2023年 43卷 第11期
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2023, 43(11): 112201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0080
摘要:
为了研究预应力混凝土(prestressed concrete, PC)框架结构的抗爆性能，利用有限元软件LS-DYNA对一栋3层2跨的大跨有/无黏结PC框架结构在不同比例距离的外部远爆荷载作用下的动力响应进行了分析。分析结果表明：混凝土预应力框架在地表远爆荷载作用下，最大层间位移角与前墙所受峰值反射超压近似成线性关系；有黏结混凝土预应力框架结构层间位移角相较于无黏结混凝土预应力框架更小，损伤分布更均匀，结构抗爆性能更好；基于分析结果，给出了不同比例距离对应的损伤状态，可用于对混凝土预应力框架结构进行爆炸损伤状态快速评估。
为了研究预应力混凝土(prestressed concrete, PC)框架结构的抗爆性能，利用有限元软件LS-DYNA对一栋3层2跨的大跨有/无黏结PC框架结构在不同比例距离的外部远爆荷载作用下的动力响应进行了分析。分析结果表明：混凝土预应力框架在地表远爆荷载作用下，最大层间位移角与前墙所受峰值反射超压近似成线性关系；有黏结混凝土预应力框架结构层间位移角相较于无黏结混凝土预应力框架更小，损伤分布更均匀，结构抗爆性能更好；基于分析结果，给出了不同比例距离对应的损伤状态，可用于对混凝土预应力框架结构进行爆炸损伤状态快速评估。
2023, 43(11): 112202.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0385
摘要:
为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力，提出将双层钢管混凝土柱应用于桥梁下部结构的预制节段拼装墩柱体系。对预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱(precast segmental concrete-filled double-skin steel tube, PS-CFDST)进行了大当量野外爆炸试验，并基于LS-DYNA软件建立了精细化有限元模型，对 PS-CFDST柱在爆炸荷载作用下的动力响应和破坏过程进行了数值模拟。结果表明：大当量地面爆炸作用下， PS-CFDST柱的破坏模式表现为后张预应力筋断裂引起的墩柱整体失效，地面爆炸作用下墩柱在墩身底部接缝有较大的剪切滑移，核心混凝土的损伤主要出现在接缝处和预应力筋挤压处；预应力筋的建模方式对预制节段拼装墩柱的动力响应具有显著影响；增大轴向荷载可以减小预制节段拼装墩柱的侧向变形和墩底剪切滑移，有利于提高墩柱的抗爆性能。
为提升装配式公路桥梁的抗爆防护能力，提出将双层钢管混凝土柱应用于桥梁下部结构的预制节段拼装墩柱体系。对预制节段拼装双层钢管混凝土墩柱(precast segmental concrete-filled double-skin steel tube, PS-CFDST)进行了大当量野外爆炸试验，并基于LS-DYNA软件建立了精细化有限元模型，对 PS-CFDST柱在爆炸荷载作用下的动力响应和破坏过程进行了数值模拟。结果表明：大当量地面爆炸作用下， PS-CFDST柱的破坏模式表现为后张预应力筋断裂引起的墩柱整体失效，地面爆炸作用下墩柱在墩身底部接缝有较大的剪切滑移，核心混凝土的损伤主要出现在接缝处和预应力筋挤压处；预应力筋的建模方式对预制节段拼装墩柱的动力响应具有显著影响；增大轴向荷载可以减小预制节段拼装墩柱的侧向变形和墩底剪切滑移，有利于提高墩柱的抗爆性能。
