2018年 38卷 第1期
2018, 38(1): 1-8.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0030
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基于16 mm口径气炮撞击实验，对铝颗粒增强的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)/Al(PTFE/Al)冲击反应复合材料的冲击反应阈值开展了研究。为研究不同撞击加载条件下应变率和碰撞应力对PTFE/Al冲击诱发反应的影响，实验中采用铝、钢和低密度聚乙烯(low density polyethylene, LDPE)这3种不同材料的靶板及不同长度的试样，进行不同加载条件下的测试分析。实验结果显示，PTFE/Al材料的冲击诱发同时受到碰撞压力和加载应变率的影响。同时，通过对试样撞靶过程进行数值模拟，并与实验和理论结果进行对比。基于实验数据，拟合出PTFE/Al材料冲击反应的的预测曲线。
基于16 mm口径气炮撞击实验，对铝颗粒增强的聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)/Al(PTFE/Al)冲击反应复合材料的冲击反应阈值开展了研究。为研究不同撞击加载条件下应变率和碰撞应力对PTFE/Al冲击诱发反应的影响，实验中采用铝、钢和低密度聚乙烯(low density polyethylene, LDPE)这3种不同材料的靶板及不同长度的试样，进行不同加载条件下的测试分析。实验结果显示，PTFE/Al材料的冲击诱发同时受到碰撞压力和加载应变率的影响。同时，通过对试样撞靶过程进行数值模拟，并与实验和理论结果进行对比。基于实验数据，拟合出PTFE/Al材料冲击反应的的预测曲线。
2018, 38(1): 9-18.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0155
摘要:
通过爆炸压力时程曲线分析含钛纤维炸药的压力峰值、水下比冲击波能、比气泡能、质量能量及能量密度变化趋势，通过对所得能量结果分析钛纤维炸药的化学反应过程。结果表明：含钛纤维炸药的压力峰值、比冲击波能随钛纤维含量的提高而降低，比气泡能随钛纤维含量的提高而增大，质量能量及能量密度都随钛纤维含量的提高而增大。随距离的增大，钛纤维炸药压力峰值衰减比RDX的慢，而不同钛纤维含量的钛纤维炸药的比冲击波能、比气泡能在不同距离处随钛纤维含量变化趋势基本一致。根据炸药反应释放的总比能量进行理论分析，得出钛纤维炸药爆炸反应方程式。
通过爆炸压力时程曲线分析含钛纤维炸药的压力峰值、水下比冲击波能、比气泡能、质量能量及能量密度变化趋势，通过对所得能量结果分析钛纤维炸药的化学反应过程。结果表明：含钛纤维炸药的压力峰值、比冲击波能随钛纤维含量的提高而降低，比气泡能随钛纤维含量的提高而增大，质量能量及能量密度都随钛纤维含量的提高而增大。随距离的增大，钛纤维炸药压力峰值衰减比RDX的慢，而不同钛纤维含量的钛纤维炸药的比冲击波能、比气泡能在不同距离处随钛纤维含量变化趋势基本一致。根据炸药反应释放的总比能量进行理论分析，得出钛纤维炸药爆炸反应方程式。
2018, 38(1): 19-27.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0172
摘要:
通过自主搭建的小尺寸实验平台，研究管道内障碍物阻塞率及形状对当量比为1时甲烷/氢气爆炸特性的影响。研究结果表明：相同工况下火焰传播结构基本相似，预混火焰传播路径随障碍物阻塞率增大而变窄；预混火焰传播速度随着障碍物阻塞率与氢气体积分数的增大而上升，也随着障碍物形状的改变而产生变化；最大爆炸超压随着障碍物阻塞率和氢气体积分数的增大而增大，达到最大爆炸超压的时间随着阻塞率的增大而缩短；混合气体在管道内爆炸特性受障碍物与混合气体中氢气体积分数共同影响，氢气体积分数小于50%时，受障碍物与混合气体共同影响，氢气体积分数大于50%时，主要受混合气体燃烧特性影响。此研究能够为甲烷/氢气的安全利用提供理论基础。
通过自主搭建的小尺寸实验平台，研究管道内障碍物阻塞率及形状对当量比为1时甲烷/氢气爆炸特性的影响。研究结果表明：相同工况下火焰传播结构基本相似，预混火焰传播路径随障碍物阻塞率增大而变窄；预混火焰传播速度随着障碍物阻塞率与氢气体积分数的增大而上升，也随着障碍物形状的改变而产生变化；最大爆炸超压随着障碍物阻塞率和氢气体积分数的增大而增大，达到最大爆炸超压的时间随着阻塞率的增大而缩短；混合气体在管道内爆炸特性受障碍物与混合气体中氢气体积分数共同影响，氢气体积分数小于50%时，受障碍物与混合气体共同影响，氢气体积分数大于50%时，主要受混合气体燃烧特性影响。此研究能够为甲烷/氢气的安全利用提供理论基础。
2018, 38(1): 28-36.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0178
摘要:
S波震相初至时刻的精确识别是岩石动力学参数反演的关键环节。其拾取的精度和速度直接影响到岩石动力学参数反演的精度和效率。对S波的识别研究大多都集中在地震领域，现有方法难以有效的识别工程尺度下的爆破地震波S波的到时。本文中拟提出一种适用于工程尺度下S波的识别方法。该方法不对振动信号进行滤波处理，采用短时平均过零率、偏转角、偏振度和横向能量与总能量比值等4个识别参数对S波进行识别。结合丰宁抽水蓄能电站地质勘探洞爆破实验实测数据识别效果与数值模拟结果表明：该方法在工程尺度下的识别误差小于3%。该算法能较好地适用于工程尺度下S波初至时刻进行识别。
