• ISSN 1001-1455  CN 51-1148/O3
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特别约稿与研究综述
摘要:
多胞材料可通过大变形大量地吸收冲击能量,引入密度梯度可进一步提高其耐撞性。梯度多胞材料的宏观力学响应对材料密度分布极为敏感,不同类型的细观构型的影响也极为不同。已有的研究工作主要局限在对给定的密度梯度分析其动态响应,较少对耐撞性设计方法进行研究。本文针对梯度闭孔泡沫金属材料,基于非线性塑性冲击波模型发展了耐撞性反向设计方法,以维持冲击物受载恒定为目标,运用级数法获得了简化模型和渐近解。利用变胞元尺寸法构建了连续梯度变化的三维Voronoi细观有限元模型,并利用ABAQUS/Explicit有限元软件对理论设计进行数值验证。结果表明,反向设计理论简化模型的渐近解对于梯度闭孔泡沫金属材料的耐撞性设计是有效的,所提出的耐撞性设计方法在控制冲击吸能过程和冲击物受载方面具有指导意义。
科学挑战专题
摘要:
预爆管技术被广泛地应用在爆轰波发动机的起爆过程中,但是在超音速来流中基于预爆管技术起始爆轰波的研究并未被广泛地开展。基于此,本文中数值研究了横向超音速来流对半自由空间内爆轰波的衍射和自发二次起爆、及管道内的衍射和壁面反射二次起爆两种现象的影响。数值模拟的控制方程为二维欧拉方程,空间上使用五阶WENO格式进行数值离散,采用带有诱导步的两步链分支化学反应模型。所模拟的爆轰波具有规则的胞格结构,对应于用惰性气体高度稀释过的可爆混合物中形成的爆轰波。结果表明:在半自由空间内,在本文所模拟的几何尺寸下,爆轰波并未成功发生二次起爆现象,但是爆轰波的自持传播距离随着横向超音速来流强度的增强而增加。在核心的三角形流动区域外,波面诱导产生了更多的横波结构;在管道内,横向的超音速来流在逆流侧对出口气流产生了压缩作用,能有效提高波面压力,因此反射后的激波压力也比较高。在同样的几何尺寸下,爆轰波在静止和超音速(Ma=2.0)气流中分别出现了二次起爆失败和成功两种现象,这是由于在超音速来流中化学反应面的褶皱诱导产生了横波结构,横波与管壁以及其他横波之间的碰撞提高了前导激波的强度,并最终促进了爆轰波在超声速流主管道内的成功起始。
摘要:
为研究不同颗粒度对Al-teflon反应行为的影响,以颗粒度25 μm、1 μm和20~200 nm的Al粉和微米级Teflon粉混合制备的反应材料为研究对象,基于脉冲激光烧蚀实验,结合ICCD相机和光谱仪对反应过程中的自发光成像和发射光谱进行瞬态观测。研究结果表明,Al-teflon反应材料在激光烧蚀下的反应行为体现出典型的二次反应特征,具有持续燃烧特征和明显的后燃效应,也具有较长的能量释放时间;同时,其反应行为与Al粉颗粒度密切相关:初始阶段,反应随Al粉颗粒度的降低加剧,随着反应的进行,纳米级Al粉对应的反应材料后续反应能力逐渐下降,反应强度和反应时间都小于1 μm铝粉对应的反应材料。
摘要:
炸药撞击感度和热安全性是评价炸药安全性能的重要指标。为了对高温下炸药撞击敏感性变化规律进行可靠预测,本文中通过数值模拟,研究不同预加热温度下带壳PBX炸药装药在小弹丸低速撞击下的热力学响应,得到炸药点火前至点火阶段局部高温区的位置、形态、温度和应变随时间在炸药中分布的变化。结果显示,炸药发生点火的撞击阈值速度与烤燃温度的关系并非单一随温度升高而降低,而是在加热至348.15 K时达到最高;根据温度和应力应变云图分析可得,随着烤燃温度的提高,炸药强度下降,PBX炸药装药局部高温区快速升温的主导因素由局部剪切变为压缩。热软化对炸药的撞击敏感性起重要作用。
摘要:
炸药的反应区数据对爆轰过程的精密建模具有重要意义,为了得到JOB-9003炸药的反应区信息,采用光子多普勒测速仪(PDV)对JOB-9003炸药的爆轰反应区进行了实验研究。实验中利用火炮发射高速蓝宝石飞片冲击起爆被测炸药,在炸药后表面安装镀膜氟化锂(LiF)窗口测量炸药一维稳态爆轰时的界面粒子速度,测试过程的时间分辨率小于1 ns,测速相对不确定度小于2%。通过读取界面粒子速度时程曲线的拐点来确定CJ点,根据阻抗匹配公式计算炸药的CJ压力。研究结果表明,JOB-9003炸药界面粒子速度时程曲线上存在较为明显的拐点,JOB-9003炸药的化学反应时间为(11±2)ns,对应的化学反应区宽度为(0.075±0.014)mm,JOB-9003炸药的CJ爆压为(35.6±0.9)GPa,冯诺依曼(Von Neumann)峰处的压力为(47.9±1.2)GPa。
摘要:
采用铝基组合式电磁粒子速度计技术,通过一维平面冲击实验研究了JB-9014炸药的冲击起爆反应增长规律,获得了11.33~14.18 GPa不同初始入射冲击压力下JB-9014炸药撞击界面及其内部不同深度处冲击前沿的波后粒子速度,进而得到粒子速度-时间波剖面图,并拟合得到未反应JB-9014炸药的Hugoniot关系。此外,根据冲击波跟踪器所测波形获得了不同冲击压力下的到爆轰时间及距离。
摘要:
基于变截面杆的波传播特性,设计了一种“针床型”广义波阻抗梯度飞片,即在圆薄片基座上密排叠加许多犹如针尖的小正四棱锥。采用LS-DYNA软件中SPH算法对广义波阻抗梯度飞片高速击靶过程进行了数值计算,结果显示:在飞片击靶过程中,每一个小正四棱锥台可以看作“点”式加载脉冲源,产生一系列具有缓慢上升前沿的近似球面波,球面波相互叠加得到具有缓慢上升前沿的平面加载波形,从而实现对靶板准等熵压缩加载。在数值计算中详细讨论了飞片击靶速度、飞片几何特征参数对准等熵压缩加载特性的影响规律,为广义波阻抗梯度飞片的设计与应用提供指导。基于数值计算结果,采用激光选区烧结金属增材制造技术,制备了一种广义阻抗梯度飞片样品,在一级气炮上进行击靶实验,实测了靶板自由面速度时程曲线,波形呈现了准等熵压缩加载特性,并与计算结果进行了对比,两者基本一致,从而验证了广义波阻抗梯度飞片结构设计的可行性以及数值计算结果的可靠性。
摘要:
基于Navier-Stokes方程组,采用可压缩多介质黏性流动和湍流大涡模拟程序MVFT (multi-viscous-flow and turbulence),模拟了均匀流场与初始密度呈现高斯函数分布的非均匀流场中马赫数为1.25的非平面激波加载初始扰动air/SF6界面的Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性现象。数值模拟结果表明,初始流场非均匀性将会影响非平面激波诱导的RM不稳定性演化过程。反射激波加载前,非平面激波导致的界面扰动振幅随着流场非均匀性增强而增大;反射激波加载后,非均匀流场与均匀流场条件下的界面扰动振幅差异有所减小。进一步,定量分析流场中环量分布及脉动速度统计量揭示了前述规律的原因。此外,还与平面激波诱导的RM不稳定性进行了简单对比,发现由于非平面激波波阵面区域的涡量与激波冲击界面时产生的涡量的共同作用,使得非平面激波与平面激波诱导的界面失稳过程存在差异。
摘要:
由于炸药爆轰现象的复杂性和人们对它的认知缺陷,其表征爆轰流体力学过程的物理数学模型具有较强的不确定性,要降低基于爆轰建模与模拟的数值结果做出决策的风险,量化和评估不确定输入对爆轰系统输出结果的影响尤为重要。本文中针对具有高维随机变量的爆轰问题的不确定度量化,使用自适应基函数的Wiener混沌方法、耦合旋转变换和投影方法,减少截断空间的长度。针对输入变量相关性,使用Rosenblatt变换使其相互独立。针对不符合标准正态分布的变量使用等概率原则,将它化为标准正态分布。最后,使用自主研发的具有完全知识产权的爆轰数值模拟软件LAD2D, 研究了具有高维不确定参数的圆筒实验的不确定度量化,给出期望、标准差、置信区间等统计信息,所得问题与实验数据比对,从而确认了模型的有效性。
