2015年 35卷 第5期
2015, 35(5): 609-616.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0609-08
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摘要:
以高速摄影为主要手段，揭示直管中爆炸诱导气泡和射流的典型演变过程，并测试爆炸深度和爆炸能量对该现象的影响。研究发现直管中爆炸诱导的表面射流分为光滑和粗糙的两段，这区别于自由表面射流的形态；爆炸气泡的发展经历一个先膨胀再坍缩的过程，其中封闭坍缩以气泡顶部形成内向射流为特征。表面射流速度主要来自爆炸早期短时间内气泡膨胀赋予水体的冲量，且整体上与起爆能量成正相关，而与爆炸深度成反相关；用准一维的简化模型能够很好地描述它们之间的依赖关系，计算结果不仅在趋势上与实验结果一致，数值上也能很好吻合。
以高速摄影为主要手段，揭示直管中爆炸诱导气泡和射流的典型演变过程，并测试爆炸深度和爆炸能量对该现象的影响。研究发现直管中爆炸诱导的表面射流分为光滑和粗糙的两段，这区别于自由表面射流的形态；爆炸气泡的发展经历一个先膨胀再坍缩的过程，其中封闭坍缩以气泡顶部形成内向射流为特征。表面射流速度主要来自爆炸早期短时间内气泡膨胀赋予水体的冲量，且整体上与起爆能量成正相关，而与爆炸深度成反相关；用准一维的简化模型能够很好地描述它们之间的依赖关系，计算结果不仅在趋势上与实验结果一致，数值上也能很好吻合。
2015, 35(5): 617-624.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0617-08
摘要:
对4种不同头型的钝体、以不同初始速度在小倾斜角度和垂直状态下入水，所产生的空泡流进行了的实验观察，分析了不同工况下空泡产生和发展的特性。实验结果表明：对于倾斜入水及垂直入水，圆台头和平头(即空化器均为圆盘)实验体均能形成较稳定的入水弹道；初始入水速度较低时，空泡的闭合方式为深闭合；初始入水速度较高时，空泡的闭合方式为表面闭合，且运动速度衰减得更快。测量得知，钝体倾斜入水产生的空泡的前部外形轮廓与Logvinovich的半经验公式给出的结果相吻合。在垂直入水的情况下，调查了物体头部对空泡的起始点位置及其形态的影响。
对4种不同头型的钝体、以不同初始速度在小倾斜角度和垂直状态下入水，所产生的空泡流进行了的实验观察，分析了不同工况下空泡产生和发展的特性。实验结果表明：对于倾斜入水及垂直入水，圆台头和平头(即空化器均为圆盘)实验体均能形成较稳定的入水弹道；初始入水速度较低时，空泡的闭合方式为深闭合；初始入水速度较高时，空泡的闭合方式为表面闭合，且运动速度衰减得更快。测量得知，钝体倾斜入水产生的空泡的前部外形轮廓与Logvinovich的半经验公式给出的结果相吻合。在垂直入水的情况下，调查了物体头部对空泡的起始点位置及其形态的影响。
2015, 35(5): 625-632.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0625-08
摘要:
基于无网格方法，对包含大位移运动边界和非平衡化学反应的膛口流场进行了数值模拟。所发展算法是基于线性基函数最小二乘显式无网格方法，忽略黏性及湍流的影响，对流场采用ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式的Euler方程描述，对流通量和化学反应源项采用多组分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和有限速率反应模型计算，对于运动边界造成的点云畸形采用局部点云重构方法处理，重构过程中采用虚拟边阵面推进。对圆柱绕流和激波诱导燃烧流场进行了数值模拟，验证了重构方法和化学反应计算的有效性。最后对12.7 mm口径机枪膛口流场进行了模拟，结果同实验照片、非结构网格方法结果吻合较好，数值结果清晰地再现了膛口初始冲击波、膛口冲击波、欠膨胀射流波系结构的动力学发展过程，以及膛口焰的时间、空间分布特征。