2023, 43(11): 112203.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0039
摘要:
采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法，对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型，给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解，得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧向变形的无量纲参数。利用ABAQUS/Explicit软件建立了钢管混凝土结构在侧向冲击作用下的动态响应数值模型并进行了计算分析，将理论预测值和数值模拟结果与试验结果进行了交叉对比。结合量纲分析和数值模型对影响构件最终变形的几何、物理参数及初始冲量进行了分析。结果表明：理论预测值和数值模拟结果与试验结果吻合较好，结构的塑性变形与理论假定的塑性铰分布一致。构件几何参数中，长径比和径厚比对其侧向最终变形有较大影响；冲击头相对宽度可改变构件的变形模态；相比于几何参数，钢管和混凝土芯层的物理参数对构件跨中挠度的影响较小；结构的侧向变形与初始冲量成二次幂相关。最后给出了理论分析参数的适用范围。刚塑性响应模态解可较好地预测钢管混凝土结构在侧向冲击载荷作用下的塑性变形行为。
采用刚塑性结构模态分析法和数值模拟方法，对侧向冲击载荷作用下的圆截面钢管混凝土结构进行了塑性动力分析。将钢管混凝土等效为刚塑性地基梁模型，给出了钢管混凝土构件跨中侧向变形的模态解析解，得到了冲击载荷作用下影响结构最终侧向变形的无量纲参数。利用ABAQUS/Explicit软件建立了钢管混凝土结构在侧向冲击作用下的动态响应数值模型并进行了计算分析，将理论预测值和数值模拟结果与试验结果进行了交叉对比。结合量纲分析和数值模型对影响构件最终变形的几何、物理参数及初始冲量进行了分析。结果表明：理论预测值和数值模拟结果与试验结果吻合较好，结构的塑性变形与理论假定的塑性铰分布一致。构件几何参数中，长径比和径厚比对其侧向最终变形有较大影响；冲击头相对宽度可改变构件的变形模态；相比于几何参数，钢管和混凝土芯层的物理参数对构件跨中挠度的影响较小；结构的侧向变形与初始冲量成二次幂相关。最后给出了理论分析参数的适用范围。刚塑性响应模态解可较好地预测钢管混凝土结构在侧向冲击载荷作用下的塑性变形行为。
2023, 43(11): 112204.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0164
摘要:
近场水下爆炸会产生复杂的载荷模式，而复杂的边界条件使结构在近场水下爆炸作用下的毁伤形态更加难以预测。因此，采用耦合的欧拉-拉格朗日算法探究了水下爆炸气泡在多边界耦合作用下（自由面、弹塑性板、泥沙边界）的演化过程及其对固支方板的毁伤效应。首先，开展了2.5 g TNT在不同尺寸（板边长为0.46、0.92和1.61倍最大气泡直径）固支方板底部10 cm起爆的水下爆炸试验，验证了有限元方法的准确性。然后，结合试验和有限元结果分析了不同边界条件下板的毁伤机理。最后，通过系列数值模拟发现：随着板尺寸和爆距的增大，气泡会出现溃散、下射流和上射流3种不同的演化方式；随着板尺寸的增大，爆距对板中心最终变形的影响减小；泥沙边界能减缓气泡收缩，使气泡从中部塌陷形成方向相反的对射流，降低固支方板的位移和应变，对于气泡提前溃散的工况，泥沙边界基本无影响。