S波震相初至时刻的精确识别是岩石动力学参数反演的关键环节。其拾取的精度和速度直接影响到岩石动力学参数反演的精度和效率。对S波的识别研究大多都集中在地震领域，现有方法难以有效的识别工程尺度下的爆破地震波S波的到时。本文中拟提出一种适用于工程尺度下S波的识别方法。该方法不对振动信号进行滤波处理，采用短时平均过零率、偏转角、偏振度和横向能量与总能量比值等4个识别参数对S波进行识别。结合丰宁抽水蓄能电站地质勘探洞爆破实验实测数据识别效果与数值模拟结果表明：该方法在工程尺度下的识别误差小于3%。该算法能较好地适用于工程尺度下S波初至时刻进行识别。
2018, 38(1): 37-49.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0141
摘要:
针对路基同心筒自力发射整体热环境恶劣的问题，依托弹性变形和域动分层相结合的动网格技术，基于均质多相流理论并耦合液态水专用汽化求解程序，建立在发射筒底部注水的三维气液两相流体动力学模型；以火箭发动机自由射流注水实验为基础，验证汽化程序三维计算的可靠性与有效性；通过瞬态数值计算，讨论筒底注水角度对导弹、内外筒热环境和导弹载荷特性的影响规律。分析表明：发射筒内发生了显著的汽化反应；导弹及发射系统总体热环境得到了显著改善，实现了发射系统持续降温的目的；在筒底注水后，弹底的附加推力及火箭发动机的推力有一定增加，随着注水量的减少，注水对导弹载荷的影响越来越弱。
针对路基同心筒自力发射整体热环境恶劣的问题，依托弹性变形和域动分层相结合的动网格技术，基于均质多相流理论并耦合液态水专用汽化求解程序，建立在发射筒底部注水的三维气液两相流体动力学模型；以火箭发动机自由射流注水实验为基础，验证汽化程序三维计算的可靠性与有效性；通过瞬态数值计算，讨论筒底注水角度对导弹、内外筒热环境和导弹载荷特性的影响规律。分析表明：发射筒内发生了显著的汽化反应；导弹及发射系统总体热环境得到了显著改善，实现了发射系统持续降温的目的；在筒底注水后，弹底的附加推力及火箭发动机的推力有一定增加，随着注水量的减少，注水对导弹载荷的影响越来越弱。
2018, 38(1): 50-59.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0135
摘要:
为深入研究重气泡内激波聚焦和射流生成的机理，采用高精度计算格式和高网格分辨率对马赫数为1.23的平面入射激波与SF6重气泡的作用过程进行数值模拟，计算结果与文献中实验吻合较好。结果显示：入射激波在重气泡内首先在流向上汇聚形成上、下对称的高压区，随后，这对高压区在SF6重气泡中心对称轴处再次碰撞，完成激波聚焦过程，并在气泡下游界面附近形成远大于初始压力和密度的局部高压高密度区，体现出SF6重气泡极强的聚能效应；激波聚焦还引起气泡下游界面附近的涡量变化，涡对的旋转能够加速射流形成与发展。因此，SF6重气泡下游界面附近的高压区和涡量分布对形成射流结构均有促进作用。
为深入研究重气泡内激波聚焦和射流生成的机理，采用高精度计算格式和高网格分辨率对马赫数为1.23的平面入射激波与SF6重气泡的作用过程进行数值模拟，计算结果与文献中实验吻合较好。结果显示：入射激波在重气泡内首先在流向上汇聚形成上、下对称的高压区，随后，这对高压区在SF6重气泡中心对称轴处再次碰撞，完成激波聚焦过程，并在气泡下游界面附近形成远大于初始压力和密度的局部高压高密度区，体现出SF6重气泡极强的聚能效应；激波聚焦还引起气泡下游界面附近的涡量变化，涡对的旋转能够加速射流形成与发展。因此，SF6重气泡下游界面附近的高压区和涡量分布对形成射流结构均有促进作用。
2018, 38(1): 60-65.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0132
摘要:
对136组不同炸药的爆轰产物压力-粒子速度实验数据进行分段拟合，得到一个过C-J点的爆轰产物Hugoniot经验关系；对该经验关系进行Riemann积分，得到一个描述爆轰产物压力相对比容关系的爆轰产物等熵状态方程，该方程的参数仅为炸药的初始比容和C-J状态量，与传统经验等熵状态方程相比，不需要进行实验标定，因此可节约标定方程的实验成本和计算成本。为验证方程的合理性，采用该方程在压力相对比容平面上给出了Comp-B、HMX、PETN、ANFO、TNT以及LX-14炸药的爆轰产物等熵膨胀曲线，发现与采用JWL状态方程给出的相应炸药爆轰产物等熵膨胀曲线符合较好。
对136组不同炸药的爆轰产物压力-粒子速度实验数据进行分段拟合，得到一个过C-J点的爆轰产物Hugoniot经验关系；对该经验关系进行Riemann积分，得到一个描述爆轰产物压力相对比容关系的爆轰产物等熵状态方程，该方程的参数仅为炸药的初始比容和C-J状态量，与传统经验等熵状态方程相比，不需要进行实验标定，因此可节约标定方程的实验成本和计算成本。为验证方程的合理性，采用该方程在压力相对比容平面上给出了Comp-B、HMX、PETN、ANFO、TNT以及LX-14炸药的爆轰产物等熵膨胀曲线，发现与采用JWL状态方程给出的相应炸药爆轰产物等熵膨胀曲线符合较好。
2018, 38(1): 66-75.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0131
摘要:
为研究复合靶板自身结构对其防护性能的影响，针对面密度相同的两层钢/铝、三层钢/铝/钢爆炸复合板以及均质钢板，采用系列弹道实验和LS-DYNA3D非线性有限元程序分析了复合靶板在球形破片侵彻作用下的失效模式和吸能机理，讨论了靶板层数、厚度和界面结合情况对失效模式的影响。研究结果表明：较其他因素而言，界面结合状态对靶板失效模式的影响最明显，当界面结合良好时，各层靶板均发生剪切冲塞破坏，而当结合界面发生拉伸失效时，较薄的背板以延性扩孔破坏为主；随着靶板总厚度的增大，靶板更易发生剪切冲塞破坏；当靶板的面密度和总厚度分别相等时，三层复合靶板的防护性能优于双层靶板。
为研究复合靶板自身结构对其防护性能的影响，针对面密度相同的两层钢/铝、三层钢/铝/钢爆炸复合板以及均质钢板，采用系列弹道实验和LS-DYNA3D非线性有限元程序分析了复合靶板在球形破片侵彻作用下的失效模式和吸能机理，讨论了靶板层数、厚度和界面结合情况对失效模式的影响。研究结果表明：较其他因素而言，界面结合状态对靶板失效模式的影响最明显，当界面结合良好时，各层靶板均发生剪切冲塞破坏，而当结合界面发生拉伸失效时，较薄的背板以延性扩孔破坏为主；随着靶板总厚度的增大，靶板更易发生剪切冲塞破坏；当靶板的面密度和总厚度分别相等时，三层复合靶板的防护性能优于双层靶板。
2018, 38(1): 76-84.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0146
摘要:
为提高蓄液结构的防护能力，开展蓄液结构弹道侵彻实验，通过改变其前、后面板厚度配比，研究前、后面板不同厚度匹配对蓄液结构破坏模式、压力载荷特性及防护能力的影响。结果表明：弹丸初速是影响入射波压力峰值大小的主要因素。固定前、后面板总厚度不变时，随着前、后面板厚度比的增大，前面板破坏模式由剪切冲塞-薄膜鼓胀-凹陷变形转变为剪切冲塞-薄膜鼓胀直至剪切冲塞破坏，后面板破坏模式由隆起-碟形破坏转变为薄膜鼓胀-花瓣开裂破坏。前、后面板破坏模式是相互影响的，前、后面板厚度匹配关系决定了其相应破坏模式的发生。前面板薄后面板厚的蓄液结构吸收冲击动能更多，抗侵彻能力也更强。
为提高蓄液结构的防护能力，开展蓄液结构弹道侵彻实验，通过改变其前、后面板厚度配比，研究前、后面板不同厚度匹配对蓄液结构破坏模式、压力载荷特性及防护能力的影响。结果表明：弹丸初速是影响入射波压力峰值大小的主要因素。固定前、后面板总厚度不变时，随着前、后面板厚度比的增大，前面板破坏模式由剪切冲塞-薄膜鼓胀-凹陷变形转变为剪切冲塞-薄膜鼓胀直至剪切冲塞破坏，后面板破坏模式由隆起-碟形破坏转变为薄膜鼓胀-花瓣开裂破坏。前、后面板破坏模式是相互影响的，前、后面板厚度匹配关系决定了其相应破坏模式的发生。前面板薄后面板厚的蓄液结构吸收冲击动能更多，抗侵彻能力也更强。
2018, 38(1): 85-91.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0267
摘要:
研究了方形钛-芳纶蜂窝夹芯板在电炮驱动的高速聚酯飞片撞击加载下的动力响应，给出了面板和蜂窝芯层在不同冲击速度下的变形及失效模式。采用VISAR(velocity interferometer system for any reflector)测速技术测量了后面板中心点的速度时程，分析了芳纶蜂窝夹芯板的动态响应过程，讨论了冲击速度对夹芯板动力响应和抗冲击能力的影响。研究结果表明，低波阻抗的芳纶蜂窝破碎行为阻断了应力波向后面板的传播途径，破碎的蜂窝和塑形大变形的前面板吸收了高速冲击的大部分能量，充分发挥了钛合金的高强度和芳纶蜂窝的缓冲吸能特性，提高了夹芯板整体的防护能力。
研究了方形钛-芳纶蜂窝夹芯板在电炮驱动的高速聚酯飞片撞击加载下的动力响应，给出了面板和蜂窝芯层在不同冲击速度下的变形及失效模式。采用VISAR(velocity interferometer system for any reflector)测速技术测量了后面板中心点的速度时程，分析了芳纶蜂窝夹芯板的动态响应过程，讨论了冲击速度对夹芯板动力响应和抗冲击能力的影响。研究结果表明，低波阻抗的芳纶蜂窝破碎行为阻断了应力波向后面板的传播途径，破碎的蜂窝和塑形大变形的前面板吸收了高速冲击的大部分能量，充分发挥了钛合金的高强度和芳纶蜂窝的缓冲吸能特性，提高了夹芯板整体的防护能力。
2018, 38(1): 92-97.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0276
摘要:
基于改进的20 L球形粉尘爆炸装置，在相同初始条件下分别测量了甲烷、石松子粉尘和甲烷/石松子两相混合体系的爆炸压力、爆炸压力上升速率和爆炸指数等参数，系统研究了甲烷/石松子粉尘两相混合体系爆炸特性变化规律。结果表明：甲烷的添加能显著提高低质量浓度石松子粉尘爆炸压力而降低高质量浓度石松子粉尘爆炸压力；甲烷对石松子粉尘最大爆炸压力没有显著影响，但能显著提高石松子粉尘最大爆炸压力上升速率。甲烷/石松子粉尘混合体系爆炸指数高于单相石松子粉尘爆炸指数，但甲烷/石松子粉尘混合体系和单相石松子粉尘爆炸指数均低于单相甲烷爆炸指数。工业生产过程中应避免粉尘混入可燃气体以降低粉尘爆炸危险性。
基于改进的20 L球形粉尘爆炸装置，在相同初始条件下分别测量了甲烷、石松子粉尘和甲烷/石松子两相混合体系的爆炸压力、爆炸压力上升速率和爆炸指数等参数，系统研究了甲烷/石松子粉尘两相混合体系爆炸特性变化规律。结果表明：甲烷的添加能显著提高低质量浓度石松子粉尘爆炸压力而降低高质量浓度石松子粉尘爆炸压力；甲烷对石松子粉尘最大爆炸压力没有显著影响，但能显著提高石松子粉尘最大爆炸压力上升速率。甲烷/石松子粉尘混合体系爆炸指数高于单相石松子粉尘爆炸指数，但甲烷/石松子粉尘混合体系和单相石松子粉尘爆炸指数均低于单相甲烷爆炸指数。工业生产过程中应避免粉尘混入可燃气体以降低粉尘爆炸危险性。