基于无网格方法，对包含大位移运动边界和非平衡化学反应的膛口流场进行了数值模拟。所发展算法是基于线性基函数最小二乘显式无网格方法，忽略黏性及湍流的影响，对流场采用ALE(arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式的Euler方程描述，对流通量和化学反应源项采用多组分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和有限速率反应模型计算，对于运动边界造成的点云畸形采用局部点云重构方法处理，重构过程中采用虚拟边阵面推进。对圆柱绕流和激波诱导燃烧流场进行了数值模拟，验证了重构方法和化学反应计算的有效性。最后对12.7 mm口径机枪膛口流场进行了模拟，结果同实验照片、非结构网格方法结果吻合较好，数值结果清晰地再现了膛口初始冲击波、膛口冲击波、欠膨胀射流波系结构的动力学发展过程，以及膛口焰的时间、空间分布特征。
2015, 35(5): 633-640.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0633-08
摘要:
基于砂粒的不可压缩性假设，利用球形空腔动态收缩模型和广义Mises强度准则推导了干砂的孔隙压密演化方程；根据Hugoniot冲击突跃条件和Grüneisen系数，推导了干砂考虑孔隙演化影响的状态方程；根据关联流动法则，得到了大变形时砂的弹塑性应力应变关系；基于动力有限元计算平台，采用上述模型分析了弹体高速侵彻干砂的作用过程。结果表明，该模型能够表征高速侵彻时砂的孔隙演化对应力应变状态的反向影响，能够较准确地反映高速侵彻作用下干砂的动力响应过程。
基于砂粒的不可压缩性假设，利用球形空腔动态收缩模型和广义Mises强度准则推导了干砂的孔隙压密演化方程；根据Hugoniot冲击突跃条件和Grüneisen系数，推导了干砂考虑孔隙演化影响的状态方程；根据关联流动法则，得到了大变形时砂的弹塑性应力应变关系；基于动力有限元计算平台，采用上述模型分析了弹体高速侵彻干砂的作用过程。结果表明，该模型能够表征高速侵彻时砂的孔隙演化对应力应变状态的反向影响，能够较准确地反映高速侵彻作用下干砂的动力响应过程。
2015, 35(5): 641-650.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0641-10
摘要:
为了探索油气在受限空间热爆燃发生的化学反应机理，以CHEMICAL4.1为平台，分析了C1~C4烷烃混合气体热爆燃过程的系统温度、主要组分浓度和中间产物生成率的变化规律。通过敏感性分析、生成速率分析和路径分析等方法，简化了C1~C4烷烃混合气体的详细机理，得到了一个包含37种组分、80个基元反应组成的简化机理，并进行了对比验证。在反应机理上印证了气体热爆燃过程存在缓慢氧化、快速氧化和反应平衡3个阶段。发现与超氧化氢和过氧化氢有关的基元反应是热爆燃发生的关键反应，而大量产生的氢基和羟基最终导致了热爆燃的发生。
为了探索油气在受限空间热爆燃发生的化学反应机理，以CHEMICAL4.1为平台，分析了C1~C4烷烃混合气体热爆燃过程的系统温度、主要组分浓度和中间产物生成率的变化规律。通过敏感性分析、生成速率分析和路径分析等方法，简化了C1~C4烷烃混合气体的详细机理，得到了一个包含37种组分、80个基元反应组成的简化机理，并进行了对比验证。在反应机理上印证了气体热爆燃过程存在缓慢氧化、快速氧化和反应平衡3个阶段。发现与超氧化氢和过氧化氢有关的基元反应是热爆燃发生的关键反应，而大量产生的氢基和羟基最终导致了热爆燃的发生。
2015, 35(5): 651-658.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0651-08
摘要:
利用焦散线实验系统，进行了冲击加载下含预制裂纹梁柱试件的断裂实验，研究了梁柱试件的梁柱节点、梁上和柱端裂纹的扩展轨迹、扩展速度和应力强度因子的变化规律。实验结果表明：受冲击后，试件首先在梁柱节点处开裂，并在裂纹扩展过程中发生明显的曲裂运动，证明梁柱节点处最容易受到破坏。预制裂纹条数越多，梁柱节点处开裂越晚，说明裂纹条数少，能量可以在裂纹尖端积聚得更集中、更快。含柱端预制裂纹的试件，2条裂纹的开裂相隔时间要长于含梁上预制裂纹的试件；同时，试件的第2条裂纹优先在梁上裂纹处开裂，说明固端支座比简支梁断裂需要更多的能量。随着预制裂纹的增多，梁上裂纹在扩展过程中的曲裂现象减弱, 由于部分能量在柱端裂纹处积聚，用于推动梁上裂纹扩展的能量相应地减少。并且由于柱端裂纹的存在，梁上裂纹受到的拉应力分量减小，导致裂纹尖端受到弯矩变小，影响了裂纹的曲裂运动。
