。
为了克服原始虚拟流方法(ghost fluid method,GFM)在处理激波与大密度比流体-流体（气-水）界面相互作用时遇到的困难，采用真实虚拟流法(real ghost fluid method,RGFM)处理流体界面附近的虚拟点，结合HLLC(Harten-Lax-Van Leer with contact discontinuities)格式求解Euler方程，采用五阶WENO(weighted essentially nonoscillatory)格式求解level set输运方程。通过一维和二维算例的物质界面捕捉研究，证明RGFM在处理小密度比界面问题时优于GFM，同时RGFM还可用于求解激波与大密度比物质界面相互作用问题。计算表明,将RGFM引入到本文算法中，可精确捕捉到激波与界面（气-气、气-水界面）相互作用的变化细节,包括大密度比界面的剧烈变形和破碎，并具有较高的计算分辨率。
2013, 33(1): 38-46.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0038-09
摘要:
利用LS-DYNA软件对三点起爆形成尾翼EFP的过程进行了数值模拟，深入研究了爆轰波传播过程中的波形结构和强度的变化规律以及药型罩材料在复合爆轰波作用下驱动变形的特性和规律，加深了对三点起爆条件下药型罩形成带尾翼EFP机理的认识。在此基础上，设计了三点同步起爆装置和EFP装药进行实验。研究结果表明：设计的三点起爆装置作用可靠,满足三点起爆EFP装药的设计要求；形成的EFP弹形稳定,与计算结果吻合较好；尾翼EFP飞行过程中的速度降减小,稳定性提高。
利用LS-DYNA软件对三点起爆形成尾翼EFP的过程进行了数值模拟，深入研究了爆轰波传播过程中的波形结构和强度的变化规律以及药型罩材料在复合爆轰波作用下驱动变形的特性和规律，加深了对三点起爆条件下药型罩形成带尾翼EFP机理的认识。在此基础上，设计了三点同步起爆装置和EFP装药进行实验。研究结果表明：设计的三点起爆装置作用可靠,满足三点起爆EFP装药的设计要求；形成的EFP弹形稳定,与计算结果吻合较好；尾翼EFP飞行过程中的速度降减小,稳定性提高。
2013, 33(1): 47-53.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0047-07
摘要:
采用改进的SHPB (split Hopkinson pressure bar)装置和高速CCD (charge-coupled device)相机对TiNi合金圆柱壳进行了径向冲击实验研究，得到了动态载荷-位移曲线，并采用数字边界提取技术和纯弯曲假定对结构的动态全场变形过程进行了定量分析。结果表明，相变柱壳经受动态冲击后可以恢复，其加、卸载非线性行为与相变状态和相变铰的演化相关。同时，该结构具有良好的横向抗冲效应，对冲击加速度和冲击载荷的衰减量达到95%以上，耗能率为42.4%，可望在可重复使用的抗冲装置中得到应用。
采用改进的SHPB (split Hopkinson pressure bar)装置和高速CCD (charge-coupled device)相机对TiNi合金圆柱壳进行了径向冲击实验研究，得到了动态载荷-位移曲线，并采用数字边界提取技术和纯弯曲假定对结构的动态全场变形过程进行了定量分析。结果表明，相变柱壳经受动态冲击后可以恢复，其加、卸载非线性行为与相变状态和相变铰的演化相关。同时，该结构具有良好的横向抗冲效应，对冲击加速度和冲击载荷的衰减量达到95%以上，耗能率为42.4%，可望在可重复使用的抗冲装置中得到应用。
2013, 33(1): 54-60.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0054-07
摘要:
为研究材料的高温动态力学行为，提出一套由自主设计的温控系统和100 mm SHPB装置组成的高温SHPB实验系统，采用ANSYS软件对界面热传导及其对实验结果的影响进行了计算分析，论证了该实验技术的可靠性，并对混凝土的高温动态力学性能进行了研究。结果表明：在大直径合金钢材质SHPB装置上对混凝土等热惰性材料进行高温冲击实验，冷接触时间临界值为1.00 s，本文中提出的高温加载技术可将冷接触时间控制在0.50 s以内，实验技术可靠；同一加载速率下，随着温度从常温升到1 000 ℃，高温混凝土的动态应力应变曲线呈现出塑性变化趋势，动态抗压强度先提高后降低，动态峰值应变则不断增大。