2018, 38(1): 98-105.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0176
摘要:
针对岩石巷道掘进循环进尺慢，炮孔利用率低的问题，采用取岩芯技术在岩土中形成环形自由面，利用少量炸药即可达到高效爆破的效果。首先对取岩芯爆破模型进行数值模拟，对爆炸效果进行预估，并得到相关爆破参数；之后根据模拟结果进行爆破实验，制作两组水泥模型，分别模拟取岩芯爆破与传统爆破，在模型外部布置测振仪，测量爆炸过后模型的相关振动数据，并对两组模型的爆破效果与振动数据作出比较，得出取岩芯模型爆破效果及爆破振动要明显优于传统爆破模型。最后将该技术应用在某岩巷掘进现场进行爆破实验，取得成功。实验结果表明，利用取岩芯技术成形环形自由面进行爆破, 可以减少炮孔数, 降低炸药单耗，控制住爆破振动，提高爆破效率，达到高效爆破的目的，特别是该技术可应用于城市地下工程爆破。
针对岩石巷道掘进循环进尺慢，炮孔利用率低的问题，采用取岩芯技术在岩土中形成环形自由面，利用少量炸药即可达到高效爆破的效果。首先对取岩芯爆破模型进行数值模拟，对爆炸效果进行预估，并得到相关爆破参数；之后根据模拟结果进行爆破实验，制作两组水泥模型，分别模拟取岩芯爆破与传统爆破，在模型外部布置测振仪，测量爆炸过后模型的相关振动数据，并对两组模型的爆破效果与振动数据作出比较，得出取岩芯模型爆破效果及爆破振动要明显优于传统爆破模型。最后将该技术应用在某岩巷掘进现场进行爆破实验，取得成功。实验结果表明，利用取岩芯技术成形环形自由面进行爆破, 可以减少炮孔数, 降低炸药单耗，控制住爆破振动，提高爆破效率，达到高效爆破的目的，特别是该技术可应用于城市地下工程爆破。
2018, 38(1): 106-111.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0031
摘要:
针对空中爆炸冲击波对生物目标的毁伤准则问题，超压-冲量毁伤准则可弥补单一毁伤准则的缺陷。首先，根据空中爆炸冲击波特征参量的一般形式，提出一种归一化毁伤准则形式，给出基于毁伤律的毁伤准则与判据的获取方法。其次，在不同爆炸条件对生物目标进行毁伤效应实验，依据生物整体的损伤情况确定出毁伤等级，对应获得的离散的实验数据确定连续性的超压-冲量曲线，继而拟合出不同毁伤等级的超压-冲量准则的表达式，所得到的超压-冲量准则可以评估生物目标的毁伤问题。
针对空中爆炸冲击波对生物目标的毁伤准则问题，超压-冲量毁伤准则可弥补单一毁伤准则的缺陷。首先，根据空中爆炸冲击波特征参量的一般形式，提出一种归一化毁伤准则形式，给出基于毁伤律的毁伤准则与判据的获取方法。其次，在不同爆炸条件对生物目标进行毁伤效应实验，依据生物整体的损伤情况确定出毁伤等级，对应获得的离散的实验数据确定连续性的超压-冲量曲线，继而拟合出不同毁伤等级的超压-冲量准则的表达式，所得到的超压-冲量准则可以评估生物目标的毁伤问题。
2018, 38(1): 112-118.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0148
摘要:
为了更好地消除混杂在爆破信号中的噪声，引入一种基于集合经验模态分解和小波阈值共同作用的降噪方法。首先将信号进行集合经验模态分解，然后选择含噪的模态函数分量进行小波阈值降噪处理，最后把处理后的分量和未处理的分量进行叠加，重构的信号即为降噪信号。该方法不仅能有效的去除噪声，还能使爆破波形保留其真实性和完整性。
为了更好地消除混杂在爆破信号中的噪声，引入一种基于集合经验模态分解和小波阈值共同作用的降噪方法。首先将信号进行集合经验模态分解，然后选择含噪的模态函数分量进行小波阈值降噪处理，最后把处理后的分量和未处理的分量进行叠加，重构的信号即为降噪信号。该方法不仅能有效的去除噪声，还能使爆破波形保留其真实性和完整性。
2018, 38(1): 119-123.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0018
摘要:
利用LS-DYNA有限元软件，基于多物质ALE算法，模拟中空夹层玻璃在爆炸载荷下的动力学响应，通过变化PVB夹层属性和中空气体层厚度分析了其改变对玻璃板板心最大挠度的影响。结果表明:(1)随气体层厚度的增加，中空钢化夹层玻璃上层玻璃板挠度减小而下层玻璃板挠度增加; (2)一定气体层厚度下，随夹层杨氏模量的增加，上、下玻璃板的挠度减小。
利用LS-DYNA有限元软件，基于多物质ALE算法，模拟中空夹层玻璃在爆炸载荷下的动力学响应，通过变化PVB夹层属性和中空气体层厚度分析了其改变对玻璃板板心最大挠度的影响。结果表明:(1)随气体层厚度的增加，中空钢化夹层玻璃上层玻璃板挠度减小而下层玻璃板挠度增加; (2)一定气体层厚度下，随夹层杨氏模量的增加，上、下玻璃板的挠度减小。
2018, 38(1): 124-132.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0248
摘要:
矿用救生舱是矿井安全生产中必备的救生装备，其稳定性和抗爆性能决定着逃生人员的生存概率。本文中设计了一种圆柱壳结构救生舱，优化了该救生舱在瓦斯爆炸载荷作用下的抗爆性能：首先，采用ANSYS/LS DYNA软件模拟并验证了爆炸流场载荷；其次，采用ALE流固耦合算法揭示了真实环境下爆炸流场与救生舱的耦合作用；然后，对其进行抗爆性模拟分析及结构设计优化；最后，对比分析了原模型和优化模型的动力响应、强度及能量变化特征，结果表明优化后的救生舱抗爆性满足国家规范要求。
矿用救生舱是矿井安全生产中必备的救生装备，其稳定性和抗爆性能决定着逃生人员的生存概率。本文中设计了一种圆柱壳结构救生舱，优化了该救生舱在瓦斯爆炸载荷作用下的抗爆性能：首先，采用ANSYS/LS DYNA软件模拟并验证了爆炸流场载荷；其次，采用ALE流固耦合算法揭示了真实环境下爆炸流场与救生舱的耦合作用；然后，对其进行抗爆性模拟分析及结构设计优化；最后，对比分析了原模型和优化模型的动力响应、强度及能量变化特征，结果表明优化后的救生舱抗爆性满足国家规范要求。
2018, 38(1): 133-139.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0278
摘要:
采用小尺度粉尘爆炸实验装置对不同质量浓度的玉米淀粉爆燃火焰传播过程进行了实验研究，建立了基于RGB颜色模型的火焰重构及形态学重建的粉尘火焰传播速度计算方法，计算了不同质量浓度下的玉米淀粉爆燃火焰传播速度。结果表明：采用基于RGB颜色模型的速度计算方法能够快速准确地计算出玉米淀粉爆燃火焰传播速度，火焰像素范围的确定是火焰速度计算的关键；管道内火焰传播速度受粉尘云质量浓度的影响，最大火焰传播速度随粉尘云质量浓度的增大先增大后减小，到达速度峰值的时间先缩短后增长，当质量浓度为0.63 kg/m3时，出现该实验条件下火焰传播速度最大值7.03 m/s。
采用小尺度粉尘爆炸实验装置对不同质量浓度的玉米淀粉爆燃火焰传播过程进行了实验研究，建立了基于RGB颜色模型的火焰重构及形态学重建的粉尘火焰传播速度计算方法，计算了不同质量浓度下的玉米淀粉爆燃火焰传播速度。结果表明：采用基于RGB颜色模型的速度计算方法能够快速准确地计算出玉米淀粉爆燃火焰传播速度，火焰像素范围的确定是火焰速度计算的关键；管道内火焰传播速度受粉尘云质量浓度的影响，最大火焰传播速度随粉尘云质量浓度的增大先增大后减小，到达速度峰值的时间先缩短后增长，当质量浓度为0.63 kg/m3时，出现该实验条件下火焰传播速度最大值7.03 m/s。
2018, 38(1): 140-147.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0017
摘要:
基于目前研究最广泛的刚性折纸(Tachi-origami)样式，通过改变其初始折叠角度构建出4种不同的蜂窝胞元，并且通过排列分布将其组成夹芯梁。采用商用有限元软件Abaqus/explicit对准静态和爆炸载荷作用下可折叠芯层夹芯梁的力学响应进行研究，分析可折叠芯层的泊松比变化规律、夹芯梁背板挠度以及能量吸收机理；并将夹芯梁与等质量的实体梁进行对比。采用后面板最大挠度作为抗爆性能的评价，结果发现：可折叠芯层在准静态载荷下具有一定的负泊松比效应；夹芯梁的抗爆性能优于实体梁，曲边蜂窝的初始折角对其作为芯层夹芯梁的抗爆性能有较大影响，随着初始折角的逐渐增大，其抗爆性能逐渐下降；当初始折角为直角时对应于方孔直边蜂窝，其抗爆性能最差。
基于目前研究最广泛的刚性折纸(Tachi-origami)样式，通过改变其初始折叠角度构建出4种不同的蜂窝胞元，并且通过排列分布将其组成夹芯梁。采用商用有限元软件Abaqus/explicit对准静态和爆炸载荷作用下可折叠芯层夹芯梁的力学响应进行研究，分析可折叠芯层的泊松比变化规律、夹芯梁背板挠度以及能量吸收机理；并将夹芯梁与等质量的实体梁进行对比。采用后面板最大挠度作为抗爆性能的评价，结果发现：可折叠芯层在准静态载荷下具有一定的负泊松比效应；夹芯梁的抗爆性能优于实体梁，曲边蜂窝的初始折角对其作为芯层夹芯梁的抗爆性能有较大影响，随着初始折角的逐渐增大，其抗爆性能逐渐下降；当初始折角为直角时对应于方孔直边蜂窝，其抗爆性能最差。
2018, 38(1): 148-154.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0014
摘要:
金属柱壳破坏过程与材料、结构及载荷等相关，断裂结果呈现多种形式，采用有限元结合实验对不同爆炸载荷作用下，TA2钛合金圆管的破坏机制开展研究。有限元结果显示：对于理想均质柱壳，由于冲击波传播使壁厚中间形成二次塑性区，圆管壁厚中部的等效塑性应变总是大于内、外壁。在较高爆压下，裂纹在加载阶段从试样壁厚中部起始，沿45°或135°向内外壁剪切扩展；而在较低爆压下，破坏发生在自由膨胀阶段，断裂从内壁起始向外壁剪切扩展，两者破坏过程和机制不同，总体来说，与实验现象符合较好。相关实验中出现的一些外壁拉伸断裂现象，可能与试样的几何、材料缺陷等因素相关，其对金属圆管爆炸破坏的影响值得进一步关注。
金属柱壳破坏过程与材料、结构及载荷等相关，断裂结果呈现多种形式，采用有限元结合实验对不同爆炸载荷作用下，TA2钛合金圆管的破坏机制开展研究。有限元结果显示：对于理想均质柱壳，由于冲击波传播使壁厚中间形成二次塑性区，圆管壁厚中部的等效塑性应变总是大于内、外壁。在较高爆压下，裂纹在加载阶段从试样壁厚中部起始，沿45°或135°向内外壁剪切扩展；而在较低爆压下，破坏发生在自由膨胀阶段，断裂从内壁起始向外壁剪切扩展，两者破坏过程和机制不同，总体来说，与实验现象符合较好。相关实验中出现的一些外壁拉伸断裂现象，可能与试样的几何、材料缺陷等因素相关，其对金属圆管爆炸破坏的影响值得进一步关注。
