2017年 37卷 第5期
2017, 37(5): 785-792.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0785-08
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为了通过超高速撞击声发射信号识别蜂窝结构受空间碎片撞击后的损伤状态，提出一种基于小波的损伤特征提取方法。采用超高速撞击声发射技术，以铝合金蜂窝板为研究对象，通过超高速撞击实验获取实验信号。分析超高速撞击声发射信号的时频特征及板波模态等特征，采用Daubechies小波变换将信号中模态分离，根据小波系数计算各尺度小波能量分数及小波能量熵特征，分析各特征参数与损伤间的关系，并通过Kruskal-Wallis检验方法验证各特征值对损伤识别的贡献。结果表明：小波能量分数和小波能量熵具有一定的损伤模式分类能力；250 kHz以上的小波能量分数具有良好的损伤模式分类能力；非超声部分的低频信号对损伤识别存在干扰。
为了通过超高速撞击声发射信号识别蜂窝结构受空间碎片撞击后的损伤状态，提出一种基于小波的损伤特征提取方法。采用超高速撞击声发射技术，以铝合金蜂窝板为研究对象，通过超高速撞击实验获取实验信号。分析超高速撞击声发射信号的时频特征及板波模态等特征，采用Daubechies小波变换将信号中模态分离，根据小波系数计算各尺度小波能量分数及小波能量熵特征，分析各特征参数与损伤间的关系，并通过Kruskal-Wallis检验方法验证各特征值对损伤识别的贡献。结果表明：小波能量分数和小波能量熵具有一定的损伤模式分类能力；250 kHz以上的小波能量分数具有良好的损伤模式分类能力；非超声部分的低频信号对损伤识别存在干扰。
2017, 37(5): 793-798.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0793-06
摘要:
聚龙一号上PTS-151发次实验中，磁驱动加速370 μm厚飞片测得的最大速度为18 km/s，磁驱动加速482 μm厚飞片测得的最大速度为19 km/s。采用MDSC2程序, 对PTS-151发次实验进行了数值分析，结果表明：PTS-151发次实验中测量的最大速度的含义不同于以往文献中飞片的最大速度。以往文献中发射飞片在测试过程中自由面未被烧蚀，测试的最大速度为飞片自由面速度；PTS-151发次实验中两个飞片在测量过程中自由面被烧蚀，实验测量的最大速度为飞片被完全烧蚀前的一瞬间飞片内部最后一个固体面的速度。在飞片自由面未被烧蚀之前，370 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为7 km/s，482 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为11.8 km/s，远低于测量值。对PTS-151发次实验条件下飞片尺寸进行了再设计，飞片厚度为680 μm时最优，既能保证自由面未烧蚀，又使得飞片的速度最大，达到17.5 km/s。
聚龙一号上PTS-151发次实验中，磁驱动加速370 μm厚飞片测得的最大速度为18 km/s，磁驱动加速482 μm厚飞片测得的最大速度为19 km/s。采用MDSC2程序, 对PTS-151发次实验进行了数值分析，结果表明：PTS-151发次实验中测量的最大速度的含义不同于以往文献中飞片的最大速度。以往文献中发射飞片在测试过程中自由面未被烧蚀，测试的最大速度为飞片自由面速度；PTS-151发次实验中两个飞片在测量过程中自由面被烧蚀，实验测量的最大速度为飞片被完全烧蚀前的一瞬间飞片内部最后一个固体面的速度。在飞片自由面未被烧蚀之前，370 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为7 km/s，482 μm厚飞片的计算最大自由面速度仅为11.8 km/s，远低于测量值。对PTS-151发次实验条件下飞片尺寸进行了再设计，飞片厚度为680 μm时最优，既能保证自由面未烧蚀，又使得飞片的速度最大，达到17.5 km/s。
2017, 37(5): 799-806.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0799-08
摘要:
爆坑是土中爆炸荷载作用下的主要响应形式，基于大型爆炸实验场地，开展了一系列低含水率砂土和饱和砂土中的爆炸成坑现场实验，研究了药量、埋深及含水率等因素对土中爆坑效应的影响。研究结果显示：根据药包的比例埋深，低含水率砂土场地的最终爆坑形态可以分为隐爆、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑3类，发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3 m/kg1/3；形成抛掷型爆坑的条件为比例埋深小于1.5 m/kg1/3；当比例埋深为1.5~2.3 m/kg1/3时，形成塌陷型漏斗坑。土中孔隙水压力的增大导致坑壁周围土体发生了液化流动、坍塌，最终造成爆坑横向尺寸的扩大。相同爆源条件下，饱和砂土场地形成的坑面直径比低含水率砂土场地提高了25%~35%，饱和砂土场地发生封闭爆炸的极限比例埋深可达2.5 m/kg1/3。