为研究材料的高温动态力学行为，提出一套由自主设计的温控系统和100 mm SHPB装置组成的高温SHPB实验系统，采用ANSYS软件对界面热传导及其对实验结果的影响进行了计算分析，论证了该实验技术的可靠性，并对混凝土的高温动态力学性能进行了研究。结果表明：在大直径合金钢材质SHPB装置上对混凝土等热惰性材料进行高温冲击实验，冷接触时间临界值为1.00 s，本文中提出的高温加载技术可将冷接触时间控制在0.50 s以内，实验技术可靠；同一加载速率下，随着温度从常温升到1 000 ℃，高温混凝土的动态应力应变曲线呈现出塑性变化趋势，动态抗压强度先提高后降低，动态峰值应变则不断增大。
2013, 33(1): 61-66.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0061-06
摘要:
基于二维Euler方程，结合五阶加权基本无振荡(weighted essentially nonoscillatory,WENO)格式以及自适应网格加密(adaptive mesh refinement,AMR)技术对入射激波在矩形凹槽管道内传播过程进行了数值模拟。数值结果清晰地显示了入射激波传播过程中与多个矩形凹槽作用以及在凹槽内变化的整个过程，且与已有的实验结果吻合较好。另外，结果还揭示了入射激波与单个凹槽作用时，会发生绕射产生膨胀波，还会发生碰撞从而诱导反射激波。膨胀波会导致入射激波压力降低，而反射激波则导致其升高，但膨胀波的影响占主导作用，因而入射激波波阵面强度出现振荡下降。
基于二维Euler方程，结合五阶加权基本无振荡(weighted essentially nonoscillatory,WENO)格式以及自适应网格加密(adaptive mesh refinement,AMR)技术对入射激波在矩形凹槽管道内传播过程进行了数值模拟。数值结果清晰地显示了入射激波传播过程中与多个矩形凹槽作用以及在凹槽内变化的整个过程，且与已有的实验结果吻合较好。另外，结果还揭示了入射激波与单个凹槽作用时，会发生绕射产生膨胀波，还会发生碰撞从而诱导反射激波。膨胀波会导致入射激波压力降低，而反射激波则导致其升高，但膨胀波的影响占主导作用，因而入射激波波阵面强度出现振荡下降。
2013, 33(1): 67-72.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0067-06
摘要:
为了评估冷激波灭火弹爆炸后形成的激波对灭火效果和周边环境的影响，建立了一套纹影实验装置。通过纹影实验，观察了小尺寸下不同灭火介质爆炸抛撒后激波的形成和传播，并推算了冷激波灭火弹爆炸后油盆边缘附近的波后质点速度。观察发现，水基灭火介质爆炸抛撒后没有形成激波；而粉基灭火介质尽管爆炸抛撒后形成激波，但在油盆边缘附近激波强度较弱，波后质点速度小。与介质抛撒引起的可燃气体介质运动相比，激波对加快可燃气体介质运动的影响可以忽略。最后，通过高速摄影实验验证了激波对灭火效果的影响是可以忽略的。因此，冷激波系统中，激波对灭火效果和周边环境的影响是可以忽略的。
为了评估冷激波灭火弹爆炸后形成的激波对灭火效果和周边环境的影响，建立了一套纹影实验装置。通过纹影实验，观察了小尺寸下不同灭火介质爆炸抛撒后激波的形成和传播，并推算了冷激波灭火弹爆炸后油盆边缘附近的波后质点速度。观察发现，水基灭火介质爆炸抛撒后没有形成激波；而粉基灭火介质尽管爆炸抛撒后形成激波，但在油盆边缘附近激波强度较弱，波后质点速度小。与介质抛撒引起的可燃气体介质运动相比，激波对加快可燃气体介质运动的影响可以忽略。最后，通过高速摄影实验验证了激波对灭火效果的影响是可以忽略的。因此，冷激波系统中，激波对灭火效果和周边环境的影响是可以忽略的。
2013, 33(1): 73-78.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0073-06
摘要:
用花岗岩和混凝土制备出了花岗岩板、钢丝网混凝土板、花岗岩与钢丝网混凝土组合板、花岗岩块石砌体钢筋混凝土结构板4种类型的有限厚靶板。采用口径为30 mm的火炮作为发射装置，利用形状相同、材料强度不同的2种弹体对上述靶板进行了侵彻贯穿实验，比较了各类靶板抗侵彻贯穿破坏现象。结果表明，设计良好的块石砌体钢筋混凝土结构板具有优良的抗贯穿性能，且其抗贯穿性能与块石粒径、块石强度、块石砌筑方式、粘结强度和钢筋混凝土结构形式密切相关。