利用焦散线实验系统，进行了冲击加载下含预制裂纹梁柱试件的断裂实验，研究了梁柱试件的梁柱节点、梁上和柱端裂纹的扩展轨迹、扩展速度和应力强度因子的变化规律。实验结果表明：受冲击后，试件首先在梁柱节点处开裂，并在裂纹扩展过程中发生明显的曲裂运动，证明梁柱节点处最容易受到破坏。预制裂纹条数越多，梁柱节点处开裂越晚，说明裂纹条数少，能量可以在裂纹尖端积聚得更集中、更快。含柱端预制裂纹的试件，2条裂纹的开裂相隔时间要长于含梁上预制裂纹的试件；同时，试件的第2条裂纹优先在梁上裂纹处开裂，说明固端支座比简支梁断裂需要更多的能量。随着预制裂纹的增多，梁上裂纹在扩展过程中的曲裂现象减弱, 由于部分能量在柱端裂纹处积聚，用于推动梁上裂纹扩展的能量相应地减少。并且由于柱端裂纹的存在，梁上裂纹受到的拉应力分量减小，导致裂纹尖端受到弯矩变小，影响了裂纹的曲裂运动。
2015, 35(5): 659-667.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0659-09
摘要:
为了揭示超临界CO2磨料射流流场特性，利用计算流体动力学模拟软件，对超临界CO2磨料射流结构及不同因素对射流流场的影响规律进行了研究。结果表明：超临界CO2磨料射流轴向速度和冲击力随着喷距的增大，先增大后减小，即存在最优喷距，喷射压差为10~30 MPa时最优喷距为3~6倍喷嘴直径；喷射压差一定时，围压由10 MPa增至30 MPa对射流速度场及液相冲击力会造成较小的负面影响。通过超临界CO2射流破岩实验对上述2因素进行了辅助对比验证；流体温度由333 K增至413 K，固液两相轴向速度增大，而流体密度降低，导致液相冲击力减弱；磨料浓度由3.0%连续增至11.0%，射流固液两相轴向速度逐渐降低，降幅逐渐减小。
为了揭示超临界CO2磨料射流流场特性，利用计算流体动力学模拟软件，对超临界CO2磨料射流结构及不同因素对射流流场的影响规律进行了研究。结果表明：超临界CO2磨料射流轴向速度和冲击力随着喷距的增大，先增大后减小，即存在最优喷距，喷射压差为10~30 MPa时最优喷距为3~6倍喷嘴直径；喷射压差一定时，围压由10 MPa增至30 MPa对射流速度场及液相冲击力会造成较小的负面影响。通过超临界CO2射流破岩实验对上述2因素进行了辅助对比验证；流体温度由333 K增至413 K，固液两相轴向速度增大，而流体密度降低，导致液相冲击力减弱；磨料浓度由3.0%连续增至11.0%，射流固液两相轴向速度逐渐降低，降幅逐渐减小。
2015, 35(5): 668-674.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0668-07
摘要:
为研究附加冲击载荷的解析方法和影响因子，推导了附加冲击载荷的积分表达式，获得了影响附加冲击载荷的3个主要参数；建立底座的数值模型，并通过实验验证了数值模型建立方法的正确性。在数值模型基础上，结合MISO(multiple-input, single-output)多元广义多项式神经网络方法，建立了底座力学特性数学模型，对附加冲击载荷的影响因子进行智能决策分析。分析结果表明：对于附加冲击载荷的影响因子由高到低排序为帘线模量、截面面积、帘线间距，且当相应参数的变化导致附加冲击载荷增大时，该参数对附加冲击载荷的影响因子逐渐减小。
为研究附加冲击载荷的解析方法和影响因子，推导了附加冲击载荷的积分表达式，获得了影响附加冲击载荷的3个主要参数；建立底座的数值模型，并通过实验验证了数值模型建立方法的正确性。在数值模型基础上，结合MISO(multiple-input, single-output)多元广义多项式神经网络方法，建立了底座力学特性数学模型，对附加冲击载荷的影响因子进行智能决策分析。分析结果表明：对于附加冲击载荷的影响因子由高到低排序为帘线模量、截面面积、帘线间距，且当相应参数的变化导致附加冲击载荷增大时，该参数对附加冲击载荷的影响因子逐渐减小。
2015, 35(5): 675-681.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0675-07
摘要:
对冲击波与开式、闭式泡沫作用及其在空气中的传播特性开展实验研究，探讨不同结构的泡沫材料对冲击波衰减的力学特征。通过定量分析泡沫材料对冲击波的超压峰值、正冲量的损失，分析冲击波入射、反射、透射的正冲量。实验结果表明, 泡沫材料对冲击波的衰减体现在对冲击波的反射衰减等方面，其中开式泡沫对冲击波的衰减效果比闭式泡沫稍好，且它们衰减冲击波的具体力学过程也不尽相同。
对冲击波与开式、闭式泡沫作用及其在空气中的传播特性开展实验研究，探讨不同结构的泡沫材料对冲击波衰减的力学特征。通过定量分析泡沫材料对冲击波的超压峰值、正冲量的损失，分析冲击波入射、反射、透射的正冲量。实验结果表明, 泡沫材料对冲击波的衰减体现在对冲击波的反射衰减等方面，其中开式泡沫对冲击波的衰减效果比闭式泡沫稍好，且它们衰减冲击波的具体力学过程也不尽相同。
2015, 35(5): 682-688.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0682-07
摘要:
依托金厂沟梁金矿中深孔落矿工业实验，开展急倾斜薄矿脉中深孔落矿爆破参数优化研究。基于非线性动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA开展多种方案的数值模拟，分析了不同爆破参数下窄矿脉爆破应力场分布特征和窄矿脉爆破夹制作用下爆破裂隙区域的形成过程。计算结果表明，抵抗线在0.8~1.2 m范围内，相同孔距下自由面中心位置有效应力峰值随着抵抗线增大呈现衰减趋势；孔距在0.9~1.6 m范围内，相同抵抗线应力峰值随孔距增大而增大，孔距增大的同时，上下盘围岩损失程度也随之增大。选择孔网面积作为衡量依据，随炮孔密集系数增大，有效应力增量减缓，密集系数超过1.5后，矿石损失贫化加剧。综合各方案模拟结果，1.0 m×1.4 m为最优的爆破参数。将优化结果用于现场实验，爆破后采用三维激光扫描系统进行评估，实测爆区体积为设计体积的91.8%，爆破并未导致矿体上下盘围岩垮落，爆破效果良好。
依托金厂沟梁金矿中深孔落矿工业实验，开展急倾斜薄矿脉中深孔落矿爆破参数优化研究。基于非线性动力分析有限元软件ANSYS/LS-DYNA开展多种方案的数值模拟，分析了不同爆破参数下窄矿脉爆破应力场分布特征和窄矿脉爆破夹制作用下爆破裂隙区域的形成过程。计算结果表明，抵抗线在0.8~1.2 m范围内，相同孔距下自由面中心位置有效应力峰值随着抵抗线增大呈现衰减趋势；孔距在0.9~1.6 m范围内，相同抵抗线应力峰值随孔距增大而增大，孔距增大的同时，上下盘围岩损失程度也随之增大。选择孔网面积作为衡量依据，随炮孔密集系数增大，有效应力增量减缓，密集系数超过1.5后，矿石损失贫化加剧。综合各方案模拟结果，1.0 m×1.4 m为最优的爆破参数。将优化结果用于现场实验，爆破后采用三维激光扫描系统进行评估，实测爆区体积为设计体积的91.8%，爆破并未导致矿体上下盘围岩垮落，爆破效果良好。
2015, 35(5): 689-695.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0689-07
摘要:
针对弹体侵彻过程中装药的安全性，基于黏弹性统计裂纹力学(visco-statistical crack mechanics, Visco-SCRAM)模型计算装药整体温升、装药裂纹摩擦生热以及弹体装药与壳体摩擦生热，考察这3种机制对装药温升的贡献以及侵彻装药的点火机制，得到了装药点火对应的弹体侵彻临界初始速度。结果表明：(1)装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献，随着弹体初始撞击速度的提高，摩擦生热对温升的贡献逐渐增大；(2)黏性、损伤和绝热体积变化导致的装药整体温升对装药点火的作用有限; (3)裂纹摩擦形成热点是侵彻装药点火的物理机制；(4)采用Visco-SCRAM模型可预测低强度、长脉冲载荷作用下的装药点火响应。