爆坑是土中爆炸荷载作用下的主要响应形式，基于大型爆炸实验场地，开展了一系列低含水率砂土和饱和砂土中的爆炸成坑现场实验，研究了药量、埋深及含水率等因素对土中爆坑效应的影响。研究结果显示：根据药包的比例埋深，低含水率砂土场地的最终爆坑形态可以分为隐爆、塌陷型漏斗坑和抛掷型爆坑3类，发生封闭爆炸的临界比例埋深为2.3 m/kg1/3；形成抛掷型爆坑的条件为比例埋深小于1.5 m/kg1/3；当比例埋深为1.5~2.3 m/kg1/3时，形成塌陷型漏斗坑。土中孔隙水压力的增大导致坑壁周围土体发生了液化流动、坍塌，最终造成爆坑横向尺寸的扩大。相同爆源条件下，饱和砂土场地形成的坑面直径比低含水率砂土场地提高了25%~35%，饱和砂土场地发生封闭爆炸的极限比例埋深可达2.5 m/kg1/3。
2017, 37(5): 807-812.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0807-06
摘要:
在力热耦合材料模型中，增加炸药自热放能模型，建立了Steven试验的力-热-化耦合的数值模拟方法。数值计算模型中，应力应变关系采用双线性硬化弹塑性模型，炸药受力后的热作用采用各向同性热材料模型，炸药的化学反应采用Arrhenius反应率函数，同时还考虑了升温和熔化对材料力学、热学性能的影响。针对标准Steven试验，通过数值分析得到了靶板的变形情况和炸药点火的速度阈值，将计算结果与实验数据进行了比较，两者符合较好。表明该方法可以较好地模拟Steven试验，而且与以往的分析模型和方法相比，本文的方法不需要增加经验性的点火准则和判据，具有更广泛的适用性，可以为研究低速撞击条件下炸药的力热响应和局域化点火问题提供参考。
在力热耦合材料模型中，增加炸药自热放能模型，建立了Steven试验的力-热-化耦合的数值模拟方法。数值计算模型中，应力应变关系采用双线性硬化弹塑性模型，炸药受力后的热作用采用各向同性热材料模型，炸药的化学反应采用Arrhenius反应率函数，同时还考虑了升温和熔化对材料力学、热学性能的影响。针对标准Steven试验，通过数值分析得到了靶板的变形情况和炸药点火的速度阈值，将计算结果与实验数据进行了比较，两者符合较好。表明该方法可以较好地模拟Steven试验，而且与以往的分析模型和方法相比，本文的方法不需要增加经验性的点火准则和判据，具有更广泛的适用性，可以为研究低速撞击条件下炸药的力热响应和局域化点火问题提供参考。
2017, 37(5): 813-821.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0813-09
摘要:
法向恢复系数是岩崩块石运动分析的关键参数，其取值直接决定了块石的运动轨迹。本文中采用自行设计的碰撞实验装置和声频采样技术，测定了砂岩球体碰撞的法向恢复系数，研究了粒径、碰撞速度、含水状态和板的弹性特性4个因素对恢复系数的影响。结果表明：砂岩球体法向恢复系数存在复杂的尺寸效应，恢复系数随粒径的增大先增大后减小；碰撞过程中存在的黏弹性耗能机理和弹塑性损伤耗能机理共同作用产生了复杂的尺寸效应；受砂岩非均质特性的作用，粒径较小时，恢复系数的速度效应较明显(随速度增大而增大)，粒径较大时速度对恢复系数的影响消失；砂岩饱和使黏弹性耗能和弹塑性损伤耗能增加，使恢复系数比风干时低；等效弹性模量对恢复系数的影响较大，等效弹性模量越大，法向恢复系数越小。
法向恢复系数是岩崩块石运动分析的关键参数，其取值直接决定了块石的运动轨迹。本文中采用自行设计的碰撞实验装置和声频采样技术，测定了砂岩球体碰撞的法向恢复系数，研究了粒径、碰撞速度、含水状态和板的弹性特性4个因素对恢复系数的影响。结果表明：砂岩球体法向恢复系数存在复杂的尺寸效应，恢复系数随粒径的增大先增大后减小；碰撞过程中存在的黏弹性耗能机理和弹塑性损伤耗能机理共同作用产生了复杂的尺寸效应；受砂岩非均质特性的作用，粒径较小时，恢复系数的速度效应较明显(随速度增大而增大)，粒径较大时速度对恢复系数的影响消失；砂岩饱和使黏弹性耗能和弹塑性损伤耗能增加，使恢复系数比风干时低；等效弹性模量对恢复系数的影响较大，等效弹性模量越大，法向恢复系数越小。
2017, 37(5): 822-828.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0822-07
摘要:
对GSN台网的HIA地震台站与CTBTO/IMS的PS12地震台阵记录的2007年12月11日河北怀来“明灯1号”爆炸及2006年10月9日朝鲜爆炸事件进行对比分析。结果显示：PS12台阵子台监测的P波信噪比提高至普通台站监测的P波信噪比的4.6倍；利用聚束技术进一步压低噪声后，PS12台阵聚束信号的信噪比提高至单个钻井台站的3倍，比普通HIA台站记录的地震信号信噪比高10多倍。研究结果表明，钻井小孔径台阵可高效提高微弱信号的检测能力。
对GSN台网的HIA地震台站与CTBTO/IMS的PS12地震台阵记录的2007年12月11日河北怀来“明灯1号”爆炸及2006年10月9日朝鲜爆炸事件进行对比分析。结果显示：PS12台阵子台监测的P波信噪比提高至普通台站监测的P波信噪比的4.6倍；利用聚束技术进一步压低噪声后，PS12台阵聚束信号的信噪比提高至单个钻井台站的3倍，比普通HIA台站记录的地震信号信噪比高10多倍。研究结果表明，钻井小孔径台阵可高效提高微弱信号的检测能力。
