2014年  34卷  第5期

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爆炸场瞬态高温测试的实验研究
张云明, 刘庆明, 李磊, 汪建平
2014, 34(5): 513-520. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0513-08
摘要:
针对爆炸场瞬态高温测量需求,从辐射测温原理出发,建立红外比色测温系统。通过黑体炉实验标定出Si/Ge双通道比色测温仪的波长、带宽、光电转换系数等工作参数和测温范围,并将比色测温仪高温测温量程扩展至3 500℃。利用大能量电火花放电产生的爆炸场标定了测温仪的响应时间,结果显示测温仪响应时间不超过10μs。确定了标准测温仪和超限测温仪的温度计算公式,并将比色测温仪应用于TNT柱状炸药和云爆剂(FAE)爆炸场温度测试,可以为爆炸反应过程诊断和爆炸温度毁伤效应评估提供依据。
空投鱼雷入水载荷
潘光, 杨悝
2014, 34(5): 521-526. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0521-06
摘要:
为了研究空投鱼雷的入水过程,首先分析入水过程中的受力情况进行数值计算;然后使用数值模拟软件Msc.Dytran建立鱼雷入水的有限元模型,计算入水过程中雷体所遭受的冲击压力及其在冲击面上的分布情况,并对不同入水速度和角度下冲击压力峰值、不同头部形状冲击压力峰值特点及鱼雷入水弹道做了分析与讨论,结果表明:鱼雷入水速度和入水角度会对鱼雷壳体所受载荷产生重要影响,研究结果可为预测鱼雷入水冲击载荷提供参考。
夹芯圆柱壳在水下爆炸载荷作用下的抗冲击特性
邓磊, 王安稳, 毛柳伟
2014, 34(5): 527-533. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0527-07
摘要:
采用声固耦合方法对夹芯圆柱壳和等质量的普通圆柱壳在爆炸载荷作用下的应变、速度和加速度进行有限元计算。结果表明:夹芯防护层对爆炸冲击波可起到较好的衰减作用,即通过芯层的塑性变形,耗散了冲击过程中产生的大部分能量,对里面的圆柱壳体起到较好的保护作用,由于夹芯防护层的存在,与等质量的普通圆柱壳相比,夹芯圆柱壳能够承受更强的爆炸冲击波,降低结构的整体变形。
基于LS-DYNA的高速破片水中运动特性流固耦合数值模拟
康德, 严平
2014, 34(5): 534-538. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0534-05
摘要:
基于大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立三维长方体高速破片在水介质中运动的有限元动力分析模型,采用ALE方法对破片在水下运动过程进行流固耦合数值模拟,获得了破片的速度衰减曲线。研究了速度衰减规律、破片墩粗变形规律以及冲击波传播过程。得到高速破片的侵彻能力随速度的变化规律:当初速度大于910~1 115m/s时破片头部将产生显著变形,并大大影响其侵彻阻力;当破片速度较小时,水中侵彻距离随破片初速的增大而增大,当破片速度达到某临界值以后,侵彻距离将随初始速度的增大而逐渐减小。
地下坑道对其临界震塌爆距处钻地武器爆炸载荷的动力响应
冯慧平, 刘洪兵, 左兴, 惠浪浪
2014, 34(5): 539-546. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0539-08
摘要:
利用非线性显式动力有限元程序,采用多物质流固耦合计算方法,就GBU-28钻地弹在地下坑道临界震塌爆距处爆炸时,对地下直墙拱坑道的动力响应进行数值模拟。根据围岩动力稳定性和混凝土动态强度判据,结合模拟结果,分析衬砌结构与围岩的相互作用。钻地弹在直墙圆拱断面的坑道临界震塌爆距处爆炸时:围岩处于临界破坏状态,但混凝土衬砌结构处于稳定状态;拱顶的应力峰值明显,且柱状装药情况下,爆炸近区的应力较集团装药情况下的大;拱肩位置出现应力集中;围岩与衬砌结构特征位置处的相互作用载荷与对应质点的振动速度相互耦合,基本成对应的关系。
带有圆弧形凹槽金属薄壁圆管抗撞性优化设计
谭丽辉, 徐涛, 崔晓梅, 张炜, 赵世佳
2014, 34(5): 547-553. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0547-07
摘要:
在金属薄壁圆管的基础上,引入圆弧形凹槽诱导结构并以其为研究对象,建立以凹槽数量及其半径为优化参数,以比吸能和压溃力效率为评价指标的多目标优化模型。分析研究均布设置诱导凹槽对结构吸能、最大峰值压溃力及压溃力曲线平稳性的影响。采用有限元软件LS-DYNA得到不同几何参数模型的碰撞响应,结合径向基函数法构造近似函数,并采用理想点法进行优化设计,得出使结构最优时的凹槽数量和半径,从而得到了理想的诱导凹槽优化结构。
风荷载对高烟囱爆破倾倒偏转角的影响
韩芳, 钟冬望, 韩新星, 曾翔龙, 唐玉成, 刘莹
2014, 34(5): 554-559. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0554-06
摘要:
从高烟囱余留支撑体截面的中性轴方程出发,推导顺风荷载与横风共振共同作用下,高烟囱定向爆破倾倒偏转角的修正公式,研究不同风级(4~6级)、不同切口角(190°~220°)、不同风向角(0°~180°)对爆破倾倒偏转角的影响规律,并对最大偏转角的绝对值和产生条件进行讨论,最后以南昌电厂210m高烟囱的爆破参数设计和触地防护过程为例进行验证。计算表明,对于高耸烟囱,考虑横风共振后倾倒偏转角显著增大,是顺风引起偏转角的4~5倍;风级一定的条件下,存在最不利风向角,致使烟囱产生最大偏转角;最大倾倒偏转角随着风力等级的增大而增大,随着切口角的增大而减小。
初始堆积对发射药床底部挤压应力的影响
王燕, 芮筱亭, 宋振东, 黎超, 姜世平, 冯宾宾, 王国平
2014, 34(5): 560-566. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0560-07
摘要:
为给发射装药发射安全性的评估提供关键数据,对不同初始堆积发射药床进行了挤压破碎实验,测得了发射药床底部的挤压应力。利用离散单元法,建立了发射装药挤压破碎动力学模型,对发射药床的挤压应力进行了计算。实验结果和计算结果吻合较好。随机堆积药床底部的挤压应力较一致,竖排堆积药床底部的挤压应力差异较大。
人/椅弹射救生系统穿盖过程的数值模拟
李志强, 王志华, 刘晓明, 赵隆茂
2014, 34(5): 567-573. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0567-07
摘要:
拟针对战斗机微爆索预破碎座舱盖弹射救生系统中人/椅系统穿盖过程中弹射通道的畅通性,座舱盖的破坏模式以及人体重要部位的冲击损伤程度。考虑微爆索在舱盖内表面沿中央和四周2种不同的切割布局,建立人/椅系统撞击舱盖的解耦模型,采用非线性动态显式算法对穿盖过程进行了数值模拟。模拟结果表明:第2种布局较第1种布局更有利于形成畅通的弹射通道,也有助于减轻人体的损伤,同时给出2种布局切割槽深度的临界值。研究结果可为弹射救生系统的优化设计和安全生产提供可靠依据。
爆炸驱动固/液介质爆炸抛撒的实验研究
蒋海燕, 王树山, 魏继锋, 饶彬, 张之暐
2014, 34(5): 574-579. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0574-06
摘要:
针对爆炸驱动固/液介质抛撒混合过程设计了透明双层抛撒装置。采用高速运动分析系统记录抛撒装置壳体破碎和固/液界面、固/液介质抛撒形态的演变过程,结果表明:壳体裂纹的产生和断裂首先出现在轴向方向;固/液界面在外层壳体破碎之前清晰可见,表明固/液介质的混合主要发生在壳体破碎之后;导爆索驱动下呈现滑移爆轰驱力特征,介质抛撒形状呈倒圆台形,不同截面处的介质运动速度随截面到起爆端轴向距离的增大而减小。
氢气定容燃烧的实验研究
暴秀超, 刘福水, 陈超
2014, 34(5): 580-585. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0580-06
摘要:
利用定容燃烧弹和高速数据采集系统对氢气定容燃烧进行实验研究,得出氢气定容燃烧压力变化过程、燃烧爆压及爆炸常数的变化规律。研究结果表明:中心点火定容燃烧的压力变化过程为:从开始的火花跳火干扰到平稳的等压燃烧,再到压力的慢速和快速增加,在燃烧的中后期会出现压力振荡;在非燃烧极限工况下,随着燃空当量比的增加燃烧爆压先增加后减小,随着初始压力的升高燃烧爆压几乎线性增加,随着温度的增加燃烧爆压和最大燃烧爆压都减小;随着燃空当量比的增加爆炸常数先增加后减小,在燃空当量比小于4.0的工况,燃烧爆炸常数随初始压力的升高而增加,而燃空当量比大于4.0的工况随着初始压力的升高而下降;在燃空当量比小于2.5时,燃烧爆炸常数随温度升高而减小,在燃空当量比大于2.5时,则正好相反。
煤粉尘爆炸过程中火焰的传播特性
曹卫国, 徐森, 梁济元, 高伟, 潘峰, 饶国宁
2014, 34(5): 586-593. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0586-08
摘要:
为了揭示煤粉尘爆炸过程中火焰传播特征,采用2种不同质量分数挥发分的煤粉在半封闭竖直燃烧管中进行实验。分别使用高速摄影装置和红外热成像装置记录火焰传播过程和空间的温度分布情况,并分析2种煤粉尘云的火焰传播速度和温度曲线。结果表明:在同等条件下,火焰在挥发分质量分数高的煤粉尘云中的传播速度和火焰温度要高于其在挥发分质量分数较低的煤粉尘云中的。煤粉尘云的体积质量和点火能量也影响着火焰的传播过程,随着煤粉尘云体积质量的增大,火焰的传播速度和火焰温度整体上呈现先增大后减小的趋势,在传播的后半段火焰速度出现震荡现象;随着点火能量的增大,火焰在煤粉尘云中的传播速度和最高温度也相应升高。通过大量的实验数据计算得到特定条件下火焰传播速度和温度的经验公式。
弹靶尺寸对陶瓷/金属复合装甲防护性能的影响
迟润强, AhmadSerjouei, 范峰, IdapalapatiSridhar
2014, 34(5): 594-600. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0594-07
摘要:
利用Autodyn软件开展数值模拟工作,对陶瓷/金属复合装甲的防护性能与弹靶尺寸的关系进行研究。首先,建立二维轴对称SPH-Lagrange模型,并利用实验数据验证模型有效性;在此基础上对不同几何参数的弹靶撞击进行数值模拟,分析靶板厚度、靶板平面尺寸、子弹长度等对氧化铝陶瓷/铝合金复合装甲弹道极限速度的影响规律。然后,通过量纲分析,提出装甲弹道极限速度与弹靶几何参数的量纲一关系式,并在数值模拟结果的基础上建立一个装甲弹道极限速度的经验公式。
泡沫金属的微惯性效应和动态塑性泊松比
王长峰, 郑志军, 虞吉林
2014, 34(5): 601-607. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0601-07
摘要:
采用三维Voronoi技术和显式有限元方法来研究闭孔和开孔两种泡沫金属的动态塑性泊松比问题和微惯性效应。细观数值模拟的结果表明:塑性泊松比随着轴向应变的增加而下降,塑性泊松比的峰值随着冲击速度的增加而下降;相对密度增加时,泡沫金属塑性泊松比增加;微惯性对平台应力的影响不大。该数值模拟结果能够解释侧向约束情况下闭孔泡沫金属的压溃应力随着加载速率的提高而下降的实验现象。