用花岗岩和混凝土制备出了花岗岩板、钢丝网混凝土板、花岗岩与钢丝网混凝土组合板、花岗岩块石砌体钢筋混凝土结构板4种类型的有限厚靶板。采用口径为30 mm的火炮作为发射装置，利用形状相同、材料强度不同的2种弹体对上述靶板进行了侵彻贯穿实验，比较了各类靶板抗侵彻贯穿破坏现象。结果表明，设计良好的块石砌体钢筋混凝土结构板具有优良的抗贯穿性能，且其抗贯穿性能与块石粒径、块石强度、块石砌筑方式、粘结强度和钢筋混凝土结构形式密切相关。
2013, 33(1): 79-84.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0079-06
摘要:
根据硝基类炸药分子内氢键、分子结构、对称性、氧平衡OB100、活性指数F、拥挤性等分子结构描述符，采用逐步回归法以及支持向量回归对156个硝基炸药的撞击感度进行了建模研究，并利用8个检验样本进行了对比。结果表明，OB100和F均与lgH50呈现负相关，且同一碳原子上化学基团数越多，感度越高；引发键-CH与-OH会引起硝基类炸药H50的降低；炸药中单位质量氢键越多，炸药感度越低；SVR模型对训练样本的建模能力比多元线性回归模型强，对检验样本的预测准确率也比多元线性回归模型高。SVR模型能够相对准确地预测硝基类炸药的撞击感度，在设计/合成钝感高能炸药时可起理论指导作用。
根据硝基类炸药分子内氢键、分子结构、对称性、氧平衡OB100、活性指数F、拥挤性等分子结构描述符，采用逐步回归法以及支持向量回归对156个硝基炸药的撞击感度进行了建模研究，并利用8个检验样本进行了对比。结果表明，OB100和F均与lgH50呈现负相关，且同一碳原子上化学基团数越多，感度越高；引发键-CH与-OH会引起硝基类炸药H50的降低；炸药中单位质量氢键越多，炸药感度越低；SVR模型对训练样本的建模能力比多元线性回归模型强，对检验样本的预测准确率也比多元线性回归模型高。SVR模型能够相对准确地预测硝基类炸药的撞击感度，在设计/合成钝感高能炸药时可起理论指导作用。
2013, 33(1): 85-90.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0085-06
摘要:
建立了测量高电压点火产生的爆炸波参数装置，利用PCB压力传感器测定了在空气中高压电火花产生的爆炸波压力及其到达时间。改变点火能量和测试距离，得到了爆炸波的变化趋势和传播规律，并探讨了爆炸波各参数的标度尺寸。结果表明,电火花产生的爆炸波符合Hopkinson-Sachs爆炸相似律。把1/4周期放电能量与数值模拟结果进行比较，得知初始1/4周期放电能量(点火能量)与爆炸波能量基本吻合;因此,1/4周期放电能量可被视为作用于直接起爆引起爆轰的有效能量。进一步探讨了高电压点火各能量的分布;结果表明,储存于电容的总能量1/2CU2中约91%消耗于能量损失和欧姆损耗，初始1/4周期放电能量仅约占2%，其余的点火能量只起到加热混合物的作用。
建立了测量高电压点火产生的爆炸波参数装置，利用PCB压力传感器测定了在空气中高压电火花产生的爆炸波压力及其到达时间。改变点火能量和测试距离，得到了爆炸波的变化趋势和传播规律，并探讨了爆炸波各参数的标度尺寸。结果表明,电火花产生的爆炸波符合Hopkinson-Sachs爆炸相似律。把1/4周期放电能量与数值模拟结果进行比较，得知初始1/4周期放电能量(点火能量)与爆炸波能量基本吻合;因此,1/4周期放电能量可被视为作用于直接起爆引起爆轰的有效能量。进一步探讨了高电压点火各能量的分布;结果表明,储存于电容的总能量1/2CU2中约91%消耗于能量损失和欧姆损耗，初始1/4周期放电能量仅约占2%，其余的点火能量只起到加热混合物的作用。
2013, 33(1): 91-97.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0091-07
摘要:
以丹东-通化高速公路大荒沟隧道进行的爆破振动监测数据为依据，采用FLAC-3D软件，分析了多次爆破荷载作用下大荒沟隧道小净距段围岩位移响应规律。根据爆破振动监测数据，考虑了竖向和横向质点运动在爆破荷载作用下的耦合效应，模拟左、右洞在6次爆破开挖下的隧道围岩位移响应，同时进行小净距隧道围岩岩体疲劳损伤声波监测，将爆破振动模拟结果和工程实测岩体疲劳损伤声波监测结果进行比较。分析表明：随着爆破循环开挖的进行，围岩处于稳定状态，在排除爆破加载左洞及右洞先后顺序的影响后，岩体损伤及围岩位移偏移以间柱为对称面呈现一定的对称性。同时，随着爆破掘进进行，隧道围岩监测处距爆破中心距离增大，测点处爆破应力波的强调度降低，围岩岩体疲劳损伤及位移偏移增量减少并最终趋于稳定。