2018, 38(1): 155-163.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0150
摘要:
为解决爆震燃烧模拟中出现的刚性问题，对处理刚性源项问题常见的一步法、逼近法、拟稳态逼近法(α qusai steady state, αQSS)和点隐方法进行对比，从稳定性等方面分析源项处理方法应满足的时间步长要求，并探索各方法之间的联系以及适应化学反应特征变化的能力，进一步通过球头激波诱导燃烧算例比较每种方法的计算效率。理论分析和数值计算表明：一步法在积分刚性源项时，积分步长需小于或等于2倍最短反应特征时间，而逼近法、αQSS法和点隐方法对时间步长取值没有影响；αQSS法可根据化学反应特征的变化自动调整α值和时间步长，适用范围较广，而一步法和逼近法则是αQSS方法的特例。点隐等隐式方法在求解数学意义上的刚性问题时稳定性很好，但计算效率较低。相比而言，αQSS法在计算稳定性和适应化学反应变化方面都具有良好的性能，且针对激波诱导燃烧算例，αQSS法消耗的CPU时间仅为点隐方法的一半，是处理刚性源项较好的选择。
为解决爆震燃烧模拟中出现的刚性问题，对处理刚性源项问题常见的一步法、逼近法、拟稳态逼近法(α qusai steady state, αQSS)和点隐方法进行对比，从稳定性等方面分析源项处理方法应满足的时间步长要求，并探索各方法之间的联系以及适应化学反应特征变化的能力，进一步通过球头激波诱导燃烧算例比较每种方法的计算效率。理论分析和数值计算表明：一步法在积分刚性源项时，积分步长需小于或等于2倍最短反应特征时间，而逼近法、αQSS法和点隐方法对时间步长取值没有影响；αQSS法可根据化学反应特征的变化自动调整α值和时间步长，适用范围较广，而一步法和逼近法则是αQSS方法的特例。点隐等隐式方法在求解数学意义上的刚性问题时稳定性很好，但计算效率较低。相比而言，αQSS法在计算稳定性和适应化学反应变化方面都具有良好的性能，且针对激波诱导燃烧算例，αQSS法消耗的CPU时间仅为点隐方法的一半，是处理刚性源项较好的选择。
2018, 38(1): 164-173.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0020
摘要:
为研究椭圆截面弹体侵彻混凝土靶规律，基于动态球形空腔膨胀理论，建立椭圆截面弹体侵彻受力模型，计算典型椭圆截面弹体阻力规律和侵彻砂浆靶深度。在此基础上，采用弹道炮发射平台，开展相同质量和长度的2种典型椭圆截面弹体及圆截面弹体垂直侵彻半无限砂浆靶实验。结果表明：理论模型能够反映椭圆截面弹体受力情况，并与实验研究结果吻合较好；椭圆截面弹体长短轴参数的改变对侵彻性能影响较为显著。
为研究椭圆截面弹体侵彻混凝土靶规律，基于动态球形空腔膨胀理论，建立椭圆截面弹体侵彻受力模型，计算典型椭圆截面弹体阻力规律和侵彻砂浆靶深度。在此基础上，采用弹道炮发射平台，开展相同质量和长度的2种典型椭圆截面弹体及圆截面弹体垂直侵彻半无限砂浆靶实验。结果表明：理论模型能够反映椭圆截面弹体受力情况，并与实验研究结果吻合较好；椭圆截面弹体长短轴参数的改变对侵彻性能影响较为显著。
2018, 38(1): 174-182.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0024
摘要:
基于冲击波传播、非线性反射和聚焦理论，建立水下爆炸冲击波在椭球罩作用下的反射聚焦模型。讨论自由传播、壁面反射和定向聚焦阶段的冲击波特性和压力计算方法，利用波前和波法线的近似方程构建压力场的数值计算域，进而模拟聚焦过程，并与现有实验结果进行对比，结果表明：所建模型可为正聚焦压力提供满足工程精度的预测，并能描述水下冲击波及产生的拉伸波聚焦过程中的一些细节；椭球罩能有效地聚焦水下冲击波，在动力学焦点附近获得有效增益区，在近轴方向上明显削弱冲击波压力衰减；理想条件下的动力学焦点一般位于几何焦点之前，但实际的反射罩变形和背向位移将使其发生后迁，甚至能越过几何焦点。
基于冲击波传播、非线性反射和聚焦理论，建立水下爆炸冲击波在椭球罩作用下的反射聚焦模型。讨论自由传播、壁面反射和定向聚焦阶段的冲击波特性和压力计算方法，利用波前和波法线的近似方程构建压力场的数值计算域，进而模拟聚焦过程，并与现有实验结果进行对比，结果表明：所建模型可为正聚焦压力提供满足工程精度的预测，并能描述水下冲击波及产生的拉伸波聚焦过程中的一些细节；椭球罩能有效地聚焦水下冲击波，在动力学焦点附近获得有效增益区，在近轴方向上明显削弱冲击波压力衰减；理想条件下的动力学焦点一般位于几何焦点之前，但实际的反射罩变形和背向位移将使其发生后迁，甚至能越过几何焦点。
2018, 38(1): 183-190.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0116
摘要:
通过对预制破片侵彻均质装甲钢的过程进行受力分析，推导预制破片极限穿透速度的计算公式，分别对3种形状规则预制破片的极限穿透速度进行理论计算，并通过实弹驱动试验和弹道枪模拟复核试验测得极限穿透速度与理论计算结果相对比，得出理论计算结果与试验结果的误差，通过数据分析处理给出计算公式的修正系数。
通过对预制破片侵彻均质装甲钢的过程进行受力分析，推导预制破片极限穿透速度的计算公式，分别对3种形状规则预制破片的极限穿透速度进行理论计算，并通过实弹驱动试验和弹道枪模拟复核试验测得极限穿透速度与理论计算结果相对比，得出理论计算结果与试验结果的误差，通过数据分析处理给出计算公式的修正系数。
