2013年 33卷 第6期
2013, 33(6): 561-566.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0561-06
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本文被引
摘要:
基于球形发散波实验技术及圆环型电磁粒子速度测试技术,采用0.125gTNT当量的微型炸药作 为爆炸源,对填实爆炸下有机玻璃中球形波的传播规律进行了实验研究,并基于粒子速度波形进行了分析。 结果表明:粒子速度峰值及粒子位移峰值符合指数衰减规律,粒子速度、位移峰值的衰减指数分别为1.34和 1.28;负向粒子速度峰值随比距离的增加有先增大后减小的趋势;基于强间断假设得到的低压(小于1GPa) 下径向压力峰值-粒子速度峰值关系与一维应变下得到的-v Hugoniot曲线吻合较好;采用变模量模型假设, 结合粒子速度数据反演的有机玻璃弹性模量E=(6.400.64)GPa、体积模量K =(7.120.71)GPa、剪切 模量G=(2.370.24)GPa。
基于球形发散波实验技术及圆环型电磁粒子速度测试技术,采用0.125gTNT当量的微型炸药作 为爆炸源,对填实爆炸下有机玻璃中球形波的传播规律进行了实验研究,并基于粒子速度波形进行了分析。 结果表明:粒子速度峰值及粒子位移峰值符合指数衰减规律,粒子速度、位移峰值的衰减指数分别为1.34和 1.28;负向粒子速度峰值随比距离的增加有先增大后减小的趋势;基于强间断假设得到的低压(小于1GPa) 下径向压力峰值-粒子速度峰值关系与一维应变下得到的-v Hugoniot曲线吻合较好;采用变模量模型假设, 结合粒子速度数据反演的有机玻璃弹性模量E=(6.400.64)GPa、体积模量K =(7.120.71)GPa、剪切 模量G=(2.370.24)GPa。
2013, 33(6): 567-573.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0567-07
摘要:
设计了一种双锥药型罩,借助数值模拟和实验手段研究其成形及侵彻机理,利用正交设计方法研 究不同结构的射流成形性能。结果显示:该双锥罩在爆轰波作用下形成高速射流、翻转弹丸和杵体;小锥角 2 显著影响射流头部速度;罩厚t及大锥角2 高度显著性影响弹丸速度;最佳设计参数为:t=0.14cm、2= 50、2=135、小锥角与大锥角罩口直径比N =0.4或0.5,其射流速度分别为6613、6839m/s,弹丸速度分 别为2247、2095m/s,侵彻钢靶深度分别为8.24、8.31cm,开口孔径分别为2.12、2.08cm。最终优化的双 锥罩结构合理,既保证了射流速度,又大大提高了弹丸速度,射流和弹丸先后侵彻目标,达到双重毁伤的目的; 在低密度装药和小炸高条件下侵彻效果较理想。
设计了一种双锥药型罩,借助数值模拟和实验手段研究其成形及侵彻机理,利用正交设计方法研 究不同结构的射流成形性能。结果显示:该双锥罩在爆轰波作用下形成高速射流、翻转弹丸和杵体;小锥角 2 显著影响射流头部速度;罩厚t及大锥角2 高度显著性影响弹丸速度;最佳设计参数为:t=0.14cm、2= 50、2=135、小锥角与大锥角罩口直径比N =0.4或0.5,其射流速度分别为6613、6839m/s,弹丸速度分 别为2247、2095m/s,侵彻钢靶深度分别为8.24、8.31cm,开口孔径分别为2.12、2.08cm。最终优化的双 锥罩结构合理,既保证了射流速度,又大大提高了弹丸速度,射流和弹丸先后侵彻目标,达到双重毁伤的目的; 在低密度装药和小炸高条件下侵彻效果较理想。
2013, 33(6): 574-580.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0574-07
摘要:
利用空气炮为加载设备,开展了不同头部形状聚碳酸酯弹丸的穿甲实验,获得了弹体穿甲时靶板 的变形时间历程曲线及弹靶相互作用时间,观察到不同弹体在穿甲过程中产生的断裂、内部损伤及头部塑性 变形等失效特征。采用光塑性方法,分析了截锥型聚碳酸酯弹丸穿甲后的变形特征,通过用户子程序将DSGZ 模型引入商用有限元程序,对截锥型聚碳酸酯弹丸的穿甲过程进行了数值模拟,获得了不同时刻聚碳酸 酯弹丸应力分布及靶板的变形特征,模拟结果与实验结果吻合较好。
利用空气炮为加载设备,开展了不同头部形状聚碳酸酯弹丸的穿甲实验,获得了弹体穿甲时靶板 的变形时间历程曲线及弹靶相互作用时间,观察到不同弹体在穿甲过程中产生的断裂、内部损伤及头部塑性 变形等失效特征。采用光塑性方法,分析了截锥型聚碳酸酯弹丸穿甲后的变形特征,通过用户子程序将DSGZ 模型引入商用有限元程序,对截锥型聚碳酸酯弹丸的穿甲过程进行了数值模拟,获得了不同时刻聚碳酸 酯弹丸应力分布及靶板的变形特征,模拟结果与实验结果吻合较好。
2013, 33(6): 581-586.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0581-06
摘要:
为了研究材料在高应变率拉伸加载下的动态响应,利用新型爆炸膨胀环实验技术开展了无氧铜试 样环的拉伸加载实验,采用激光干涉测试技术获得了试样环拉伸变形过程的径向速度历史。数值计算发现经 典JC模型不能较好地描述无氧铜试样环的膨胀过程,于是对JC模型进行了修改:增加了应变的指数硬化项 来描述拉伸变形的累积效应;增加了应变率的线性项描述拉伸加载时的应变率效应;利用实验数据拟合了修 改后的RJC模型参数,最终较好描述了无氧铜试样环的膨胀变形过程。
为了研究材料在高应变率拉伸加载下的动态响应,利用新型爆炸膨胀环实验技术开展了无氧铜试 样环的拉伸加载实验,采用激光干涉测试技术获得了试样环拉伸变形过程的径向速度历史。数值计算发现经 典JC模型不能较好地描述无氧铜试样环的膨胀过程,于是对JC模型进行了修改:增加了应变的指数硬化项 来描述拉伸变形的累积效应;增加了应变率的线性项描述拉伸加载时的应变率效应;利用实验数据拟合了修 改后的RJC模型参数,最终较好描述了无氧铜试样环的膨胀变形过程。
2013, 33(6): 587-593.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0587-07
摘要:
针对泡沫杆撞击刚性壁的情形建立了2类动态压溃模型:一维冲击波模型和三维细观有限元模 型。以连续介质框架下的应力波理论为基础,并假定了刚性-非线性塑性硬化的加载和刚性卸载的本构关系, 建立了一维冲击波模型,给出了冲击波波后应变与冲击时间的隐式表达式。利用随机Voronoi技术构建了闭 孔泡沫金属结构的三维细观有限元模型,使用ABAQUS/Explicit有限元软件模拟了泡沫材料的动态压溃过 程,并基于最小二乘法计算局部变形梯度和局部应变得到了三维泡沫结构的应变场。通过理论解和数值解的 比较,发现该理论模型能够较好地预测泡沫金属杆撞击刚性壁的力学行为,得到了较为精确的结果。
针对泡沫杆撞击刚性壁的情形建立了2类动态压溃模型:一维冲击波模型和三维细观有限元模 型。以连续介质框架下的应力波理论为基础,并假定了刚性-非线性塑性硬化的加载和刚性卸载的本构关系, 建立了一维冲击波模型,给出了冲击波波后应变与冲击时间的隐式表达式。利用随机Voronoi技术构建了闭 孔泡沫金属结构的三维细观有限元模型,使用ABAQUS/Explicit有限元软件模拟了泡沫材料的动态压溃过 程,并基于最小二乘法计算局部变形梯度和局部应变得到了三维泡沫结构的应变场。通过理论解和数值解的 比较,发现该理论模型能够较好地预测泡沫金属杆撞击刚性壁的力学行为,得到了较为精确的结果。
2013, 33(6): 594-600.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0594-07
摘要:
对球形容器内壁压力、温度和容器外壁应变进行了实验监测,为认识容器内部流场演变和容器响 应的全过程提供了较系统的实验数据支持。实验结果及分析显示:容器内部流场在载荷来回反射3次后分布 相对均匀;由容器外壁应变波形推测容器内部爆炸产物发生较明显的二次反应;各个应变监测位置均出现了 应变增长现象,其中容器入口门正对位置的应变增长现象最严重,应变峰值平均值增大系数达到2.88;容器 振动主频率为呼吸振动频率,另一主频率约为呼吸振动频率的1/2;容器外壁最大应变约2.510-3,等效应 力峰值比容器材料静态屈服应力大了约80%,容器无明显塑性变形。
对球形容器内壁压力、温度和容器外壁应变进行了实验监测,为认识容器内部流场演变和容器响 应的全过程提供了较系统的实验数据支持。实验结果及分析显示:容器内部流场在载荷来回反射3次后分布 相对均匀;由容器外壁应变波形推测容器内部爆炸产物发生较明显的二次反应;各个应变监测位置均出现了 应变增长现象,其中容器入口门正对位置的应变增长现象最严重,应变峰值平均值增大系数达到2.88;容器 振动主频率为呼吸振动频率,另一主频率约为呼吸振动频率的1/2;容器外壁最大应变约2.510-3,等效应 力峰值比容器材料静态屈服应力大了约80%,容器无明显塑性变形。
2013, 33(6): 601-607.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0601-07
摘要:
采用普通混凝土成形工艺和热水养护制度,制备出了抗压强度120~250 MPa的超高性能水泥基 复合材料。在获得优异静态力学性能的基础上,进行了超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻研究,分析了侵 彻过程中的靶体破坏形态。根据获得的侵彻深度数据,在J.T.Gomez等提出的多次侵彻模型基础上,修正了 与靶体抗压强度有关的多次侵彻深度计算经验方程。
采用普通混凝土成形工艺和热水养护制度,制备出了抗压强度120~250 MPa的超高性能水泥基 复合材料。在获得优异静态力学性能的基础上,进行了超高性能水泥基复合材料抗多次侵彻研究,分析了侵 彻过程中的靶体破坏形态。根据获得的侵彻深度数据,在J.T.Gomez等提出的多次侵彻模型基础上,修正了 与靶体抗压强度有关的多次侵彻深度计算经验方程。
2013, 33(6): 608-612.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0608-05
摘要:
为提供引信服役的力学参数,达到引战配合目的,弹体过载(减速度)的测量十分必要。采用硬回 收法测量了高速侵彻混凝土的先进钻地弹缩比弹过载时间历程。实验弹最大直径48mm,计及过载测量装 置,弹体质量约1.8kg,撞击速度1142m/s。过载测试系统模块化和集成化设计,包括过载测量模块、电路模 块、信号存储模块、电源模块和外部计算机模块,传感器为压阻式。量程在(-8~21)104g,可测量过载幅值 约20104g。
为提供引信服役的力学参数,达到引战配合目的,弹体过载(减速度)的测量十分必要。采用硬回 收法测量了高速侵彻混凝土的先进钻地弹缩比弹过载时间历程。实验弹最大直径48mm,计及过载测量装 置,弹体质量约1.8kg,撞击速度1142m/s。过载测试系统模块化和集成化设计,包括过载测量模块、电路模 块、信号存储模块、电源模块和外部计算机模块,传感器为压阻式。量程在(-8~21)104g,可测量过载幅值 约20104g。
2013, 33(6): 613-619.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0613-07
摘要:
利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验,研究了在循环冲击过程中岩石典型的 动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明:岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可 分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加载阶段、第1卸载阶段和第2卸载阶段等5个阶段。在相同入射 波循环作用下,随着循环次数的增加,岩石的反射波峰值越来越大,反射波峰值出现的时间越来越迟,透射波 峰值越来越小,透射波峰值出现的时间越来越早,表明在循环冲击过程中岩石内部损伤逐渐累积,从而导致抵 抗外部冲击载荷的能力逐渐降低。
利用研制的岩石动静组合加载实验装置进行循环冲击实验,研究了在循环冲击过程中岩石典型的 动态应力应变曲线及反射波和透射波的变化规律。结果表明:岩石在循环冲击过程中的动态应力应变曲线可 分为压密阶段、弹性阶段、内部裂纹扩展的加载阶段、第1卸载阶段和第2卸载阶段等5个阶段。在相同入射 波循环作用下,随着循环次数的增加,岩石的反射波峰值越来越大,反射波峰值出现的时间越来越迟,透射波 峰值越来越小,透射波峰值出现的时间越来越早,表明在循环冲击过程中岩石内部损伤逐渐累积,从而导致抵 抗外部冲击载荷的能力逐渐降低。
2013, 33(6): 620-624.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0620-05
摘要:
化爆加载技术常用来研究材料在冲击作用下的动态响应特性。通过在炸药与样品之间留一段空 隙的办法,实现爆轰产物驱动的无冲击加载飞片技术用于研究材料在弱冲击或无冲击加载条件下的动态响 应特性,利用二维程序模拟了整个实验过程,提出了装药直径对实验结果的影响。并利用反积分数据处理技 术对实验数据进行了处理与分析。
化爆加载技术常用来研究材料在冲击作用下的动态响应特性。通过在炸药与样品之间留一段空 隙的办法,实现爆轰产物驱动的无冲击加载飞片技术用于研究材料在弱冲击或无冲击加载条件下的动态响 应特性,利用二维程序模拟了整个实验过程,提出了装药直径对实验结果的影响。并利用反积分数据处理技 术对实验数据进行了处理与分析。
2013, 33(6): 625-630.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0625-06
摘要:
为探讨含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装 置,针对不同含水率非饱和黏土试样开展了侧限条件下的动态压缩实验。实验结果表明,在径向变形受到约 束时,当黏土中含有少量水时,比干黏土更容易压缩;而当含水率进一步增加时,试样在受压过程中逐渐接近 饱和状态,黏土的抗压性能则明显提升。从能量吸收与分配角度来看,随着含水率的增加,试样所吸收的总能 量在逐渐下降,体积改变能所占的比例逐渐增大,而形状改变能所占比例则逐渐减小。
为探讨含水率对非饱和黏土动态压缩特性的影响规律,利用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装 置,针对不同含水率非饱和黏土试样开展了侧限条件下的动态压缩实验。实验结果表明,在径向变形受到约 束时,当黏土中含有少量水时,比干黏土更容易压缩;而当含水率进一步增加时,试样在受压过程中逐渐接近 饱和状态,黏土的抗压性能则明显提升。从能量吸收与分配角度来看,随着含水率的增加,试样所吸收的总能 量在逐渐下降,体积改变能所占的比例逐渐增大,而形状改变能所占比例则逐渐减小。
2013, 33(6): 631-637.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0631-07
摘要:
利用爆炸加载动态焦散线测试系统,研究了双炮孔切槽方式下、同时起爆、两炮孔间贯穿裂纹和炮 孔外侧裂纹扩展的动态行为。实验结果表明:贯穿裂纹尖端并未直接相遇,而是一上一下,相遇后继续扩展, 并向异方已有的裂纹方向移近。裂纹扩展速度和加速度均呈现波浪起伏式的涨落变化。同一条裂纹扩展的 速度和加速度的峰值交替出现,加速度先达到峰值,速度再达到峰值。动态应力强度因子KⅠ 由最大值迅速 减小,然后经过反复振荡后,又逐渐增大,并达到第2个峰值,之后开始减小。裂纹扩展的过程中,KⅡ 基本都 小于KⅠ 。贯穿裂纹尖端的动态应力强度因子大于外侧裂纹的。动态能量释放率由最大值迅速减小,振荡变 化后第2次达到峰值,又逐渐减小。
利用爆炸加载动态焦散线测试系统,研究了双炮孔切槽方式下、同时起爆、两炮孔间贯穿裂纹和炮 孔外侧裂纹扩展的动态行为。实验结果表明:贯穿裂纹尖端并未直接相遇,而是一上一下,相遇后继续扩展, 并向异方已有的裂纹方向移近。裂纹扩展速度和加速度均呈现波浪起伏式的涨落变化。同一条裂纹扩展的 速度和加速度的峰值交替出现,加速度先达到峰值,速度再达到峰值。动态应力强度因子KⅠ 由最大值迅速 减小,然后经过反复振荡后,又逐渐增大,并达到第2个峰值,之后开始减小。裂纹扩展的过程中,KⅡ 基本都 小于KⅠ 。贯穿裂纹尖端的动态应力强度因子大于外侧裂纹的。动态能量释放率由最大值迅速减小,振荡变 化后第2次达到峰值,又逐渐减小。
2013, 33(6): 638-646.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0638-09
摘要:
使用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱、比表面和孔隙度等分析方法,对加载货币银爆轰 实验生成样品的成分含量、粒子形貌、形成物相、金属银的晶粒度、比表面及孔隙度进行了分析。结果表明,银 和铜在爆后的粒子中仍然为共熔体,相对金属银,晶格参数减小,生成银粒子的晶粒度为15.9~22.2nm;由 于高温高压和实验环境的影响,银粒子爆后和其他杂质粒子粘结在一起形成较大的颗粒,含有许多其他成分, 氧化亚铁来源于爆炸罐的罐体,大量无定形碳粉来源于缺氧环境下炸药的不完全燃烧,铝和硅来源于实验装 置。对生成样品的形貌分析证明了XRD对银晶粒度的分析结果。因为样品中含有较多量的碳粉,为了弄清 对气体的吸附作用,对样品进行了比表面、孔隙度以及孔径分析。
使用X射线衍射、扫描电子显微镜、X射线能谱、比表面和孔隙度等分析方法,对加载货币银爆轰 实验生成样品的成分含量、粒子形貌、形成物相、金属银的晶粒度、比表面及孔隙度进行了分析。结果表明,银 和铜在爆后的粒子中仍然为共熔体,相对金属银,晶格参数减小,生成银粒子的晶粒度为15.9~22.2nm;由 于高温高压和实验环境的影响,银粒子爆后和其他杂质粒子粘结在一起形成较大的颗粒,含有许多其他成分, 氧化亚铁来源于爆炸罐的罐体,大量无定形碳粉来源于缺氧环境下炸药的不完全燃烧,铝和硅来源于实验装 置。对生成样品的形貌分析证明了XRD对银晶粒度的分析结果。因为样品中含有较多量的碳粉,为了弄清 对气体的吸附作用,对样品进行了比表面、孔隙度以及孔径分析。
2013, 33(6): 647-654.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0647-08
摘要:
针对爆轰计算JWL状态方程参数,开展不确定度量化研究。首先从JWL状态方程性质出发,结 合数学、物理分析确定JWL状态方程中主要参数R1 的概率分布范围,然后利用非嵌入多项式混沌展开方法 对PBX9404炸药驱动飞层外界面速度进行了不确定度量化分析。给出的分析方法与分析流程对爆轰计算及 其他工程数值模拟不确定度量化有一定参考作用。
针对爆轰计算JWL状态方程参数,开展不确定度量化研究。首先从JWL状态方程性质出发,结 合数学、物理分析确定JWL状态方程中主要参数R1 的概率分布范围,然后利用非嵌入多项式混沌展开方法 对PBX9404炸药驱动飞层外界面速度进行了不确定度量化分析。给出的分析方法与分析流程对爆轰计算及 其他工程数值模拟不确定度量化有一定参考作用。
2013, 33(6): 655-661.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0655-07