以丹东-通化高速公路大荒沟隧道进行的爆破振动监测数据为依据，采用FLAC-3D软件，分析了多次爆破荷载作用下大荒沟隧道小净距段围岩位移响应规律。根据爆破振动监测数据，考虑了竖向和横向质点运动在爆破荷载作用下的耦合效应，模拟左、右洞在6次爆破开挖下的隧道围岩位移响应，同时进行小净距隧道围岩岩体疲劳损伤声波监测，将爆破振动模拟结果和工程实测岩体疲劳损伤声波监测结果进行比较。分析表明：随着爆破循环开挖的进行，围岩处于稳定状态，在排除爆破加载左洞及右洞先后顺序的影响后，岩体损伤及围岩位移偏移以间柱为对称面呈现一定的对称性。同时，随着爆破掘进进行，隧道围岩监测处距爆破中心距离增大，测点处爆破应力波的强调度降低，围岩岩体疲劳损伤及位移偏移增量减少并最终趋于稳定。
2013, 33(1): 98-102.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0098-05
摘要:
设计了弹头形状和弹体结构合理的金属侵彻弹体，利用口径为320 mm的平衡炮，采用次口径加载技术，将直径为136 mm、长度为680 mm、质量为52 kg的金属侵彻体加速到1300 m/s,去侵彻尺寸为3 m3 m6 m的钢筋混凝土靶。实验结果表明：次口径弹托与弹丸完全分离，弹体飞行姿态稳定，飞行攻角小于2，弹体侵彻6 厚的钢筋混凝土后剩余速度约为260 m/s。实验后回收的金属弹体结构完整，仅弹体头部存在一定塑性变形，弹体质量损失约1.2%，长度缩短约0.7%，弹靶作用过程的侵蚀现象不明显。
设计了弹头形状和弹体结构合理的金属侵彻弹体，利用口径为320 mm的平衡炮，采用次口径加载技术，将直径为136 mm、长度为680 mm、质量为52 kg的金属侵彻体加速到1300 m/s,去侵彻尺寸为3 m3 m6 m的钢筋混凝土靶。实验结果表明：次口径弹托与弹丸完全分离，弹体飞行姿态稳定，飞行攻角小于2，弹体侵彻6 厚的钢筋混凝土后剩余速度约为260 m/s。实验后回收的金属弹体结构完整，仅弹体头部存在一定塑性变形，弹体质量损失约1.2%，长度缩短约0.7%，弹靶作用过程的侵蚀现象不明显。
2013, 33(1): 103-107.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0103-05
摘要:
回顾了水下爆炸在军事海战和经济建设方面的应用，并且探索了水下爆炸在工业方面的发展。结合水下冲击波独特的性能，提出了水下爆炸焊接和水下冲击波压实粉末混合物2种加工方法。焊接试样显微组织中典型的波状界面表明水下冲击波对于脆性和薄片材料具有很好的焊接效果。粉末混合物在水下冲击波加载作用下能形成致密体。利用水下冲击波，在纯铜表面制备出了性能优良的弥散强化涂层。涂层内部弥散颗粒分布均匀，高硬度显示了优良的机械性能。
回顾了水下爆炸在军事海战和经济建设方面的应用，并且探索了水下爆炸在工业方面的发展。结合水下冲击波独特的性能，提出了水下爆炸焊接和水下冲击波压实粉末混合物2种加工方法。焊接试样显微组织中典型的波状界面表明水下冲击波对于脆性和薄片材料具有很好的焊接效果。粉末混合物在水下冲击波加载作用下能形成致密体。利用水下冲击波，在纯铜表面制备出了性能优良的弥散强化涂层。涂层内部弥散颗粒分布均匀，高硬度显示了优良的机械性能。
2013, 33(1): 108-112.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)01-0108-05
摘要:
针对防御小法线角入射的长杆弹的需要而设计出了一种新型反应装甲结构。通过分析新型反应装甲结构对长杆弹运动速度和姿态的干扰，得出在长杆弹质量守恒的情况下的动力学方程，并进行反应装甲抗长杆弹侵彻实验。结果表明，新型反应装甲能够有效的干扰小角度长杆弹的飞行姿态并造成动能损失，可提高对长杆弹的防护效果。
针对防御小法线角入射的长杆弹的需要而设计出了一种新型反应装甲结构。通过分析新型反应装甲结构对长杆弹运动速度和姿态的干扰，得出在长杆弹质量守恒的情况下的动力学方程，并进行反应装甲抗长杆弹侵彻实验。结果表明，新型反应装甲能够有效的干扰小角度长杆弹的飞行姿态并造成动能损失，可提高对长杆弹的防护效果。