摘要:
为了研究水下爆炸近场内的压力状态,使用SPH (smoothed particle hydrodynamics)方法,采用C-J爆轰模型,对水下爆炸过程进行了数值模拟。通过与峰值压力规律和中场内经验公式的比较,验证了程序的可靠性。对水下爆炸过程进行了波系分析,与不同维数水下爆炸的数值模拟结果进行了对比研究。结果表明:比距离R/a=6是波形变化的一个分界点,在R/a<6的近场范围内,峰值压力的拟合分为两段更合适。另外,对数值结果的lnPm-ln(R/a)曲线进行了分段幂次拟合,得到了与数值模拟结果非常吻合的拟合曲线。
爆炸物理
摘要:
对爆轰加载下低熔点金属锡的层裂破碎问题开展了数值模拟。在利用实验数据对所采用数值方法和材料模型开展对比验证的基础上,通过对样品内部物理量时间及空间分布演化对比分析,剖析了冲击加-卸载中样品内部应力波与材料相互作用过程。此外,通过对比分析不同厚度锡样品在爆轰加载下的动态行为特征,进一步认识了自由面反射稀疏波、边侧稀疏波和入射稀疏波共同作用下层裂破碎演化机制。结果表明,当样品较薄时,层裂破碎行为由反射稀疏波主导;随着样品厚度的增大,反射稀疏波主导区缩小,入射稀疏波和边侧稀疏波主导区逐渐增大。
摘要:
针对第三代大输量天然气管道爆炸振动危害效应展开研究,组织实施了全尺寸天然气管道爆炸试验。经数据分析发现,天然气管道爆炸地振动的衰减更加符合指数分布而非传统幂率分布,且其振动强度在空间内分布不均匀,存在特定方向振动加强的现象。采用改进型的MP-WVD算法分析得到天然气管道爆炸地振动的时频特性,其振动的主要频率范围为10~20 Hz,持续时间为0.1~0.2 s。存在多次加载特性,瑞利波成分强于勒夫波成分。研究成果可为后续管道施工安全设计以及事故现场勘测提供参考。
冲击动力学
摘要:
岩石细观破裂形貌是岩石破坏机制的重要反映,为研究不同加载速率对砂岩弯曲破坏的影响,通过三点弯曲实验和扫描电镜方法,对某煤矿关键层砂岩弯曲破断裂纹细观形态以及裂纹的自相似性进行了研究。选取6个不同加载速率对岩样进行三点弯曲实验,观察其宏观断裂情况,并利用扫描电镜对弯曲断裂面表面裂纹细观结构进行观察,并拍摄不同倍数下的扫描电镜图片。对图片进行图像处理后得到砂岩弯曲断裂破坏细观裂纹信息,并计算得到微裂纹的分形盒维数值。结果显示:随着加载速率的提高,砂岩穿晶断裂的比例也随之升高,裂纹分形维数亦随着加载速率的增大而增加,同时,分形维数还与弯曲断裂破坏荷载和抗弯强度成正比。可见,加载速率对断裂方式有一定的影响,且加载速率越大断裂所需的破坏能越大,裂纹分布越广,表明开采速度与岩爆等岩体动力灾变有密切关系。
摘要:
采用线阵多普勒光纤探针测速技术(Doppler pins system,DPS)和高速光电分幅相机照相两种精密诊断技术,对铅飞层中斜冲击波对碰后的反射行为进行了观测。获得了飞层对碰部位速度-时间历史曲线和凸起形貌演化图像,给出了凸起轮廓发展演化过程、压力分布等实验数据和信息。结合冲击波反射理论,对铅飞层对碰区动力学现象进行了分析和解释,证实铅飞层中斜冲击波对碰后发生了马赫反射。
摘要:
为探究回转体在高速入水过程中的结构强度,基于非线性有限元LS-DYNA软件中流固耦合任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)方法,分析了不同壁厚的回转体以100 m/s的初速度入水过程中的冲击力特性和结构强度。结果表明:数值计算得到的入水冲击压强峰值和速度衰减曲线与相应的理论值吻合较好,从而验证了数值方法的有效性;入水冲击载荷峰值出现在结构入水瞬间,结构入水后冲击载荷急剧变小且微小震荡;回转体的结构形式对其在高速入水过程中的结构强度有重要影响,尤其回转体头部厚度影响回转体结构强度,当回转体头部厚度为8 mm、后体壁厚大于2.5 mm时,可以保证回转体强度要求。
摘要:
纤维增强树脂基复合材料层合板(fibre reinforced plastic composites,FRP)在航空、航天、交通、造船等诸多工程中得到了日益广泛的应用,而其在冲击载荷下的响应和破坏特别是分层一直为学术界所关注。本文中对FRP层合板在冲击载荷下的响应和破坏进行数值模拟,并通过引入粘结层重点研究其分层破坏。首先,介绍一种基于改进的粘结区域方法的粘结层损伤模型;其次,详细介绍了有限元模型建模过程和建模细节;最后,对有限元模型进行验证,并分析分层损伤发生的原因。模拟结果表明,该模型不仅能准确预测FRP层合板在低速冲击载荷下的载荷-时间曲线和载荷-位移曲线,还能成功地预测其分层破坏。
摘要:
破片威力场的快速计算是实现战斗部对目标快速评估的关键之一,本文中分别对型面宽度为 90°、120° 和 150° 三种 D 型战斗部的破片飞散规律进行实验和数值模拟研究,考察型面宽度和起爆模式对破片威力场的影响规律。结果表明:三种结构中包含 90% 破片的方位角分别为 21.16°、23.88° 和 30.08°;偏心线起爆和双端面偏心起爆,在 20° 方位角内破片总能量分别是周向均匀战斗部中心起爆能量的 3.4 倍和 3.3 倍;基于三种典型型面的破片威力场公式,通过构建二次插值函数获得其他型面战斗部的破片分布,为D型战斗部破片威力场的快速计算提供了一种有效方法。
实验技术与数值方法 
摘要:
斜波压缩台阶靶实验中,不同厚度界面粒子速度历史与材料压缩特性参数存在联系。然而利用普遍采用的数据处理方法无法直接获得该联系。本文中借助特征线理论在建立上述关联的基础上,实现未知EOS下斜波压缩流场的直接计算过程。经数值计算表明,该方法不仅在无强度效应数据处理中能够准确计算理论值,而且在含有强度效应数据处理中也能够较好地逼近理论值,并可在真实实验数据处理中获得与文献符合较好的结果。该研究可为探索具有较完整理论的强度效应数据处理方法提供新途径。
应用爆炸力学 
摘要:
针对爆破施工产生的振动问题,结合现有信号分析方法优缺点,引入MP-WVD组合算法解决信号分析过程中交叉项干扰问题,可提高时频分辨率,满足精确提取核电爆破振动响应信号时频分布特征的需求;将HHT算法引入MP算法数据的预处理,成功降低了MP算法运算复杂度,可为大数据量分析奠定基础。运用该算法对漳州核电一期工程场地平整土石方爆破工程振动监测信号进行分析,精确提取了爆破振动信号的时频特征。
高g值加速度计的设计与冲击特性分析
石云波, 朱政强, 刘晓鹏, 杜康, 刘俊
[摘要](4295) PDF(3603)
摘要:
针对特殊场合的测试需求,设计了四端全固支的高过载梁岛结构加速度计;利用Hopkinson杆冲击校准装置对该加速度计的动态特性进行了测试。测试结果表明,传感器的灵敏度为1.2V/g,线性度5%左右;结构受到2105g冲击后完好且输出信号正常,能有效满足高冲击、强烈振动场合的特殊测试要求,可以应用于侵彻系统。 更多还原
水下爆炸载荷作用下加筋板的毁伤模式
朱锡, 牟金磊, 王恒, 张振华
[摘要](3887) PDF(3508)
摘要:
利用有限元软件MSC.Dytran研究了不同药量和爆距水下爆炸载荷作用下加筋板结构的毁伤模式,并进行了实验验证。研究了不同参数对毁伤模式的影响,并分析了不同毁伤模式之间的临界载荷值及判别条件。从毁伤模式的角度提出了接触爆炸与非接触爆炸的判别条件。
可压缩多介质粘性流体和湍流的大涡模拟
柏劲松, 王涛, 邹立勇, 李平
[摘要](3248) PDF(3119)
摘要:
在可压缩多介质粘性流体动力学高精度计算方法MVPPM(multi-viscous-fluid piecewise parabolicmethod)基础上,引入Smagorinsky和Vreman亚格子湍流模型,采用大涡数值模拟方法求解可压缩粘性流体NS(Navier-Stokes)方程,给出适用于可压缩多介质流体界面不稳定性发展演化至湍流阶段的计算方法和二维计算程序MVFT(multi-viscosity-fluid and turbulence)。在2种亚格子湍流模型下计算了LANL(Los Ala-mos National Laboratory)激波管单气柱RM不稳定性实验,分析了气柱的形状、流场速度以及涡的特征,通过与LANL实验和计算结果的比较可知,Vreman模型略优于Smagorinsky模型,MVFT方法和计算程序可用于对界面不稳定性发展演化至湍流阶段的数值模拟。
撞击载荷下泡沫铝夹层板的动力响应
宋延泽, 王志华, 赵隆茂, 赵勇刚
[摘要](3292) PDF(3067)
摘要:
应用泡沫金属子弹撞击加载的方式研究了固支方形夹层板和等质量实体板的动力响应,分别应用激光测速装置和位移传感器测量了泡沫子弹的撞击速度和后面板中心点的位移历史,给出了夹层板的变形与失效模式,研究了子弹冲量、面板厚度、泡沫芯层厚度及芯层密度对夹层板抗撞击性能的影响。结果表明,后面板中心点挠度最大,周边最小,整体变形为穹形,且伴有花瓣形的变形。参数研究表明,通过增加面板厚度或芯层厚度均能有效控制后面板的挠度,改善夹层板的能量吸收能力,结构响应对子弹冲量和芯层密度比较敏感。实验结果对多孔金属夹层结构的优化设计具有一定的参考价值。 更多还原
基于ALE方法的飞机水面降落过程
贺谦, 李元生, 李磊, 岳珠峰
[摘要](2305) PDF(2500)
摘要:
为了研究飞机水面降落过程中的动态响应规律,采用arbitrary Lagrangian-Eulerian(ALE)方法开展了飞机水面降落的动力学分析。研究了飞机水面降落过程的速度变化规律,结果表明,降落速度和飞行速度在飞机入水的初始阶段变化较快,随后变化幅度趋于平缓。分析了不同降落速度、飞行速度和降落仰角下的机身结构响应,得到了飞机水面降落时结构响应随时间的变化规律。机身结构应力在入水的初始阶段达到最大值,随后迅速下降,最后保持稳定。飞机结构的最大变形也出现在入水的初始阶段,随后迅速回复到初始状态。对比了降落速度、飞行速度和降落仰角对飞机结构响应的影响程度,结果表明降落速度对结构响应的影响程度最大,降落仰角次之,飞行速度的影响最小。 更多还原
超高性能水泥基复合材料的抗爆炸性能
戎志丹孙伟张云升张文华
[摘要](3484) PDF(2370)
摘要:
用大掺量超细工业废渣取代水泥,最大粒径为2.5 mm的天然砂取代粒径为600 m的磨细石英砂,并掺加高弹高强粗集料(最大粒径分别为15、10 mm的玄武岩石子),制备出不同强度等级的超高性能水泥基复合材料(UHPCC).对9块靶体进行了接触爆炸实验,对比分析了靶体材料的爆炸破坏现象,结果表明,制备的超高性能水泥基复合材料具有优异的抗爆炸、抗震塌性能.由爆炸漏斗坑尺寸计算分析得到3种材料的抗爆炸系数,分析表明其抗爆炸系数与材料本身的抗拉强度的平方根成反比,提出了超高性能水泥基复合材料爆炸漏斗坑深度计算公式,以期为防护工程材料的设计提供参考.