2017, 37(5): 829-836.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0829-08
摘要:
在水平激波管中，采用平面激光诱发荧光(planar laser-induced fluorescence, PLIF)方法对椭圆形重气柱界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性进行实验。气柱由SF6混入一定比例的丙酮蒸气构成，环境气体为空气。通过改变椭圆形气柱的长短轴比值，得到了激波马赫数为1.25时，3种初始界面的演化形态。通过相对体积分数标定，得到了界面失稳演化过程中的相对体积分数分布，观察到了激波作用后界面气体聚集、转移、消散等现象。实验结果发现，对于流向轴长与展向轴长之比较大的气柱界面，初始界面产生的涡量更大且分布更广，其界面不稳定性发展得越迅速和剧烈。失稳发展迅速的界面甚至出现涡对碰撞并产生尾部射流结构的现象。初始界面直接决定了失稳发展初期形成的涡对强度和间距，并对后期演化有重要影响。
在水平激波管中，采用平面激光诱发荧光(planar laser-induced fluorescence, PLIF)方法对椭圆形重气柱界面的Richtmyer-Meshkov不稳定性进行实验。气柱由SF6混入一定比例的丙酮蒸气构成，环境气体为空气。通过改变椭圆形气柱的长短轴比值，得到了激波马赫数为1.25时，3种初始界面的演化形态。通过相对体积分数标定，得到了界面失稳演化过程中的相对体积分数分布，观察到了激波作用后界面气体聚集、转移、消散等现象。实验结果发现，对于流向轴长与展向轴长之比较大的气柱界面，初始界面产生的涡量更大且分布更广，其界面不稳定性发展得越迅速和剧烈。失稳发展迅速的界面甚至出现涡对碰撞并产生尾部射流结构的现象。初始界面直接决定了失稳发展初期形成的涡对强度和间距，并对后期演化有重要影响。
2017, 37(5): 837-843.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0837-07
摘要:
基于不可压缩刚塑性材料模型和滑移线场理论，获得了单一容许速度场条件下刚性弹低速侵彻半无限介质的阻力函数。在此基础上，基于多速度容许场得到了刚性弹侵彻有限厚度靶的三阶段阻力曲线，并提出了震塌与贯穿的临界条件，通过与实验结果、UMIST公式及古比雪夫的对比，验证了本文方法在钢筋混凝土板低速撞击问题中的适用性,分析了弹头形状、冲击因子和钢筋阻力系数等参数对临界震塌(贯穿)厚度的影响。
基于不可压缩刚塑性材料模型和滑移线场理论，获得了单一容许速度场条件下刚性弹低速侵彻半无限介质的阻力函数。在此基础上，基于多速度容许场得到了刚性弹侵彻有限厚度靶的三阶段阻力曲线，并提出了震塌与贯穿的临界条件，通过与实验结果、UMIST公式及古比雪夫的对比，验证了本文方法在钢筋混凝土板低速撞击问题中的适用性,分析了弹头形状、冲击因子和钢筋阻力系数等参数对临界震塌(贯穿)厚度的影响。
2017, 37(5): 844-852.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0844-09
摘要:
为分析液滴对舰船舱内爆炸冲击波的耗散与衰减作用，通过有限元分析方法，建立冲击波作用于不同尺寸单个液滴和多排液滴的模型，分析冲击波与单个及多个液滴的作用过程及液滴形态变化，对冲击波衰减规律进行分析总结。得到结论如下：单个液滴模型中，小液滴破碎更迅速，破碎的规律性强；大液滴抛撒现象发生较早，抛撒出的小液滴数目多，但整体变化规律性偏差；不同尺寸单个液滴对冲击波有一定的衰减作用，衰减率随液滴尺寸增大而增大，线性规律较明显；成排液滴对冲击波有明显的衰减作用，相同液滴密度下衰减率随着液滴数量的增多而增大，呈现明显的线性特性。
为分析液滴对舰船舱内爆炸冲击波的耗散与衰减作用，通过有限元分析方法，建立冲击波作用于不同尺寸单个液滴和多排液滴的模型，分析冲击波与单个及多个液滴的作用过程及液滴形态变化，对冲击波衰减规律进行分析总结。得到结论如下：单个液滴模型中，小液滴破碎更迅速，破碎的规律性强；大液滴抛撒现象发生较早，抛撒出的小液滴数目多，但整体变化规律性偏差；不同尺寸单个液滴对冲击波有一定的衰减作用，衰减率随液滴尺寸增大而增大，线性规律较明显；成排液滴对冲击波有明显的衰减作用，相同液滴密度下衰减率随着液滴数量的增多而增大，呈现明显的线性特性。
2017, 37(5): 853-862.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0853-10
摘要:
基于激波管平台和高速摄影方法对平面激波诱导高速气流中液滴的早期变形现象进行实验研究。研究发现在相近的We数或Re数下，实验参数的改变可导致液滴形态发展出现显著差异。这种差异主要体现在背风面的脊状环形突起、褶皱区以及后驻点区的凹凸形态。对刚性圆球外流的数值模拟显示，液滴变形早期形态与外流场结构和表面气动力分布之间存在鲜明的对应关系。最后采用简化理论推导出一组估测液滴早期变形的表达式。将数值模拟所得气动力数据代入计算发现：导致液滴变形的主要驱动力是液滴表面不均匀压力的挤压效应，而不是界面剪切摩擦所引起的切向流动堆积效应，前者高出后者约2个数量级；此外，采用压力作用理论计算所得液滴外形在主要变形特征和变形量级上均可与实验图像很好地吻合。