近场水下爆炸会产生复杂的载荷模式，而复杂的边界条件使结构在近场水下爆炸作用下的毁伤形态更加难以预测。因此，采用耦合的欧拉-拉格朗日算法探究了水下爆炸气泡在多边界耦合作用下（自由面、弹塑性板、泥沙边界）的演化过程及其对固支方板的毁伤效应。首先，开展了2.5 g TNT在不同尺寸（板边长为0.46、0.92和1.61倍最大气泡直径）固支方板底部10 cm起爆的水下爆炸试验，验证了有限元方法的准确性。然后，结合试验和有限元结果分析了不同边界条件下板的毁伤机理。最后，通过系列数值模拟发现：随着板尺寸和爆距的增大，气泡会出现溃散、下射流和上射流3种不同的演化方式；随着板尺寸的增大，爆距对板中心最终变形的影响减小；泥沙边界能减缓气泡收缩，使气泡从中部塌陷形成方向相反的对射流，降低固支方板的位移和应变，对于气泡提前溃散的工况，泥沙边界基本无影响。
2023, 43(11): 112301.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0085
摘要:
为探究叠层复合装药的爆轰释能规律，采用爆速差为1.85 km/s的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）基高爆速炸药与高爆热炸药制备成等厚度的叠层复合装药，通过狭缝扫描试验和圆筒试验分别获得了装药内的爆速变化和产物的膨胀释能曲线，并结合2种炸药爆轰产物的相互作用过程，分析了叠层复合装药与单一装药释能过程的主要差异。结果表明：爆轰波交替传播时，2种炸药均能迅速进入稳定爆轰状态；产物膨胀时，2种炸药的相互作用使装药爆轰驱动能量的分布特征发生显著变化，高爆速炸药的加载区域扩大，导致铜管速度降低，比动能较单一装药下降了6.7%，而高爆热炸药的加载区域缩小，铜管速度升高，比动能较单一装药提升了14.1%；此外，高爆热炸药爆轰产物处于压缩状态，有利于提升铝粉的反应速率，有望进一步增强叠层复合装药的驱动做功能力。
为探究叠层复合装药的爆轰释能规律，采用爆速差为1.85 km/s的3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱（DNTF）基高爆速炸药与高爆热炸药制备成等厚度的叠层复合装药，通过狭缝扫描试验和圆筒试验分别获得了装药内的爆速变化和产物的膨胀释能曲线，并结合2种炸药爆轰产物的相互作用过程，分析了叠层复合装药与单一装药释能过程的主要差异。结果表明：爆轰波交替传播时，2种炸药均能迅速进入稳定爆轰状态；产物膨胀时，2种炸药的相互作用使装药爆轰驱动能量的分布特征发生显著变化，高爆速炸药的加载区域扩大，导致铜管速度降低，比动能较单一装药下降了6.7%，而高爆热炸药的加载区域缩小，铜管速度升高，比动能较单一装药提升了14.1%；此外，高爆热炸药爆轰产物处于压缩状态，有利于提升铝粉的反应速率，有望进一步增强叠层复合装药的驱动做功能力。
2023, 43(11): 113101.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0172
摘要:
为了深入了解金属材料在复杂加载下的动态破碎行为，在有限元模拟的基础上，设计了两类马赫杆加载实验，用于研究无氧铜在复杂加载下的动态破碎行为。实验中，采用火炮加载马赫透镜和激光粒子速度干涉仪测量自由面速度，实现了峰值压力分别为95.75和32.38 GPa的动态加载。结果表明，实验中成功实现了稳定的马赫杆加载，并且观察到马赫杆加载下无氧铜的2种不同近表面破碎模式，即高压下产生微层裂、低压下产生三角波层裂，且层裂区呈凸形分布。
为了深入了解金属材料在复杂加载下的动态破碎行为，在有限元模拟的基础上，设计了两类马赫杆加载实验，用于研究无氧铜在复杂加载下的动态破碎行为。实验中，采用火炮加载马赫透镜和激光粒子速度干涉仪测量自由面速度，实现了峰值压力分别为95.75和32.38 GPa的动态加载。结果表明，实验中成功实现了稳定的马赫杆加载，并且观察到马赫杆加载下无氧铜的2种不同近表面破碎模式，即高压下产生微层裂、低压下产生三角波层裂，且层裂区呈凸形分布。
2023, 43(11): 113102.