摘要:
运用一维应力波理论,分析了弹性应力波在分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验中的传播过程,推 导出试件和压杆中应力分布相关计算公式。探讨了有关因素对试件应力平衡时间的影响规律,发现试件应力 平衡时间受试件/压杆广义波阻抗比和入射加载升时的影响显著,而不受试件/压杆截面积比和入射加载应力 幅值的影响。结合岩石SHPB实验,计算分析了不同入射加载应力幅值在不同入射加载升时情况下,试件达 到应力平衡时的应变变化特征,并提出了降低试件在应力平衡时的应变控制方法,使试件在未达到断裂应变 之前达到应力平衡,以保证实验的有效性。得出的结论对岩石类脆性材料SHPB实验方案设计具有一定的 参考意义。
运用一维应力波理论,分析了弹性应力波在分离式Hopkinson压杆(SHPB)实验中的传播过程,推 导出试件和压杆中应力分布相关计算公式。探讨了有关因素对试件应力平衡时间的影响规律,发现试件应力 平衡时间受试件/压杆广义波阻抗比和入射加载升时的影响显著,而不受试件/压杆截面积比和入射加载应力 幅值的影响。结合岩石SHPB实验,计算分析了不同入射加载应力幅值在不同入射加载升时情况下,试件达 到应力平衡时的应变变化特征,并提出了降低试件在应力平衡时的应变控制方法,使试件在未达到断裂应变 之前达到应力平衡,以保证实验的有效性。得出的结论对岩石类脆性材料SHPB实验方案设计具有一定的 参考意义。
2013, 33(6): 662-666.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0662-05
摘要:
对四边固定带预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应问题进行了实验研究。通过设计 爆炸冲击波载荷对2种材料不同孔数、不同孔径的靶板的冲击工况,获得了各靶板的中心点挠度。通过分析, 得到了预制孔靶板中心点挠度与预制孔数、孔径的相关规律,结合无孔平板在爆炸冲击波载荷下的挠度公式, 建立了广义的靶板中心点挠度公式,可用于计算不同孔靶板的中心点挠度。研究结果可作为平板材料在破片 冲击波联合毁伤研究的基础,为杀爆战斗部威力评估提供一些依据。
对四边固定带预制孔靶板在爆炸冲击波载荷作用下的动态响应问题进行了实验研究。通过设计 爆炸冲击波载荷对2种材料不同孔数、不同孔径的靶板的冲击工况,获得了各靶板的中心点挠度。通过分析, 得到了预制孔靶板中心点挠度与预制孔数、孔径的相关规律,结合无孔平板在爆炸冲击波载荷下的挠度公式, 建立了广义的靶板中心点挠度公式,可用于计算不同孔靶板的中心点挠度。研究结果可作为平板材料在破片 冲击波联合毁伤研究的基础,为杀爆战斗部威力评估提供一些依据。
2013, 33(6): 667-672.
doi: 10.11883/1001-1455(2013)06-0667-06
摘要:
安全壳内部爆炸和恐怖袭击可能导致放射性物质的泄露,会造成严重的灾难。运用非线性有限元 软件LS-DYNA,采用分离式建模方法和流构耦合算法,建立钢筋混凝土安全壳有限元模型,对钢筋混凝土安 全壳遭受内部爆炸进行了数值分析,研究了内爆炸冲击波作用下安全壳内的动力响应,并与Henrych公式和 TM5-1300结果进行了比较。结果表明,在比例距离为3.258m/kg1/3、爆炸源距基底48m 的内爆作用下,数 值模拟能保持较好的精度。
安全壳内部爆炸和恐怖袭击可能导致放射性物质的泄露,会造成严重的灾难。运用非线性有限元 软件LS-DYNA,采用分离式建模方法和流构耦合算法,建立钢筋混凝土安全壳有限元模型,对钢筋混凝土安 全壳遭受内部爆炸进行了数值分析,研究了内爆炸冲击波作用下安全壳内的动力响应,并与Henrych公式和 TM5-1300结果进行了比较。结果表明,在比例距离为3.258m/kg1/3、爆炸源距基底48m 的内爆作用下,数 值模拟能保持较好的精度。