基于激波管平台和高速摄影方法对平面激波诱导高速气流中液滴的早期变形现象进行实验研究。研究发现在相近的We数或Re数下，实验参数的改变可导致液滴形态发展出现显著差异。这种差异主要体现在背风面的脊状环形突起、褶皱区以及后驻点区的凹凸形态。对刚性圆球外流的数值模拟显示，液滴变形早期形态与外流场结构和表面气动力分布之间存在鲜明的对应关系。最后采用简化理论推导出一组估测液滴早期变形的表达式。将数值模拟所得气动力数据代入计算发现：导致液滴变形的主要驱动力是液滴表面不均匀压力的挤压效应，而不是界面剪切摩擦所引起的切向流动堆积效应，前者高出后者约2个数量级；此外，采用压力作用理论计算所得液滴外形在主要变形特征和变形量级上均可与实验图像很好地吻合。
2017, 37(5): 863-870.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0863-08
摘要:
为了研究汽油蒸气/空气的爆炸特性，介绍了汽油蒸气/空气预混火焰的无拉伸层流燃烧速率。通过实验研究了无拉伸层流燃烧速率，与汽油的主要组分异辛烷和正庚烷与空气的预混火焰层流燃烧速率做了对比，发现汽油蒸气/空气的无拉伸层流燃烧速率小于异辛烷和正庚烷与空气的预混火焰无拉伸层流燃烧速率，但无拉伸层流燃烧速率随当量比的变化规律相同，随着当量比增大，无拉伸层流燃烧速率呈先增大、再减小的变化趋势，最大值在当量比为1处取得。
为了研究汽油蒸气/空气的爆炸特性，介绍了汽油蒸气/空气预混火焰的无拉伸层流燃烧速率。通过实验研究了无拉伸层流燃烧速率，与汽油的主要组分异辛烷和正庚烷与空气的预混火焰层流燃烧速率做了对比，发现汽油蒸气/空气的无拉伸层流燃烧速率小于异辛烷和正庚烷与空气的预混火焰无拉伸层流燃烧速率，但无拉伸层流燃烧速率随当量比的变化规律相同，随着当量比增大，无拉伸层流燃烧速率呈先增大、再减小的变化趋势，最大值在当量比为1处取得。
2017, 37(5): 871-878.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0871-08
摘要:
为了研究2A16-T4铝合金的动态力学性能，利用电子万能试验机、高速液压伺服试验机及霍普金森压杆(SHPB)装置进行常温下准静态、中应变率和高应变率的动态力学性能实验，得到不同应变率下的应力应变曲线，基于修正的Johnson-Cook本构模型对它进行拟合，并分析材料中应变率力学特性对模型应变率敏感参量的影响。结果表明：2A16-T4铝合金在应变率10-4~102 s-1范围内应变率敏感性较弱，而在102~103 s-1范围内应变率敏感性较强，且应变率强化效应随塑性应变的增大而减小；同时，在10-4~103 s-1范围内具有较强的应变硬化效应，且应变硬化效应随应变率的增大而减小；此外，修正Johnson-Cook本构模型的拟合结果与实验结果吻合很好，能够很好表征材料的动态力学行为，且考虑材料中应变率力学特性可提高本构模型参量的准确性。
为了研究2A16-T4铝合金的动态力学性能，利用电子万能试验机、高速液压伺服试验机及霍普金森压杆(SHPB)装置进行常温下准静态、中应变率和高应变率的动态力学性能实验，得到不同应变率下的应力应变曲线，基于修正的Johnson-Cook本构模型对它进行拟合，并分析材料中应变率力学特性对模型应变率敏感参量的影响。结果表明：2A16-T4铝合金在应变率10-4~102 s-1范围内应变率敏感性较弱，而在102~103 s-1范围内应变率敏感性较强，且应变率强化效应随塑性应变的增大而减小；同时，在10-4~103 s-1范围内具有较强的应变硬化效应，且应变硬化效应随应变率的增大而减小；此外，修正Johnson-Cook本构模型的拟合结果与实验结果吻合很好，能够很好表征材料的动态力学行为，且考虑材料中应变率力学特性可提高本构模型参量的准确性。
2017, 37(5): 879-886.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0879-08
摘要:
为研究航空铆钉连接元件在动态加载下的失效模式，依托高速液压伺服材料试验机，通过特殊设计的实验夹具，进行了6类航空铆钉在不同加载速度和不同加载模式下的动态失效实验，获得了铆钉元件在纯拉伸加载、纯剪切加载、30°拉-剪耦合加载和60°拉-剪耦合加载状态下的失效实验数据。实验结果表明，铆钉元件的失效模式和失效载荷与加载速度、载荷的作用形式密切相关，并基于实验结果拟合得到铆钉元件的失效本构参数，获得了可表征铆钉在一般情形下失效的本构方程。
为研究航空铆钉连接元件在动态加载下的失效模式，依托高速液压伺服材料试验机，通过特殊设计的实验夹具，进行了6类航空铆钉在不同加载速度和不同加载模式下的动态失效实验，获得了铆钉元件在纯拉伸加载、纯剪切加载、30°拉-剪耦合加载和60°拉-剪耦合加载状态下的失效实验数据。实验结果表明，铆钉元件的失效模式和失效载荷与加载速度、载荷的作用形式密切相关，并基于实验结果拟合得到铆钉元件的失效本构参数，获得了可表征铆钉在一般情形下失效的本构方程。