doi: 10.11883/bzycj/2022-0520
摘要:
高孔隙率的负泊松比蜂窝结构在能量吸收的过程中往往伴随剧烈的应力波动和显著的峰值应力，极易造成蜂窝结构的局部损坏，影响能量的连续吸收。为了减少局部破坏的产生，基于传统内凹六边形蜂窝胞元设计了一种反对称的弧形胞元，并通过不同的阵列方向，得到了2种新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构。采用准静态压缩试验和有限元模拟的方法，探究了速度梯度对新型反对称弧形蜂窝结构模型的整体变形模式，不同层水平应变分布，变形机理，以及抗冲击性的影响。研究结果表明：不同于传统负泊松比蜂窝模型中出现大量的局部密实化区域，新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构中局部密实带明显减少，结构中多层胞元组成的变形区域同时参与变形，整体表现出十分稳定的变形模式。这与最大水平应变的提高以及新型蜂窝结构抗冲击性的增强密切相关，特别是在中速模式下，新型反对称弧形蜂窝模型抗冲击性明显增强，冲击载荷效率达到78%，远高于传统蜂窝模型43%的冲击载荷效率；此外，反对称弧形蜂窝结构胞元还带动了相邻胞元之间的胞壁发生向上弯曲来抵抗弯矩。在低速模式下，2种新型反对称弧形蜂窝模型的最大水平应变分别提高了100%、36%；在中速模式下，2种模型均提高了39%。
高孔隙率的负泊松比蜂窝结构在能量吸收的过程中往往伴随剧烈的应力波动和显著的峰值应力，极易造成蜂窝结构的局部损坏，影响能量的连续吸收。为了减少局部破坏的产生，基于传统内凹六边形蜂窝胞元设计了一种反对称的弧形胞元，并通过不同的阵列方向，得到了2种新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构。采用准静态压缩试验和有限元模拟的方法，探究了速度梯度对新型反对称弧形蜂窝结构模型的整体变形模式，不同层水平应变分布，变形机理，以及抗冲击性的影响。研究结果表明：不同于传统负泊松比蜂窝模型中出现大量的局部密实化区域，新型反对称负泊松比弧形蜂窝结构中局部密实带明显减少，结构中多层胞元组成的变形区域同时参与变形，整体表现出十分稳定的变形模式。这与最大水平应变的提高以及新型蜂窝结构抗冲击性的增强密切相关，特别是在中速模式下，新型反对称弧形蜂窝模型抗冲击性明显增强，冲击载荷效率达到78%，远高于传统蜂窝模型43%的冲击载荷效率；此外，反对称弧形蜂窝结构胞元还带动了相邻胞元之间的胞壁发生向上弯曲来抵抗弯矩。在低速模式下，2种新型反对称弧形蜂窝模型的最大水平应变分别提高了100%、36%；在中速模式下，2种模型均提高了39%。
2023, 43(11): 113103.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0061
摘要:
以含不同倾角预制裂纹的长方形板状红砂岩为研究对象，采用分离式霍普金森压杆沿试样宽度方向施加冲击荷载，使用高速摄像机记录裂纹扩展过程，获得试样的裂纹路径特征以及动态压缩强度和动态弹性模量，利用筛分统计法分析试样碎块分布特征，结合分形理论定量描述试样破碎程度及特点，探讨中应变率条件下含裂隙试样裂纹扩展模式与动态力学性质和破碎程度的相互关系。研究结果表明，应变率较高时试样会更多地出现远场裂纹和离层裂纹，并且相比相关低应变率实验结果，中应变率范围内试样破坏模式及裂纹分布情况随应变率的变化规律是不同的。