基于Model 1221的小型加速度测量系统
朱翼超, 高成, 李炎新, 陈永广
[摘要](2973) PDF(2334)
摘要:
采用微机械传感器Model1221,通过扩展外部储存器SD卡,设计并制作了由2块直径2.3cm的电路板构成、基于LPC2132微处理器的小型加速度测量系统,并结合该系统的RS232在PC机上设计了对测量数据读取、存储和去噪的分析处理软件。为了准确掌握系统静态和动态性能,分别开展了向心加速度静态标定和冲击加速度动态对比测试,结果表明该系统在测量范围((-50~50)g)和频响范围(0~2kHz)内性能较好,同时可进行长时间存储,具有一定的应用前景。
密闭空间煤粉的爆炸特性
高聪, 李化, 苏丹, 黄卫星
[摘要](2617) PDF(2324)
摘要:
利用ISO6184/1和IEC推荐的20L球型爆炸测试装置,对4种规格的煤粉进行了系统的粉尘爆炸实验,探讨了煤粉的爆炸规律。得到了样品的爆炸下限浓度、最大爆炸压力,最大爆炸压力上升速率变化规律;分析了浓度、粒径、点火能量对煤粉爆炸猛烈度的影响。结果表明,粒径越小的煤粉,爆炸下限越小,而且在指定浓度下爆炸越猛烈。随着浓度的增大,最大爆炸压力和上升速率先增后减。样品3,峰值爆炸压力对应的浓度为400~1000g/m3,爆炸压力最大值为0.54MPa;点火头能量的增大在一定程度上促使反应更充分,从而爆炸强度更强。由于煤粉组成的特点,实验数据一定程度上说明了爆炸过程中气相燃烧的重要作用。 更多还原
动静组合加载下岩石破坏的声发射实验
王其胜, 万国香, 李夕兵
[摘要](3159) PDF(2279)
摘要:
在霍普金森(SHPB)实验系统上进行了动静组合加载下岩石破坏的声发射实验,获得了动静组合加载下花岗岩声发射能量的变化规律。结果表明,动静组合加载下声发射能量规律呈现出2种明显不同的特征:I型,声发射峰值能量之后,能量迅速衰减,到加载末期,能量出现一定的回升,产生了拐点;II型,声发射峰值能量之后,能量衰减相对I型较慢,且不出现拐点。分别讨论了轴向静载和动载应变率对声发射能量的影响:声发射峰值能量随轴向静载增大而减小;当轴向静载位于岩石弹性段时,峰前声发射能量随静载缓慢增大,当轴向静载超过弹性段时,峰前声发射能量随轴向静载增大而急剧增大;声发射峰值能量和峰前能量均随动载应变率增大而减小。本研究对于重新寻求动静组合加载下岩石破坏的声发射前兆规律具有理论和实践意义。 更多还原
水下亚声速细长锥型射弹超空泡形态的计算方法
张志宏, 孟庆昌, 顾建农, 王冲
[摘要](3114) PDF(2209)
摘要:
采用理想可压缩流体无旋定常流动以及超空泡尾部Riabushinsky闭合方式假定,基于细长体理论和匹配渐近展开法,建立了描述水下亚声速条件下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程。求解得到了考虑压缩性影响的超空泡形态1阶和2阶近似解,改进了超空泡形态的计算精度。分析了射弹高速冲击条件下流体压缩性对超空泡形态的影响,随着马赫数的增加,超空泡形态将发生更加显著的膨胀变化。计算得到的超空泡特征参数与相关文献的理论和实验结果吻合良好。
煤粉末的爆炸机理
来诚锋, 段滋华, 张永发, 张牢牢
[摘要](3087) PDF(2103)
摘要:
针对流态化炭催化CH4/CO2重整制合成气中可能存在的爆炸问题,对煤粉末爆炸特性进行了研究,研究表明煤粉末的挥发分含量越高,爆炸强度越大。对煤粉末试样及爆炸产物进行的工业分析和SEM分析显示,爆炸后煤粉末的挥发分降低了5%~10%,灰分有所增加,而水分变化不大;爆炸前煤粉末试样的外表形状棱角分明,而爆炸后残余物的外表形状比较光滑,近似球形,且燃烧不充分。研究认为,煤粉末爆炸的机理是煤粉末受热后,挥发分首先被释放,参与反应,从而引发爆炸,煤粉末爆炸实质上是气体爆炸。 更多还原
钻地弹侵彻混凝土靶过程中弹体温度的变化
张丁山, 王浩, 冯国增, 刘赟, 郭锦炎