2017, 37(5): 887-892.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0887-06
摘要:
针对脉冲信号电探针在微喷射物质作用下出现的“非正常”放电现象，提出了微喷射物质K+Rx等效电路模型，用以解释微喷射物质导通电探针放电机理。开展爆轰实验，联合X射线测试技术，确定了电探针放电区域处于微喷射区与微层裂区的过渡地带，并发现电探针的3类“非正常”放电现象。建立电路仿真模型，将微喷射物质等效成K+Rx电路，调节K+Rx等效电路模型参数，模拟电探针的3类“非正常”放电现象。仿真结果表明，K+Rx等效电路模型很好地解释了微喷射物质作用下脉冲信号电探针的放电机理。
针对脉冲信号电探针在微喷射物质作用下出现的“非正常”放电现象，提出了微喷射物质K+Rx等效电路模型，用以解释微喷射物质导通电探针放电机理。开展爆轰实验，联合X射线测试技术，确定了电探针放电区域处于微喷射区与微层裂区的过渡地带，并发现电探针的3类“非正常”放电现象。建立电路仿真模型，将微喷射物质等效成K+Rx电路，调节K+Rx等效电路模型参数，模拟电探针的3类“非正常”放电现象。仿真结果表明，K+Rx等效电路模型很好地解释了微喷射物质作用下脉冲信号电探针的放电机理。
2017, 37(5): 893-898.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0893-06
摘要:
应变增长现象会对容器安全形成威胁。以往研究涉及的应变增长现象大多在壳体弹性变形范围内，本文中实验观察到球壳塑性变形时的应变增长现象，应变增长系数(最大应变值与第一个应变峰的比值)最大值达到1.16。实验还获得了容器内壁压力-时间曲线，并利用球壳响应理论分析出应变增长现象是由容器内壁的周期性多脉冲载荷引起的，该载荷存在3个较明显的脉冲，前两个脉冲对应变增长现象起主要作用。
应变增长现象会对容器安全形成威胁。以往研究涉及的应变增长现象大多在壳体弹性变形范围内，本文中实验观察到球壳塑性变形时的应变增长现象，应变增长系数(最大应变值与第一个应变峰的比值)最大值达到1.16。实验还获得了容器内壁压力-时间曲线，并利用球壳响应理论分析出应变增长现象是由容器内壁的周期性多脉冲载荷引起的，该载荷存在3个较明显的脉冲，前两个脉冲对应变增长现象起主要作用。
2017, 37(5): 899-905.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0899-07
摘要:
在第四纪砂砾层中进行了系列公斤至百公斤级的地下封闭爆炸，研究了小当量化学爆炸地震波传播规律。在近场，地震波持时很短，水平振幅强于垂向振幅。质点速度随当量呈现指数增加，水平向指数为1.09，垂直向指数为0.77，质点速度随距离呈现指数衰减，水平向和垂直向指数分别为2.07与1.57。Sadauskas模型、显函模型和双极模型都能定量描述小当量地下爆炸地震波质点速度变化，但他们之间的反演精度存在差异，双极模型的残差最小。换言之，采用双极模型反演的数据更接近实际。
在第四纪砂砾层中进行了系列公斤至百公斤级的地下封闭爆炸，研究了小当量化学爆炸地震波传播规律。在近场，地震波持时很短，水平振幅强于垂向振幅。质点速度随当量呈现指数增加，水平向指数为1.09，垂直向指数为0.77，质点速度随距离呈现指数衰减，水平向和垂直向指数分别为2.07与1.57。Sadauskas模型、显函模型和双极模型都能定量描述小当量地下爆炸地震波质点速度变化，但他们之间的反演精度存在差异，双极模型的残差最小。换言之，采用双极模型反演的数据更接近实际。
2017, 37(5): 906-912.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0906-07
摘要:
为探究惰性气体(N2和CO2)对瓦斯气体爆炸影响，采用中型尺寸瓦斯爆炸实验装置，在N2及CO2体积分数为0%、9%、14%工况下开展了瓦斯爆炸实验研究，获取了N2和CO2对矿井瓦斯抑爆特性的影响规律，并针对瓦斯爆炸过程中惰性气体N2和CO2对爆炸超压变化的影响及爆炸抑制效果进行了对比分析。结果表明：随着初始混合气体中惰性气体N2或CO2含量的升高，瓦斯爆炸超压均明显降低，CO2的抑爆效果优于N2；N2和CO2对较高浓度瓦斯气的抑爆效果更为显著。
为探究惰性气体(N2和CO2)对瓦斯气体爆炸影响，采用中型尺寸瓦斯爆炸实验装置，在N2及CO2体积分数为0%、9%、14%工况下开展了瓦斯爆炸实验研究，获取了N2和CO2对矿井瓦斯抑爆特性的影响规律，并针对瓦斯爆炸过程中惰性气体N2和CO2对爆炸超压变化的影响及爆炸抑制效果进行了对比分析。结果表明：随着初始混合气体中惰性气体N2或CO2含量的升高，瓦斯爆炸超压均明显降低，CO2的抑爆效果优于N2；N2和CO2对较高浓度瓦斯气的抑爆效果更为显著。
2017, 37(5): 913-922.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0913-10
摘要:
对直径为8mm的K9玻璃球进行了加载速度为2×10-7和2×10-6m/s的准静态单轴压缩实验以及加载速度为3.4、7.1和10.6m/s的动态单轴压缩实验，研究了K9玻璃单颗粒破碎强度的Weibull分布特性，结合破碎产物的形貌特征，分析了不同加载速度下脆性材料拉伸破坏机制和剪切破坏机制的转变过程，提出了一种拉剪耦合的时序破坏模型，由此揭示了加载速度与3个破坏区的关系。考虑拉伸和剪切失效准则，应用ABAQUS软件进行数值模拟，并初步验证了该破坏模型的冲击过程。研究结果对于认识脆性颗粒材料的动态破坏具有很好的参考意义。
对直径为8mm的K9玻璃球进行了加载速度为2×10-7和2×10-6m/s的准静态单轴压缩实验以及加载速度为3.4、7.1和10.6m/s的动态单轴压缩实验，研究了K9玻璃单颗粒破碎强度的Weibull分布特性，结合破碎产物的形貌特征，分析了不同加载速度下脆性材料拉伸破坏机制和剪切破坏机制的转变过程，提出了一种拉剪耦合的时序破坏模型，由此揭示了加载速度与3个破坏区的关系。考虑拉伸和剪切失效准则，应用ABAQUS软件进行数值模拟，并初步验证了该破坏模型的冲击过程。研究结果对于认识脆性颗粒材料的动态破坏具有很好的参考意义。
2017, 37(5): 923-928.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0923-06
摘要:
为了研究线圈脉冲电流参数对破甲弹金属射流箍缩特性的影响, 提出了均匀线圈中脉冲电流作用下不均匀粗细金属射流磁感应强度、感应电流密度及箍缩电磁力分布的理论模型, 建立了线圈与金属射流作用的有限元模型, 分析了励磁线圈中所施加脉冲电流参数对金属射流的影响规律。结果表明, 随着励磁线圈中所施加脉冲电流幅值的增大, 金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力也随之增大, 励磁线圈中所施加的脉冲电流幅值Jmax≥1×1010 A/m2, 才能保证金属射流可靠变形；随着励磁线圈中所施加脉冲电流频率的增加, 金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力整体均呈现一定程度的趋肤效应, 且在一定的频率范围内, 趋肤层逐渐变薄, 分析得知, 当励磁线圈中脉冲电流的频率满足50 kHz≤f≤100 kHz时, 就能够保证金属射流发生有效变形, 进而延缓金属射流箍缩直至断裂的过程。
为了研究线圈脉冲电流参数对破甲弹金属射流箍缩特性的影响, 提出了均匀线圈中脉冲电流作用下不均匀粗细金属射流磁感应强度、感应电流密度及箍缩电磁力分布的理论模型, 建立了线圈与金属射流作用的有限元模型, 分析了励磁线圈中所施加脉冲电流参数对金属射流的影响规律。结果表明, 随着励磁线圈中所施加脉冲电流幅值的增大, 金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力也随之增大, 励磁线圈中所施加的脉冲电流幅值Jmax≥1×1010 A/m2, 才能保证金属射流可靠变形；随着励磁线圈中所施加脉冲电流频率的增加, 金属射流中的感应电流密度、磁感应强度及电磁力整体均呈现一定程度的趋肤效应, 且在一定的频率范围内, 趋肤层逐渐变薄, 分析得知, 当励磁线圈中脉冲电流的频率满足50 kHz≤f≤100 kHz时, 就能够保证金属射流发生有效变形, 进而延缓金属射流箍缩直至断裂的过程。
2017, 37(5): 929-936.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0929-08
摘要:
为研究短圆柱体岩石试件端面不平行对岩石动力学特性测试结果的影响，采用有限元分析软件LS-DYNA对9种端面不平行度和5种杨氏模量的岩石试件开展SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验数值模拟，对岩石选用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型。数值模拟结果表明，当端面不平行度在0.40%以内时，端面不平行对动态应力测试结果的影响可忽略不计；但对动态应变测试结果的影响较大。当杨氏模量一定时，平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随端面不平行度增大呈线性增大；当端面不平行度一定时，平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随杨氏模量增大也呈线性增大。对数值模拟得到的平均应变率测试误差和峰值应变测试误差实施二元线性回归分析，提出了SHPB试验中端面不平行岩石试件平均应变率和峰值应变的修正公式。
为研究短圆柱体岩石试件端面不平行对岩石动力学特性测试结果的影响，采用有限元分析软件LS-DYNA对9种端面不平行度和5种杨氏模量的岩石试件开展SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验数值模拟，对岩石选用HJC(Holmquist-Johnson-Cook)本构模型。数值模拟结果表明，当端面不平行度在0.40%以内时，端面不平行对动态应力测试结果的影响可忽略不计；但对动态应变测试结果的影响较大。当杨氏模量一定时，平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随端面不平行度增大呈线性增大；当端面不平行度一定时，平均应变率测试误差和峰值应变测试误差随杨氏模量增大也呈线性增大。对数值模拟得到的平均应变率测试误差和峰值应变测试误差实施二元线性回归分析，提出了SHPB试验中端面不平行岩石试件平均应变率和峰值应变的修正公式。