随着应变率的提高，试样大体上从1条拉伸裂纹的临界破坏演变成X形剪切裂纹为主的复杂裂隙网络，并且不同角度预制裂隙对于这种裂纹扩展模式的演变有重要影响。在预制裂纹倾角一定的情况下，岩样动态压缩强度和动态弹性模量表现出明显的应变率效应，不同角度预制裂纹对于试样的应变率敏感性有显著影响。随裂纹倾角的增大，试样的动态强度、动态弹性模量和分形维数表现出的变化趋势具有一定的相似性，大体呈现先减小后增大的趋势，裂纹倾角为45°的试样的动态压缩强度、动态弹性模量和分形维数均为最小。随应变率的升高，不同预制裂纹倾角的试样碎块分布更加分散，应变率越高，预制裂纹倾角对于岩石冲击破碎程度、分形维数的影响越显著。
以含不同倾角预制裂纹的长方形板状红砂岩为研究对象，采用分离式霍普金森压杆沿试样宽度方向施加冲击荷载，使用高速摄像机记录裂纹扩展过程，获得试样的裂纹路径特征以及动态压缩强度和动态弹性模量，利用筛分统计法分析试样碎块分布特征，结合分形理论定量描述试样破碎程度及特点，探讨中应变率条件下含裂隙试样裂纹扩展模式与动态力学性质和破碎程度的相互关系。研究结果表明，应变率较高时试样会更多地出现远场裂纹和离层裂纹，并且相比相关低应变率实验结果，中应变率范围内试样破坏模式及裂纹分布情况随应变率的变化规律是不同的。随着应变率的提高，试样大体上从1条拉伸裂纹的临界破坏演变成X形剪切裂纹为主的复杂裂隙网络，并且不同角度预制裂隙对于这种裂纹扩展模式的演变有重要影响。在预制裂纹倾角一定的情况下，岩样动态压缩强度和动态弹性模量表现出明显的应变率效应，不同角度预制裂纹对于试样的应变率敏感性有显著影响。随裂纹倾角的增大，试样的动态强度、动态弹性模量和分形维数表现出的变化趋势具有一定的相似性，大体呈现先减小后增大的趋势，裂纹倾角为45°的试样的动态压缩强度、动态弹性模量和分形维数均为最小。随应变率的升高，不同预制裂纹倾角的试样碎块分布更加分散，应变率越高，预制裂纹倾角对于岩石冲击破碎程度、分形维数的影响越显著。
2023, 43(11): 113301.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0509
摘要:
为了研究带尾裙跨介质航行体高速斜入水过程中空泡的发展及运动特性，搭建了高速入水实验平台，并设计了带有内测单元的实验模型，对带尾裙跨介质航行体开展了入水角为20°、入水速度为30~130 m/s的实验研究。采用高速摄像机记录入水空泡，同时由内测单元测量航行体的运动参数和泡内压力，获得了航行体高速斜入水过程中空泡的发展特性、入水运动特性以及泡内压力的变化规律。实验结果表明：带尾裙跨介质航行体在入水过程中形成了滑行运动特性，入水空泡发生弯曲变形现象，随着入水速度的升高，入水弹道向上偏转的趋势更加明显；航行体入水轴向过载峰值作用时间较长，法向过载峰值在入水1.5倍航行体长度后逐渐降至零值附近波动；泡内压力随入水空泡的形成和发展呈现先降低后升高的趋势，且最低压力随入水速度呈线性趋势，形成时间基本一致。
为了研究带尾裙跨介质航行体高速斜入水过程中空泡的发展及运动特性，搭建了高速入水实验平台，并设计了带有内测单元的实验模型，对带尾裙跨介质航行体开展了入水角为20°、入水速度为30~130 m/s的实验研究。采用高速摄像机记录入水空泡，同时由内测单元测量航行体的运动参数和泡内压力，获得了航行体高速斜入水过程中空泡的发展特性、入水运动特性以及泡内压力的变化规律。实验结果表明：带尾裙跨介质航行体在入水过程中形成了滑行运动特性，入水空泡发生弯曲变形现象，随着入水速度的升高，入水弹道向上偏转的趋势更加明显；航行体入水轴向过载峰值作用时间较长，法向过载峰值在入水1.5倍航行体长度后逐渐降至零值附近波动；泡内压力随入水空泡的形成和发展呈现先降低后升高的趋势，且最低压力随入水速度呈线性趋势，形成时间基本一致。