针对弹体侵彻过程中装药的安全性，基于黏弹性统计裂纹力学(visco-statistical crack mechanics, Visco-SCRAM)模型计算装药整体温升、装药裂纹摩擦生热以及弹体装药与壳体摩擦生热，考察这3种机制对装药温升的贡献以及侵彻装药的点火机制，得到了装药点火对应的弹体侵彻临界初始速度。结果表明：(1)装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献，随着弹体初始撞击速度的提高，摩擦生热对温升的贡献逐渐增大；(2)黏性、损伤和绝热体积变化导致的装药整体温升对装药点火的作用有限; (3)裂纹摩擦形成热点是侵彻装药点火的物理机制；(4)采用Visco-SCRAM模型可预测低强度、长脉冲载荷作用下的装药点火响应。
2015, 35(5): 696-702.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0696-07
摘要:
通过模型实验与数值模拟结果对比，探讨了浮顶油罐在可燃蒸气云爆炸冲击作用下的变形过程和破坏机理。研究发现，罐体失稳破坏的主要原因与爆炸冲击波和油罐内液体的复合冲量作用有关，在爆炸冲击作用下浮顶油罐模型产生剧烈振动，迎爆面上部罐壁形成动应力集中现象，最终导致罐体失稳并产生内凹动力屈曲破坏。
通过模型实验与数值模拟结果对比，探讨了浮顶油罐在可燃蒸气云爆炸冲击作用下的变形过程和破坏机理。研究发现，罐体失稳破坏的主要原因与爆炸冲击波和油罐内液体的复合冲量作用有关，在爆炸冲击作用下浮顶油罐模型产生剧烈振动，迎爆面上部罐壁形成动应力集中现象，最终导致罐体失稳并产生内凹动力屈曲破坏。
2015, 35(5): 703-710.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0703-08
摘要:
土中爆炸波与结构相互作用是地下工程结构抗爆计算的理论基础，理论研究中通常在宏观试验基础上，引入合理的介质动力本构模型分析波动问题。针对工程防护中的计算模型和解析方法，综述了岩土介质中爆炸波与结构相互作用的现状和研究进展，内容包括土的动力本构模型，自由场中爆炸波的传播、爆炸波与箱型、圆柱形和直墙圆拱型等地下结构的相互作用等。重点阐述了常用的非饱和土和饱和土的动力本构模型、考虑松弛效应的土的综合弹塑性模型，一维平面波在不均匀介质和分层介质中的传播及地下结构爆炸荷载计算方面的研究成果，分析了各种模型和计算方法的适用范围和存在问题。
土中爆炸波与结构相互作用是地下工程结构抗爆计算的理论基础，理论研究中通常在宏观试验基础上，引入合理的介质动力本构模型分析波动问题。针对工程防护中的计算模型和解析方法，综述了岩土介质中爆炸波与结构相互作用的现状和研究进展，内容包括土的动力本构模型，自由场中爆炸波的传播、爆炸波与箱型、圆柱形和直墙圆拱型等地下结构的相互作用等。重点阐述了常用的非饱和土和饱和土的动力本构模型、考虑松弛效应的土的综合弹塑性模型，一维平面波在不均匀介质和分层介质中的传播及地下结构爆炸荷载计算方面的研究成果，分析了各种模型和计算方法的适用范围和存在问题。
2015, 35(5): 711-716.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0711-06
摘要:
利用实验和数值模拟方法研究一种利用层合松木靶作为脱壳装置的机械式脱壳方法。首先讨论了一种正交各向异性材料模型用于高速侵彻木材的可行性及其参数变化规律，结合美军的高速侵彻实验数据对数值模拟方案进行了验证与确认。在此基础上，讨论了不同弹靶作用下含弹托弹体对松木靶的侵彻/贯穿规律。数值模拟与实验研究结果表明：在垂直入射条件下，通过合理的层合木靶设计可对次口径发射弹体有效脱壳，高速侵彻弹体可垂直入射靶板，弹体速度衰减可控；在初始攻角入射条件下，层合靶将使高速侵彻弹体攻角放大。随入射速度增加，弹体贯穿层合木靶消耗动能增加，体现了木材具有明显的应变率增强效应。
利用实验和数值模拟方法研究一种利用层合松木靶作为脱壳装置的机械式脱壳方法。首先讨论了一种正交各向异性材料模型用于高速侵彻木材的可行性及其参数变化规律，结合美军的高速侵彻实验数据对数值模拟方案进行了验证与确认。在此基础上，讨论了不同弹靶作用下含弹托弹体对松木靶的侵彻/贯穿规律。数值模拟与实验研究结果表明：在垂直入射条件下，通过合理的层合木靶设计可对次口径发射弹体有效脱壳，高速侵彻弹体可垂直入射靶板，弹体速度衰减可控；在初始攻角入射条件下，层合靶将使高速侵彻弹体攻角放大。随入射速度增加，弹体贯穿层合木靶消耗动能增加，体现了木材具有明显的应变率增强效应。