2017, 37(5): 937-944.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0937-08
摘要:
低于现行标准规定能量的大量鸟撞事故中，航空结构仍然发生实质性破坏的情况，说明只考虑鸟体的质量和速度不足以保证飞机安全。本文中针对弹性平板、雷达罩及机翼前缘等飞机典型结构，开展了不同姿态鸟体的鸟撞分析研究。分析结果发现，鸟体姿态对结构的抗鸟撞性能有比较显著的影响，不同的结构特点反映的响应规律也不同：对吸能结构，姿态角越大，吸收的能量越多，被保护的结构就越安全；而对承力结构，姿态角越大，高应力区域越大，结构就越危险。因此，在结构的抗鸟撞安全性评估中，除了完成特定姿态鸟体的鸟撞实验，针对危险工况还应通过数值分析评估不同鸟体姿态的结构撞击响应，进一步确保结构的抗鸟撞能力。
低于现行标准规定能量的大量鸟撞事故中，航空结构仍然发生实质性破坏的情况，说明只考虑鸟体的质量和速度不足以保证飞机安全。本文中针对弹性平板、雷达罩及机翼前缘等飞机典型结构，开展了不同姿态鸟体的鸟撞分析研究。分析结果发现，鸟体姿态对结构的抗鸟撞性能有比较显著的影响，不同的结构特点反映的响应规律也不同：对吸能结构，姿态角越大，吸收的能量越多，被保护的结构就越安全；而对承力结构，姿态角越大，高应力区域越大，结构就越危险。因此，在结构的抗鸟撞安全性评估中，除了完成特定姿态鸟体的鸟撞实验，针对危险工况还应通过数值分析评估不同鸟体姿态的结构撞击响应，进一步确保结构的抗鸟撞能力。
2017, 37(5): 945-950.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0945-06
摘要:
区域分层介质模型下, 可以将地震波场描述为矩张量各分量作为权重的基本格林函数的线性组合，利用该理论地震波场可以反演实际天然地震或地下核爆炸的震源机制，反演结果中不同震源机制成分的比重，可以用来识别地下核爆炸，该系统方法越来越受到关注。给出了基于广义反射-透射系数方法的水平分层介质模型的地震波场正演公式，并对基于该公式的单台反演结果的准确性、稳定性、可靠性进行了理论分析，为利用该公式对实际地下核爆炸进行反演提供了理论基础，该方法对利用区域少量甚至是单站记录数据检测、识别地下核爆炸具有重要参考意义。
区域分层介质模型下, 可以将地震波场描述为矩张量各分量作为权重的基本格林函数的线性组合，利用该理论地震波场可以反演实际天然地震或地下核爆炸的震源机制，反演结果中不同震源机制成分的比重，可以用来识别地下核爆炸，该系统方法越来越受到关注。给出了基于广义反射-透射系数方法的水平分层介质模型的地震波场正演公式，并对基于该公式的单台反演结果的准确性、稳定性、可靠性进行了理论分析，为利用该公式对实际地下核爆炸进行反演提供了理论基础，该方法对利用区域少量甚至是单站记录数据检测、识别地下核爆炸具有重要参考意义。
2017, 37(5): 951-956.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0951-06
摘要:
为获得球形装药动态爆炸冲击波超压场计算模型，对静态爆炸冲击波超压Baker计算公式加入修正因子进行修正，并建立了构造包含装药运动速度、对比距离和方位角的修正因子函数的方法。为获得修正因子的函数表达式，采用高精度显式欧拉流体动力学软件SPEED针对具有典型运动速度的球形装药空中爆炸过程进行了数值模拟，得到了沿装药不同对比距离和方位角处的动态爆炸冲击波超压峰值。在对数值模拟结果处理的基础上，经过数据拟合获得了动态爆炸冲击波超压场计算模型。校验结果表明，该模型能较准确描述动态爆炸冲击波超压分布，具有普适性。
为获得球形装药动态爆炸冲击波超压场计算模型，对静态爆炸冲击波超压Baker计算公式加入修正因子进行修正，并建立了构造包含装药运动速度、对比距离和方位角的修正因子函数的方法。为获得修正因子的函数表达式，采用高精度显式欧拉流体动力学软件SPEED针对具有典型运动速度的球形装药空中爆炸过程进行了数值模拟，得到了沿装药不同对比距离和方位角处的动态爆炸冲击波超压峰值。在对数值模拟结果处理的基础上，经过数据拟合获得了动态爆炸冲击波超压场计算模型。校验结果表明，该模型能较准确描述动态爆炸冲击波超压分布，具有普适性。
2017, 37(5): 957-963.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0957-07
摘要:
为评估单自由度(SDOF)模型在结构抗爆设计中的适用性，分别采用SDOF模型和通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对简支钢柱承受爆炸荷载时的动力响应进行模拟；对比二者计算结果，并以有限元模拟为准，分析SDOF模型的适用范围。研究表明:可按照自由振动阶段SDOF模型位移结果的振幅大小，将其位移响应划分为有限变形阶段、临界阶段、失稳破坏阶段，有限变形阶段SDOF模型与有限元结果基本一致；截面高宽比、翼缘宽厚比对钢柱动力破坏形式有重要影响，高宽比越大、翼缘的宽厚比越小，越容易发生平面外弯扭失稳；在SDOF模型中通过假定塑性铰分布长度计算塑性阶段应变及应变率，采用随时间变化的应变率计算Cowper-Symonds本构关系中的应力放大系数是可行的。
为评估单自由度(SDOF)模型在结构抗爆设计中的适用性，分别采用SDOF模型和通用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对简支钢柱承受爆炸荷载时的动力响应进行模拟；对比二者计算结果，并以有限元模拟为准，分析SDOF模型的适用范围。研究表明:可按照自由振动阶段SDOF模型位移结果的振幅大小，将其位移响应划分为有限变形阶段、临界阶段、失稳破坏阶段，有限变形阶段SDOF模型与有限元结果基本一致；截面高宽比、翼缘宽厚比对钢柱动力破坏形式有重要影响，高宽比越大、翼缘的宽厚比越小，越容易发生平面外弯扭失稳；在SDOF模型中通过假定塑性铰分布长度计算塑性阶段应变及应变率，采用随时间变化的应变率计算Cowper-Symonds本构关系中的应力放大系数是可行的。
2017, 37(5): 964-968.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0964-05
摘要:
箱型结构内部爆炸能够造成比空爆更严重的破坏效果。本文中设计了3个边长600 mm、板厚4 mm的实验试件，并分别用98.4、194.7和355.8 g的TNT炸药进行了内部爆炸实验，得到了所有试件的变形特征。箱体壁板的变形都呈现向外凸出(鼓起)的特点，壁板中心的最终挠度随着爆炸TNT当量的增大而近似成线性增长，拟合了箱体壁板挠厚比与爆炸当量之间的经验公式。通过三维数字图像相关技术，得到了箱体壁板的动态响应过程：爆炸发生后，壁板中心最先产生向外鼓起；壁板中心随后变形增长，同时变形向四周传播；壁板中心变形达到最大值后，板的变形会产生一定量的振荡回缩。
箱型结构内部爆炸能够造成比空爆更严重的破坏效果。本文中设计了3个边长600 mm、板厚4 mm的实验试件，并分别用98.4、194.7和355.8 g的TNT炸药进行了内部爆炸实验，得到了所有试件的变形特征。箱体壁板的变形都呈现向外凸出(鼓起)的特点，壁板中心的最终挠度随着爆炸TNT当量的增大而近似成线性增长，拟合了箱体壁板挠厚比与爆炸当量之间的经验公式。通过三维数字图像相关技术，得到了箱体壁板的动态响应过程：爆炸发生后，壁板中心最先产生向外鼓起；壁板中心随后变形增长，同时变形向四周传播；壁板中心变形达到最大值后，板的变形会产生一定量的振荡回缩。
2017, 37(5): 969-975.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0969-07
摘要:
提出本构方程计算方法的稳定性问题，针对黏塑性本构计算的显式精确算法的稳定性进行分析，发现该算法并非无条件稳定，使用小扰动方法给出了其计算稳定的必要条件，稳定性条件对数值计算中的时间步长提出限制要求。通过有限元算例验证了分析的正确性，计算结果也表明理论推导得到的稳定性公式能够准确预测满足计算稳定性条件要求的最大时间步长与各参数之间关系。
提出本构方程计算方法的稳定性问题，针对黏塑性本构计算的显式精确算法的稳定性进行分析，发现该算法并非无条件稳定，使用小扰动方法给出了其计算稳定的必要条件，稳定性条件对数值计算中的时间步长提出限制要求。通过有限元算例验证了分析的正确性，计算结果也表明理论推导得到的稳定性公式能够准确预测满足计算稳定性条件要求的最大时间步长与各参数之间关系。
2017, 37(5): 976-982.
doi: 10.11883/1001-1455(2017)05-0976-07
摘要:
针对弹尾开孔安装用于侵彻数据回收的弹射装置后，存在的弹射间隙会使弹体内的测试装置受到火药气体侵蚀破坏的问题，设计了间隙密封结构，对流经间隙的火药气体进行了气体动力学的建模分析，并对密封结构进行了膛压和密封空腔压强测试。结果表明：火药燃烧产生的气体为可压缩性气体，在药室和收缩的间隙通道中为亚声速流动状态，而在扩张的密封空腔中为超声速流动状态；在弹底火药气体温度为2 166.5 K、密度为360 kg/m3、压强为242.9 MPa的条件下，经过密封装置的密封后，密封空腔内的残余气体压强为0.49 MPa。试验所得密封空腔内的最大压强为0.18 MPa，与模型计算结果基本吻合。
针对弹尾开孔安装用于侵彻数据回收的弹射装置后，存在的弹射间隙会使弹体内的测试装置受到火药气体侵蚀破坏的问题，设计了间隙密封结构，对流经间隙的火药气体进行了气体动力学的建模分析，并对密封结构进行了膛压和密封空腔压强测试。结果表明：火药燃烧产生的气体为可压缩性气体，在药室和收缩的间隙通道中为亚声速流动状态，而在扩张的密封空腔中为超声速流动状态；在弹底火药气体温度为2 166.5 K、密度为360 kg/m3、压强为242.9 MPa的条件下，经过密封装置的密封后，密封空腔内的残余气体压强为0.49 MPa。试验所得密封空腔内的最大压强为0.18 MPa，与模型计算结果基本吻合。