2023, 43(11): 114201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0047
摘要:
为了研究爆炸荷载下泡沫混凝土分配层的设计厚度，采用LS-DYNA软件建立了一维爆炸波在泡沫混凝土杆中传播衰减的数值模型并经过了实验验证，分析了半无限长和有限长泡沫混凝土杆中爆炸波的传播衰减规律及荷载增强效应产生机理。数值模拟结果表明：三角形爆炸荷载经过足够长的泡沫混凝土杆会衰减为幅值与其平台应力相当的梯形荷载，而当泡沫混凝土杆长度较小时，固定端在更强的反射波作用下将产生荷载增强效应。基于泡沫混凝土杆中的压实情况，将杆分为5个区域，即密实区1、平台区1、弹性区、平台区2和密实区2，其中弹性区的范围随着杆长减小而逐渐缩短；为避免荷载增强效应产生且最大程度降低作用于主体结构上的荷载，定义了平台区1、弹性区和平台区2范围为零时对应的杆长为泡沫混凝土分配层的最小厚度。对爆炸荷载和泡沫混凝土密度的参数敏感性分析表明，最小厚度随爆炸荷载峰值的增大和作用时间的延长而增大，而同一爆炸荷载下低密度泡沫混凝土的最小厚度大于高密度泡沫混凝土的最小厚度。基于数值模拟结果，进一步提出了最小厚度的计算公式。
为了研究爆炸荷载下泡沫混凝土分配层的设计厚度，采用LS-DYNA软件建立了一维爆炸波在泡沫混凝土杆中传播衰减的数值模型并经过了实验验证，分析了半无限长和有限长泡沫混凝土杆中爆炸波的传播衰减规律及荷载增强效应产生机理。数值模拟结果表明：三角形爆炸荷载经过足够长的泡沫混凝土杆会衰减为幅值与其平台应力相当的梯形荷载，而当泡沫混凝土杆长度较小时，固定端在更强的反射波作用下将产生荷载增强效应。基于泡沫混凝土杆中的压实情况，将杆分为5个区域，即密实区1、平台区1、弹性区、平台区2和密实区2，其中弹性区的范围随着杆长减小而逐渐缩短；为避免荷载增强效应产生且最大程度降低作用于主体结构上的荷载，定义了平台区1、弹性区和平台区2范围为零时对应的杆长为泡沫混凝土分配层的最小厚度。对爆炸荷载和泡沫混凝土密度的参数敏感性分析表明，最小厚度随爆炸荷载峰值的增大和作用时间的延长而增大，而同一爆炸荷载下低密度泡沫混凝土的最小厚度大于高密度泡沫混凝土的最小厚度。基于数值模拟结果，进一步提出了最小厚度的计算公式。
2023, 43(11): 114202.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0004
摘要:
为建立描述任意时刻、距离下空气自由场爆炸波冲击波压力、密度、粒子速度的经验公式，支撑复杂场景下冲击波载荷的快速计算，采用一维精细数值模拟的方法计算了不同比例距离下的压力、密度、粒子速度时程，并利用曲线拟合方法得到了正相超压峰值等22个冲击波参数与比例距离关系的经验公式，采用改进修正Friedlander方程建立了冲击波压力、密度、粒子速度随时间变化的关系式；利用爆炸冲击波地面反射和建筑后绕射两个典型工况，阐释了提出模型的应用场景，并与试验、数值模拟结果对比。结果表明：压力、密度、粒子速度随比例距离、时间变化的经验关系与数值模拟结果基本吻合；爆炸冲击波地面反射和建筑后绕射两个典型工况下，理论计算与数值模拟的压力云图基本吻合，在相同硬件条件下，理论计算耗时仅为千万级网格数值模拟的5%左右，在计算速度上有明显的优越性。