[摘要](2909) PDF(2001)
摘要:
建立了弹丸侵彻混凝土目标靶时弹体温度变化计算模型,并结合某实验弹体结构,对钻地弹侵彻过程弹体温度的变化进行了计算,分析了弹丸头部形状及着靶速度对弹内装药安全性的影响,研究结果可为钻地弹弹体设计及装药安全性的研究提供参考。 更多还原
新型头形弹体对混凝土的侵彻
孙传杰, 卢永刚, 张方举, 李会敏
[摘要](3307) PDF(1937)
摘要:
针对几种典型的新型头形弹体开展了对抗压强度为9.0、28.4MPa的混凝土靶的侵彻实验,通过观测回收弹体和解剖靶体,初步认识了新型头形弹体侵彻混凝土介质的侵彻机理。在此基础上,提出了混凝土强度弱化量纲一因子S2和头部小圆柱侵彻开孔半径bt,并基于空腔膨胀理论初步建立了新型头形弹体侵彻混凝土介质的理论分析模型。结果表明,对28.4MPa混凝土,理论预测结果与实验数据具有较好的一致性;对9.0MPa混凝土,理论预测结果与实验数据具有一定偏差,但仍可基本反映新型头形弹体的侵彻规律。最后分析了提高新型头形弹体侵彻性能的2个途径:减小S2和增大bt。
冲击作用下炸药热点形成的3维离散元模拟
尚海林, 赵锋, 王文强, 傅华
[摘要](2383) PDF(1889)
摘要:
为了探讨非均质炸药在冲击作用下的细观响应特性,分别对以HMX为基的PBX塑料粘接炸药和含孔洞的HMX炸药在活塞推动下热点的形成过程进行了3维离散元模拟(未考虑化学反应)。结果表明,塑料粘接炸药中的热点集中在炸药晶体与粘结剂的结合部,晶体温升低于粘结剂,且晶体边界温升高于内部。对于含孔洞炸药,热点温度与孔洞的尺寸和形状有关,大孔洞塌缩形成的热点温度高于小孔洞塌缩形成的热点温度,球形孔洞塌缩形成的热点温度高于立方体孔洞塌缩得到的热点温度。
60kJ高速电炮的装置性能
陈林, 戴英敏, 苏建军, 丰树平, 谢卫平, 王辉, 任靖, 吴守东, 李晔
[摘要](4626) PDF(1855)
摘要:
研制了具有较高驱动能力的100kV/60kJ高速电炮装置。性能实验结果表明,飞片的完整性和飞行平面度均较好,其中平面度优于42ns。该装置可将直径18mm、厚0.15mm的Mylar膜飞片(约53mg)加速到8.1km/s,将直径12mm、厚0.2mm的Mylar膜飞片(约32mg)加速到9.6km/s,表明该装置具有较高的加载能力。本项工作可为开展高应变率加载下的材料动力学响应及其他相关研究提供有效的加载手段。
基于定量结构-性质相关性的烃类物质爆炸下限预测
潘勇, 蒋军成, 王睿
[摘要](2994) PDF(1835)
摘要:
基于定量结构-性质相关性(quantitative structure-property relationship,QSPR)原理,研究了烃类物质爆炸下限与其分子结构间的内在定量关系。根据分子结构计算用于反映分子各种结构信息的结构参数,应用遗传算法从大量结构参数中优化筛选出与爆炸下限最密切相关的一组结构参数作为分子描述符,分别采用支持向量机方法和多元线性回归方法对分子描述符数据与爆炸下限数据之间的内在定量关系进行模拟,建立了根据分子结构预测烃类物质爆炸下限的数学模型。对模型性能进行内部及外部验证,结果表明,2种模型爆炸下限的预测值与实验值均符合良好,在实验误差允许范围之内。支持向量机模型预测体积分数平均绝对误差为0.036%,均方根误差为0.046%,优于多元线性回归和已有方法所得结果。该方法的提出为工程上提供了一种预测烃类物质爆炸下限的新方法。 更多还原
921A钢纯剪切帽状试件在SHPB实验中的动态变形
李继承, 陈小伟, 陈刚
[摘要](3339) PDF(1833)
摘要:
应用ANSYS/LS-DYNA软件,开展了一系列基于921A钢纯剪切帽状试件的SHPB数值模拟.结合SHPB系统应力波理论,研究不同加载速率v0(或应力脉冲I(t))下,特别是高应变率(约106 s-1)下的压杆轴向应变波形以及相应的试件动态变形特性,并对高速撞击下压杆中应变波形的适用性作了相关讨论.