3种小口径步枪弹的致伤效应
刘坤, 吴志林, 徐万和, 莫根林
2014, 34(5): 608-614. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0608-07
摘要:
探讨小口径枪弹的杀伤性能,将SS109 5.56mm、M74 5.45mm、87式5.8mm等3种小口径步枪弹结构特点、性能参数及明胶中运动规律进行了对比评测;以明胶为组织模拟物开展了步枪弹侵彻靶标实验,并对3种步枪弹侵彻明胶实验数据进行对比分析。分析结果表明,我国87式5.8mm普通弹杀伤性能优于SS109 5.56mm和M74 5.45mm步枪弹,较好验证了理论分析结果。
基础隔震系统对核电站安全壳抗震的影响
赵春风, 陈健云
2014, 34(5): 615-621. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0615-07
摘要:
为了确保核电站在遭受破坏性的地震后,安全壳要保持密封性且不被破坏,基于地震波在结构中的传播规律,从隔震技术的原理出发,建立较为准确的三维安全壳有限元模型,运用定性的方法对核电厂安全壳进行数值模拟,对比了极限安全地震动作用下采取隔震技术和不采取隔震技术安全壳的动力响应。采取隔震措施的安全壳的顶点在x、y、z方向的最大加速度分别为2.85、12.84和3.05m/s2,相比于无隔震措施的安全壳,加速度分别降低了79.52%、27.56%和79.47%。结果表明,隔震技术能有效地减小核电站安全壳的地震反应。
基于Archard理论分析弹体质量侵蚀
郭磊, 何勇, 张年松, 庞春旭, 郑浩
2014, 34(5): 622-629. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0622-08
摘要:
基于模具与工件磨损中的Archard粘着磨损理论,分析弹体表面微粒的细观塑性变形,建立弹体质量侵蚀表征模型,运用动态空腔膨胀理论得到弹体表面应力,再通过差分计算得到高速侵彻中弹体宏观轮廓的钝化回退过程。计算得到的弹体外部轮廓、质量损失及侵彻深度等参数与实验结果基本吻合。结果表明;弹体侵蚀效应对侵彻时间和深度的影响随着撞击速度的增大愈加显著;弹体侵彻过程中最大过载与刚性条件下有较大区别,提高弹体材料的屈服强度能有效减少侵彻过程中弹体的质量损失,提高最终侵彻深度。
卵形弹体侵彻混凝土开坑区侵彻阻力计算
柴传国, 皮爱国, 武海军, 黄风雷
2014, 34(5): 630-635. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0630-06
摘要:
为了研究弹体开坑过程中,弹头表面应力的表达形式,采用高速摄影仪记录弹体在开坑区的位移和时间关系,得到卵形弹体在开坑区的速度和侵深关系。采用最小二乘法对开坑区结束时消耗的弹体动能和侵深关系进行分析,提出开坑过程中弹头表面的应力形式。计算结果表明,该应力形式能较好地描述高速条件下开坑区的侵深和速度关系。
基于圆筒实验的RDX/Al炸药反应进程
裴红波, 焦清介, 覃剑峰
2014, 34(5): 636-640. doi: 10.11883/1001-1455(2014)05-0636-05
摘要:
对RDX炸药和2种铝粉质量分数分别为15%、30%的RDX基含铝炸药进行∅50mm圆筒实验,研究铝粉含量对炸药做功能力的影响,根据格尼公式分析铝粉与爆轰产物的反应进程。结果表明:在圆筒实验记录的时间范围内,铝粉质量分数为15%的含铝炸药做功能力最强,RDX炸药次之,铝粉质量分数为30%炸药做功能力最弱;34μs时刻,铝粉质量分数为15%的炸药,铝粉的反应度为0.49,而铝粉质量分数为30%炸药铝粉的反应度仅为0.21,含铝炸药中铝粉的反应时间在50~200μs之间。