2015, 35(5): 717-722.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0717-06
摘要:
参考压力容器设计标准，针对某实验用球形爆炸容器进行了开孔补强设计，对容器开孔处等效应变随接管壁厚、补强圈尺寸的变化规律进行了数值计算，确定了“5/3倍球壳厚度的接管”配合“与球壳等厚度、张角10°的补强圈”的开孔补强设计方案。并对数值计算结果和补强设计进行了实验验证。
参考压力容器设计标准，针对某实验用球形爆炸容器进行了开孔补强设计，对容器开孔处等效应变随接管壁厚、补强圈尺寸的变化规律进行了数值计算，确定了“5/3倍球壳厚度的接管”配合“与球壳等厚度、张角10°的补强圈”的开孔补强设计方案。并对数值计算结果和补强设计进行了实验验证。
2015, 35(5): 723-728.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0723-06
摘要:
为提高防空战斗部的毁伤后效，设计一种新型离散杆战斗部—中心起爆式变截面异形杆战斗部，并首次开展了爆轰驱动异形杆静态抛撒实验研究，获得了杆条的初速度，分析了杆条的抛撒特性、飞行姿态及其对目标钢板的侵彻效应。实验结果表明，异形杆在爆轰驱动过程中飞行姿态发生改变，达到了预期设计效果，提高了对目标的侵彻能力。
为提高防空战斗部的毁伤后效，设计一种新型离散杆战斗部—中心起爆式变截面异形杆战斗部，并首次开展了爆轰驱动异形杆静态抛撒实验研究，获得了杆条的初速度，分析了杆条的抛撒特性、飞行姿态及其对目标钢板的侵彻效应。实验结果表明，异形杆在爆轰驱动过程中飞行姿态发生改变，达到了预期设计效果，提高了对目标的侵彻能力。
2015, 35(5): 729-734.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0729-06
摘要:
为了研究T型分支结构对管道内油气混合物爆炸强度的影响规律，测试了不同初始体积分数条件下直管和具有T型分支管中爆炸波超压值，并利用有机玻璃透明管道对火焰传播规律进行了可视化研究。得到以下结论：(1)T型分支管道对油气爆炸有强化作用，在油气体积分数为1.2%至1.6%范围内表现最明显; (2)T型分支管道对油气爆炸的强化作用受管道横截面突扩和障碍物扰动以及波的反射、绕射三方面的影响; (3)火焰经过分支管道时，火焰阵面发生极大的扭曲，火焰表面积显著增大，燃烧速率增大，增强了热量和活性物质的输运速率，提高了爆炸波的强度; (4)在T型分支管道附近, 油气爆炸的压力突变增强, 是由压力波反射、绕射引起的温升效应和压力波引起湍流强度增强共同导致。
为了研究T型分支结构对管道内油气混合物爆炸强度的影响规律，测试了不同初始体积分数条件下直管和具有T型分支管中爆炸波超压值，并利用有机玻璃透明管道对火焰传播规律进行了可视化研究。得到以下结论：(1)T型分支管道对油气爆炸有强化作用，在油气体积分数为1.2%至1.6%范围内表现最明显; (2)T型分支管道对油气爆炸的强化作用受管道横截面突扩和障碍物扰动以及波的反射、绕射三方面的影响; (3)火焰经过分支管道时，火焰阵面发生极大的扭曲，火焰表面积显著增大，燃烧速率增大，增强了热量和活性物质的输运速率，提高了爆炸波的强度; (4)在T型分支管道附近, 油气爆炸的压力突变增强, 是由压力波反射、绕射引起的温升效应和压力波引起湍流强度增强共同导致。
2015, 35(5): 735-740.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0735-06
摘要:
为了解小火箭发射噪声特性及其在喷口外围的声压场分布规律，针对燃气射流产生噪声问题进行了实验研究和数值计算。讨论了超声速射流噪声的3个主要成分(湍流混合噪声、啸音和宽带激波相关噪声)及相关特点，指出它们产生的根本原因是湍流射流的速度扰动。通过分析不同实验测点的射流噪声声压级峰值，得到了燃气射流噪声在轴向和径向上的分布规律，即随着离喷口距离的增大，轴向噪声的衰减程度大于径向。在实验基础上，利用大涡模拟与FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声学比拟相结合的方法对燃气射流噪声的声学特性进行计算。结果表明，此方法获得的计算结果与实验结果吻合较好，可为进一步研究射流噪声控制提供参考。