为建立描述任意时刻、距离下空气自由场爆炸波冲击波压力、密度、粒子速度的经验公式，支撑复杂场景下冲击波载荷的快速计算，采用一维精细数值模拟的方法计算了不同比例距离下的压力、密度、粒子速度时程，并利用曲线拟合方法得到了正相超压峰值等22个冲击波参数与比例距离关系的经验公式，采用改进修正Friedlander方程建立了冲击波压力、密度、粒子速度随时间变化的关系式；利用爆炸冲击波地面反射和建筑后绕射两个典型工况，阐释了提出模型的应用场景，并与试验、数值模拟结果对比。结果表明：压力、密度、粒子速度随比例距离、时间变化的经验关系与数值模拟结果基本吻合；爆炸冲击波地面反射和建筑后绕射两个典型工况下，理论计算与数值模拟的压力云图基本吻合，在相同硬件条件下，理论计算耗时仅为千万级网格数值模拟的5%左右，在计算速度上有明显的优越性。
2023, 43(11): 114203.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0086
摘要:
为了深入探讨双钢板混凝土结构抗强冲击时后附钢板的耗能方式变化，基于最小耗能原理和无量纲化分析，反推得到了不同材料和结构尺寸下后附钢板耗能状态。结合混凝土强度极限条件，建立了兼顾塑性变形和侵彻贯穿破坏形态的后附钢板综合耗能计算公式以及后附钢板最小临界厚度解析表达式。计算结果表明，薄钢板综合耗能可达仅考虑贯穿效应耗能的4~5倍。基于能量守恒原理，提出了双钢板混凝土遮弹层防贯穿设计六步法，给出了弹体临界贯穿速度和弹体余速计算公式。该计算公式与已有钢板混凝土结构侵彻试验结果吻合较好。
为了深入探讨双钢板混凝土结构抗强冲击时后附钢板的耗能方式变化，基于最小耗能原理和无量纲化分析，反推得到了不同材料和结构尺寸下后附钢板耗能状态。结合混凝土强度极限条件，建立了兼顾塑性变形和侵彻贯穿破坏形态的后附钢板综合耗能计算公式以及后附钢板最小临界厚度解析表达式。计算结果表明，薄钢板综合耗能可达仅考虑贯穿效应耗能的4~5倍。基于能量守恒原理，提出了双钢板混凝土遮弹层防贯穿设计六步法，给出了弹体临界贯穿速度和弹体余速计算公式。该计算公式与已有钢板混凝土结构侵彻试验结果吻合较好。
2023, 43(11): 115401.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0084
摘要:
为进一步探究气体爆炸荷载下异构迎爆面泡沫金属的吸能特性，在前期开展锯齿结构迎爆面材料吸能特性实验的基础上，以3种波纹结构迎爆面（凸面型、凹面型和凹凸连续型）泡沫金属材料为研究对象，利用自主搭建的气体爆炸管网实验平台，开展了该泡沫金属材料在甲烷-空气混合气体爆炸荷载下的吸能特性测定实验。采用不同波纹结构迎爆面阻隔爆材料，测定了管道内爆炸冲击波超压、火焰传播速度和火焰温度等随时间和空间的变化，分析了不同波纹结构迎爆面阻隔爆材料的吸能效果。结果表明：(1)迎爆面为波纹结构的泡沫金属材料对爆炸超压的衰减效果优于迎爆面为锯齿结构的泡沫金属材料和迎爆面为平面结构的泡沫金属材料，且迎爆面为凸面型波纹结构和凹凸连续型波纹结构的泡沫金属材料对超压衰减的速率高于迎爆面为锯齿结构和凹面型波纹结构的泡沫金属材料；迎爆面为锯齿结构的泡沫金属材料对火焰传播速度的衰减略强于迎爆面为波纹结构和平面结构的泡沫金属材料；迎爆面为波纹结构的泡沫金属材料对火焰温度的衰减效果优于迎爆面为锯齿结构及平面结构的泡沫金属材料。(2)在本文实验条件下，3种波纹结构（凸面型、凹面型和凹凸连续型）迎爆面泡沫金属材料的熄爆参数分别为5.338、4.340和6.090 MPa·℃，低于锯齿结构迎爆面材料的熄爆参数17.680 MPa·℃，且远低于熄爆参数安全值390 MPa·℃，波纹结构迎爆面材料具有良好的防护效果。(3)这3种迎爆面为波纹结构的泡沫金属材料均具有良好的吸能特性，均优于迎爆面为锯齿形结构的泡沫金属材料，且明显优于迎爆面为平面结构的泡沫金属材料。