2018, 38(1): 191-196.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0140
摘要:
基于理想混合炸药模型的概念，提出一种计算混合炸药爆速的新方法，并构造空气和铝粉与炸药组分相关的特征爆速关系式。对装药密度大于最大理论密度85%的26种CHNO类混合炸药、13种CNNO类单质炸药、25种含铝炸药进行计算，爆速的计算值与实验值吻合较好，平均相对误差为0.01%，相关系数为0.961 5。通过数据分析，新方法优于Urizar方法和Kamlet方法。新方法是一种计算CHNO类和CHNOAl炸药爆速的可靠方法，对新型混合炸药的研究具有一定指导意义。
基于理想混合炸药模型的概念，提出一种计算混合炸药爆速的新方法，并构造空气和铝粉与炸药组分相关的特征爆速关系式。对装药密度大于最大理论密度85%的26种CHNO类混合炸药、13种CNNO类单质炸药、25种含铝炸药进行计算，爆速的计算值与实验值吻合较好，平均相对误差为0.01%，相关系数为0.961 5。通过数据分析，新方法优于Urizar方法和Kamlet方法。新方法是一种计算CHNO类和CHNOAl炸药爆速的可靠方法，对新型混合炸药的研究具有一定指导意义。
2018, 38(1): 197-203.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0123
摘要:
为了研究非理想炸药的做功能力，对TNT、PBXN-109、AFX-757和CL-20基炸药进行了混凝土介质内爆炸实验，测量了实验炸药爆炸形成的混凝土腔体容积，通过量纲分析和实验数据建立了混凝土腔体容积的计算模型，并采用自行设计的混凝土腔体容积方法评价了炸药的爆炸做功特性。结果表明，混凝土腔体容积法能够用于评估非理想炸药的做功能力，单位质量同类型炸药的混凝土腔体容积基本一致。混凝土腔体容积与炸药能量(或炸药质量与爆热的乘积)存在线性关系，炸药混凝土中内爆炸的相对做功能力可以通过爆热当量确定。
为了研究非理想炸药的做功能力，对TNT、PBXN-109、AFX-757和CL-20基炸药进行了混凝土介质内爆炸实验，测量了实验炸药爆炸形成的混凝土腔体容积，通过量纲分析和实验数据建立了混凝土腔体容积的计算模型，并采用自行设计的混凝土腔体容积方法评价了炸药的爆炸做功特性。结果表明，混凝土腔体容积法能够用于评估非理想炸药的做功能力，单位质量同类型炸药的混凝土腔体容积基本一致。混凝土腔体容积与炸药能量(或炸药质量与爆热的乘积)存在线性关系，炸药混凝土中内爆炸的相对做功能力可以通过爆热当量确定。
2018, 38(1): 204-211.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0143
摘要:
以外层为不锈钢的中空夹层钢管混凝土柱为研究对象，采用有限元分析软件，模拟该类构件在低速横向冲击下的动力响应，讨论空心率对其耐撞性能的影响，并提出稳固性因数来评估结构的耐撞性能，同时展开3组实验对有限元模拟典型算例进行校正。试件的耐撞性能主要从抗冲击能力与冲击过程中结构的稳固性方面讨论。研究结果表明：空心率在0~0.73范围内，其对冲击力平台值影响不明显，试件抗冲击能力没有明显变化；空心率大于0.73，冲击力平台值明显下降，试件抗冲击能力明显减弱。空心率在0~0.6范围内，试件冲击过程中的结构稳固性因数保持在一个较高水平；空心率0.6~1.0范围内，试件冲击过程的结构稳固性因数明显降低，且呈单调下降趋势。
以外层为不锈钢的中空夹层钢管混凝土柱为研究对象，采用有限元分析软件，模拟该类构件在低速横向冲击下的动力响应，讨论空心率对其耐撞性能的影响，并提出稳固性因数来评估结构的耐撞性能，同时展开3组实验对有限元模拟典型算例进行校正。试件的耐撞性能主要从抗冲击能力与冲击过程中结构的稳固性方面讨论。研究结果表明：空心率在0~0.73范围内，其对冲击力平台值影响不明显，试件抗冲击能力没有明显变化；空心率大于0.73，冲击力平台值明显下降，试件抗冲击能力明显减弱。空心率在0~0.6范围内，试件冲击过程中的结构稳固性因数保持在一个较高水平；空心率0.6~1.0范围内，试件冲击过程的结构稳固性因数明显降低，且呈单调下降趋势。
2018, 38(1): 212-216.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0152
摘要:
采用构建物理数学模型和实验验证的方法，首次提出发射药燃烧热辐射柱体理论模型；利用自由场条件下的单基发射药燃烧热辐射实验，对比分析球体热辐射模型，验证了柱体理论模型能够客观反映发射药燃烧热辐射传播规律。实验表明，自由场条件下4种不同单基发射药药量的燃烧热辐射实验数据与柱体燃烧理论模型相吻合；同时由数据拟合分别得到单基发射药热通量与药量、距离以及热剂量与药量、距离的定量函数关系，可为准确评估单基发射药燃烧热辐射毁伤效应提供相关理论基础。
采用构建物理数学模型和实验验证的方法，首次提出发射药燃烧热辐射柱体理论模型；利用自由场条件下的单基发射药燃烧热辐射实验，对比分析球体热辐射模型，验证了柱体理论模型能够客观反映发射药燃烧热辐射传播规律。实验表明，自由场条件下4种不同单基发射药药量的燃烧热辐射实验数据与柱体燃烧理论模型相吻合；同时由数据拟合分别得到单基发射药热通量与药量、距离以及热剂量与药量、距离的定量函数关系，可为准确评估单基发射药燃烧热辐射毁伤效应提供相关理论基础。
2018, 38(1): 217-223.