为了解小火箭发射噪声特性及其在喷口外围的声压场分布规律，针对燃气射流产生噪声问题进行了实验研究和数值计算。讨论了超声速射流噪声的3个主要成分(湍流混合噪声、啸音和宽带激波相关噪声)及相关特点，指出它们产生的根本原因是湍流射流的速度扰动。通过分析不同实验测点的射流噪声声压级峰值，得到了燃气射流噪声在轴向和径向上的分布规律，即随着离喷口距离的增大，轴向噪声的衰减程度大于径向。在实验基础上，利用大涡模拟与FW-H(Ffowcs Williams-Hawkings)声学比拟相结合的方法对燃气射流噪声的声学特性进行计算。结果表明，此方法获得的计算结果与实验结果吻合较好，可为进一步研究射流噪声控制提供参考。
2015, 35(5): 741-746.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0741-06
摘要:
基于爆破振动速度预测公式回归分析的基本原理，提出根据建筑物不同安全等级应选择一定的可靠性指标，并推导了预测爆破振动速度公式中所含安全保证系数的计算过程。为简化计算过程，又进一步提出了基于监测数据量、回归分析相关系数以及可靠性指标的关于安全保证系数计算的经验公式。经过大量监测数据验证了该经验公式的计算精度和可靠性均能满足工程实际需要，从而修正了萨氏公式预测精确度不够的缺陷，可为重要建筑物周边的安全爆破设计提供参考。
基于爆破振动速度预测公式回归分析的基本原理，提出根据建筑物不同安全等级应选择一定的可靠性指标，并推导了预测爆破振动速度公式中所含安全保证系数的计算过程。为简化计算过程，又进一步提出了基于监测数据量、回归分析相关系数以及可靠性指标的关于安全保证系数计算的经验公式。经过大量监测数据验证了该经验公式的计算精度和可靠性均能满足工程实际需要，从而修正了萨氏公式预测精确度不够的缺陷，可为重要建筑物周边的安全爆破设计提供参考。
2015, 35(5): 747-752.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0747-06
摘要:
为了获取甲烷与不可燃组分组成的混合物的爆炸极限，采用一种基于绝热火焰温度的混合物爆炸极限估算方法，对CH4/N2和CH4/CO2这2种二元混合气体及3种不同阻燃剂体积分数的CH4/N2/CO2三元混合气体的爆炸极限进行实验研究，并将实验结果与估算值进行比较。CH4/N2与CH4/CO2二元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.34%，在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.15%。3种不同比例的三元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.43%，在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.20%。结果表明，估算方法对甲烷与不可燃组分的二元混合物与三元混合物爆炸极限的估算均具有较高的准确度。
为了获取甲烷与不可燃组分组成的混合物的爆炸极限，采用一种基于绝热火焰温度的混合物爆炸极限估算方法，对CH4/N2和CH4/CO2这2种二元混合气体及3种不同阻燃剂体积分数的CH4/N2/CO2三元混合气体的爆炸极限进行实验研究，并将实验结果与估算值进行比较。CH4/N2与CH4/CO2二元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.34%，在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.15%。3种不同比例的三元混合物实验值与估算值在爆炸上限处的平均绝对偏差为0.43%，在爆炸下限处的平均绝对偏差为0.20%。结果表明，估算方法对甲烷与不可燃组分的二元混合物与三元混合物爆炸极限的估算均具有较高的准确度。
2015, 35(5): 753-757.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0753-05
摘要:
在20 L球形爆炸容器中对二甲醚/空气(DME/air)、二甲醚/空气/氩气(DME/air/Ar)混合物在不同初始状态下的爆炸特性进行实验研究，分析了不同初始压力、不同氩气(Ar)稀释浓度对爆炸极限、最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率的影响。结果表明：DME/air混合物的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率与DME在混合物中的浓度呈圆顶形关系，最大值出现在DME在混合物中的浓度为6.5%(即最佳当量比, φ=1)附近；初始压力的下降明显降低了DME/air混合物的爆炸上限，但对于其爆炸下限影响不显著；Ar的稀释对富燃DME/air混合物的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率有显著的惰化作用，但对于贫燃DME/air混合物，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率在一定的Ar稀释浓度范围内出现上升趋势，当Ar的稀释浓度大于20%，这2个爆炸参数值逐渐下降。
在20 L球形爆炸容器中对二甲醚/空气(DME/air)、二甲醚/空气/氩气(DME/air/Ar)混合物在不同初始状态下的爆炸特性进行实验研究，分析了不同初始压力、不同氩气(Ar)稀释浓度对爆炸极限、最大爆炸压力以及最大爆炸压力上升速率的影响。结果表明：DME/air混合物的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率与DME在混合物中的浓度呈圆顶形关系，最大值出现在DME在混合物中的浓度为6.5%(即最佳当量比, φ=1)附近；初始压力的下降明显降低了DME/air混合物的爆炸上限，但对于其爆炸下限影响不显著；Ar的稀释对富燃DME/air混合物的最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率有显著的惰化作用，但对于贫燃DME/air混合物，最大爆炸压力和最大爆炸压力上升速率在一定的Ar稀释浓度范围内出现上升趋势，当Ar的稀释浓度大于20%，这2个爆炸参数值逐渐下降。
2015, 35(5): 758-762.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0758-05
摘要:
针对侵彻多层硬目标过程中实测加速度信号的振荡叠加，以及可能引起的层数误判问题，采用时频分析法研究弹体主轴方向加速度信号的Choi-Williams能量分布特征，提出了以侵彻过程加速度信号的能量分布为依据的层数识别方法。侵彻8层等间距混凝土靶板的实测数据处理结果表明，该方法可快速准确实现层数识别，解决了低通滤波方法无法获取准确层数信息的问题，为实时控制起爆位置提供依据。
针对侵彻多层硬目标过程中实测加速度信号的振荡叠加，以及可能引起的层数误判问题，采用时频分析法研究弹体主轴方向加速度信号的Choi-Williams能量分布特征，提出了以侵彻过程加速度信号的能量分布为依据的层数识别方法。侵彻8层等间距混凝土靶板的实测数据处理结果表明，该方法可快速准确实现层数识别，解决了低通滤波方法无法获取准确层数信息的问题，为实时控制起爆位置提供依据。
2015, 35(5): 763-767.
doi: 10.11883/1001-1455(2015)05-0763-05
摘要:
基于有限长度柱壳的Gurney速度公式，以壳体平均半径估算平均应变率，同时考虑壳体剪切断裂时的断裂面长度与径向壁厚的差异，对Grady-Kipp方法进行了修正，得到柱壳剪切断裂模式下环周分裂数的完整表达式。利用修正方法分析得到的环周分裂数计算结果与实验数据分析结果符合更好。以20号低碳钢柱壳为例，对其在TNT爆炸加载下的膨胀断裂进行了三维数值模拟，得到的环周分裂数模拟结果与实验结果符合较好。
基于有限长度柱壳的Gurney速度公式，以壳体平均半径估算平均应变率，同时考虑壳体剪切断裂时的断裂面长度与径向壁厚的差异，对Grady-Kipp方法进行了修正，得到柱壳剪切断裂模式下环周分裂数的完整表达式。利用修正方法分析得到的环周分裂数计算结果与实验数据分析结果符合更好。以20号低碳钢柱壳为例，对其在TNT爆炸加载下的膨胀断裂进行了三维数值模拟，得到的环周分裂数模拟结果与实验结果符合较好。