为进一步探究气体爆炸荷载下异构迎爆面泡沫金属的吸能特性，在前期开展锯齿结构迎爆面材料吸能特性实验的基础上，以3种波纹结构迎爆面（凸面型、凹面型和凹凸连续型）泡沫金属材料为研究对象，利用自主搭建的气体爆炸管网实验平台，开展了该泡沫金属材料在甲烷-空气混合气体爆炸荷载下的吸能特性测定实验。采用不同波纹结构迎爆面阻隔爆材料，测定了管道内爆炸冲击波超压、火焰传播速度和火焰温度等随时间和空间的变化，分析了不同波纹结构迎爆面阻隔爆材料的吸能效果。结果表明：(1)迎爆面为波纹结构的泡沫金属材料对爆炸超压的衰减效果优于迎爆面为锯齿结构的泡沫金属材料和迎爆面为平面结构的泡沫金属材料，且迎爆面为凸面型波纹结构和凹凸连续型波纹结构的泡沫金属材料对超压衰减的速率高于迎爆面为锯齿结构和凹面型波纹结构的泡沫金属材料；迎爆面为锯齿结构的泡沫金属材料对火焰传播速度的衰减略强于迎爆面为波纹结构和平面结构的泡沫金属材料；迎爆面为波纹结构的泡沫金属材料对火焰温度的衰减效果优于迎爆面为锯齿结构及平面结构的泡沫金属材料。(2)在本文实验条件下，3种波纹结构（凸面型、凹面型和凹凸连续型）迎爆面泡沫金属材料的熄爆参数分别为5.338、4.340和6.090 MPa·℃，低于锯齿结构迎爆面材料的熄爆参数17.680 MPa·℃，且远低于熄爆参数安全值390 MPa·℃，波纹结构迎爆面材料具有良好的防护效果。(3)这3种迎爆面为波纹结构的泡沫金属材料均具有良好的吸能特性，均优于迎爆面为锯齿形结构的泡沫金属材料，且明显优于迎爆面为平面结构的泡沫金属材料。
2023, 43(11): 115402.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0098
摘要:
为预先评估外加湍流工况下天然气的爆炸超压峰值，通过揭示外加湍流对天然气爆炸火焰形态、火焰前锋速度和爆炸超压的影响规律，建立了耦合外加湍流的天然气爆炸超压峰值预测模型。结果表明：外加湍流可使火焰加速传播，且随着外加湍流强度的增加，火焰前锋速度逐渐增加；随着外加湍流强度的增加，爆炸超压峰值和最大升压速率逐渐增加；随着压力监测点和点火位置间距的增加，爆炸超压峰值和最大升压速率整体呈减小的变化趋势。外加湍流工况下天然气的爆炸超压预测必须考虑火焰的加速特征，实验测得爆炸超压峰值介于层流火焰模型和湍流火焰模型计算的爆炸超压峰值之间。
为预先评估外加湍流工况下天然气的爆炸超压峰值，通过揭示外加湍流对天然气爆炸火焰形态、火焰前锋速度和爆炸超压的影响规律，建立了耦合外加湍流的天然气爆炸超压峰值预测模型。结果表明：外加湍流可使火焰加速传播，且随着外加湍流强度的增加，火焰前锋速度逐渐增加；随着外加湍流强度的增加，爆炸超压峰值和最大升压速率逐渐增加；随着压力监测点和点火位置间距的增加，爆炸超压峰值和最大升压速率整体呈减小的变化趋势。外加湍流工况下天然气的爆炸超压预测必须考虑火焰的加速特征，实验测得爆炸超压峰值介于层流火焰模型和湍流火焰模型计算的爆炸超压峰值之间。