doi: 10.11883/bzycj-2017-0034
摘要:
为了更好地描述疏松态金属材料的冲击压缩特性，基于托马斯-费米原子统计模型，研究金属晶体中电子热行为对系统内粒子数、内能、压强等参数的影响，修改了描述疏松金属材料的Wu-Jing模型中的参数R的计算方法。结合混合物的冷能叠加原理，得到考虑电子相影响的疏松态混合物物态方程。并对不同配比的密实态W/Cu合金、不同疏松度的Al/Ni合金的典型多功能含能结构材料进行计算，获得其冲击压力-比容关系及冲击波速度-粒子速度关系，计算结果与实验结果吻合较好。结果表明，本文中模型对未反应条件下的金属材料冲击压缩特性预测较好；疏松材料的冲击压力-粒子速度关系并不呈现出密实材料的近似线性关系，其冲击压缩过程分为压实前和压实后2个明显的阶段；多功能含能结构材料的冲击压缩特性受材料孔隙率、材料配比等影响明显。
为了更好地描述疏松态金属材料的冲击压缩特性，基于托马斯-费米原子统计模型，研究金属晶体中电子热行为对系统内粒子数、内能、压强等参数的影响，修改了描述疏松金属材料的Wu-Jing模型中的参数R的计算方法。结合混合物的冷能叠加原理，得到考虑电子相影响的疏松态混合物物态方程。并对不同配比的密实态W/Cu合金、不同疏松度的Al/Ni合金的典型多功能含能结构材料进行计算，获得其冲击压力-比容关系及冲击波速度-粒子速度关系，计算结果与实验结果吻合较好。结果表明，本文中模型对未反应条件下的金属材料冲击压缩特性预测较好；疏松材料的冲击压力-粒子速度关系并不呈现出密实材料的近似线性关系，其冲击压缩过程分为压实前和压实后2个明显的阶段；多功能含能结构材料的冲击压缩特性受材料孔隙率、材料配比等影响明显。
2018, 38(1): 224-232.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0305
摘要:
高强度混凝土高温爆裂概率随含水率的增大而增大，表明蒸汽压力是诱发爆裂的重要因素之一，该压力通过改变有效应力影响了强度。为定量研究蒸汽压力对强度的影响，基于莫尔-库仑准则和有效应力原理，推导了临界爆裂蒸汽压力的求解公式，并从数理角度证明了其严密性，结果表明：(1)公式物理意义明确，并与现有的研究成果和实际工程灾害一致性好；(2)理论分析尚不能完全考虑材料物理特征对爆裂的影响，还需结合模型实验开展极端高温环境下理论模型中相关系数的测定；(3)应结合火灾后建筑物不同部位构件的破坏形态，从受力状态与破坏特征两方面去分析和反馈其中的机理，完善理论分析中的不足。
高强度混凝土高温爆裂概率随含水率的增大而增大，表明蒸汽压力是诱发爆裂的重要因素之一，该压力通过改变有效应力影响了强度。为定量研究蒸汽压力对强度的影响，基于莫尔-库仑准则和有效应力原理，推导了临界爆裂蒸汽压力的求解公式，并从数理角度证明了其严密性，结果表明：(1)公式物理意义明确，并与现有的研究成果和实际工程灾害一致性好；(2)理论分析尚不能完全考虑材料物理特征对爆裂的影响，还需结合模型实验开展极端高温环境下理论模型中相关系数的测定；(3)应结合火灾后建筑物不同部位构件的破坏形态，从受力状态与破坏特征两方面去分析和反馈其中的机理，完善理论分析中的不足。
2018, 38(1): 233-240.
doi: 10.11883/bzycj-2016-0298
摘要:
为了合理设计既有公路路堤爆炸挤密钻孔的平面布置方案，以爆炸挤密加固某高速公路黄土路堤为例，研究了条形药包爆炸挤密黄土路堤的横向影响规律。先根据该高速公路实际几何尺寸和材料参数建立有限元模型，然后用ANSYS/LS-DYNA分等横截面不等长和等长不等横截面两类条形药包共计16种工况进行数值模拟，得出爆腔水平半径、土壤密度峰值及其位置和爆炸挤密黄土路堤横向影响半径的变化规律，此外还拟合出横截面为2支药管组成的条形药包爆炸挤密后土壤的密度增量与该点距爆心的水平距离和药量之间的关系表达式。最后，结合工程实例，说明了上述规律在施工方案设计中的应用。
为了合理设计既有公路路堤爆炸挤密钻孔的平面布置方案，以爆炸挤密加固某高速公路黄土路堤为例，研究了条形药包爆炸挤密黄土路堤的横向影响规律。先根据该高速公路实际几何尺寸和材料参数建立有限元模型，然后用ANSYS/LS-DYNA分等横截面不等长和等长不等横截面两类条形药包共计16种工况进行数值模拟，得出爆腔水平半径、土壤密度峰值及其位置和爆炸挤密黄土路堤横向影响半径的变化规律，此外还拟合出横截面为2支药管组成的条形药包爆炸挤密后土壤的密度增量与该点距爆心的水平距离和药量之间的关系表达式。最后，结合工程实例，说明了上述规律在施工方案设计中的应用。