DCD格式在破碎发射药床两相流内弹道计算中的应用
贠来峰, 芮筱亭, 王国平, 陈涛
[摘要](2811) PDF(1812)
摘要:
利用DCD(dispersion controlled dissipative scheme)格式,提出了一种研究发射装药发射安全性问题的两相流内弹道计算方法。将内弹道气固两相流动力学方程组中与压力有关的项进行变形,实现了用同一种格式对气相和固相统一处理,而无须分别对待,采用DCD格式无须数值粘性和人工滤波,提高了计算精度。实例计算了某榴弹内弹道两相流动力学,计算结果与实验结果吻合较好。把破碎发射药床视为混合装药结构,用DCD格式计算了发射药床不同破碎程度对发射安全性的影响。计算结果表现出了通常计算方法难以反映的破碎发射药床内弹道压力极为剧烈的变化过程和极高的危险膛压。 更多还原
含筋率和弹着点对钢筋混凝土抗侵彻性能的影响
楼建锋, 王政, 朱建士, 张凤国, 洪滔
[摘要](2196) PDF(1807)
摘要:
阐述了侵彻钢筋混凝土几种常用的建模方法,选用AUTODYN中的Lagrange算法,对已有的动能弹侵彻钢筋混凝土问题进行了计算,计算结果与试验数据符合较好。使用此方法,分析了含筋率和配筋方式对钢筋混凝土靶抗侵彻性能的影响,以及弹着点对动能弹侵彻性能的影响。研究表明,钢筋越粗或者钢筋编织越密,即含筋率越高,钢筋混凝土靶板的抗侵彻能力越强,尤其对于动能弹直径大于靶板中钢筋间距的情况,效果明显;另外,弹着点对动能弹侵彻能力有较大影响。 更多还原
不同爆炸冲击震动输入对整体隔震系统隔震效果的影响
杜建国, 谢清粮, 冯进技, 李利莎
[摘要](3015) PDF(1800)
摘要:
采用已获得国家实用新型专利技术的鼓形钢丝绳隔震器对2层钢框架结构进行整体隔震,在隔震系统一定的情况下,对其输入形式统一的爆炸冲击信号,利用有限元数值模拟其隔震效果。通过改变输入加速度信号的主脉宽和幅值,研究了爆炸冲击信号的主脉宽和幅值对整体隔震结构的隔震率的影响,从而加深对整体隔震系统的认识,有利于促进整体隔震技术的研究,对工程实践具有指导意义。 更多还原
反应金属冲击反应过程的理论分析
张先锋, 赵晓宁, 乔良
[摘要](2479) PDF(1795)
摘要:
基于1维冲击波理论和粉末材料的冲击温度计算模型对反应金属的冲击响应行为、冲击温度及冲击反应过程进行了理论分析,分别考虑了材料密实度、冲击速度对冲击压力、冲击温度的影响;结合粉末材料冲击温度计算结果及冲击反应的化学动力学方法,提出了考虑反应效率的反应金属冲击反应理论模型。利用新模型得到的计算结果与已有实验结果吻合较好。反应金属的冲击反应行为受密实度、冲击速度及材料种类影响明显。 更多还原
平板撞击下C30混凝土中冲击波的传播特性
王永刚, 王礼立
[摘要](2686) PDF(1701)
摘要:
采用1级气炮加载技术和锰铜应力计多点测试技术,开展了C30混凝土在平板撞击条件下的冲击压缩实验研究。基于锰铜应力计实测的应力波形,研究了混凝土中冲击波的传播特性,结果显示冲击波的应力峰值随传播距离呈现明显的衰减特性,衰减过程可分为2个阶段。在早期阶段,卸载波没有赶上前面传播的冲击波,冲击波应力峰值衰减较慢,主要是混凝土材料的本构粘性效应所引起的;而后期阶段应力峰值的快速衰减则归因于混凝土材料的本构粘性效应、后续的来自飞片自由面的反射波追赶卸载、边侧稀疏波卸载及波传播的几何弥散效应的共同作用;另外,冲击波在混凝土中传播的升时也随着传播距离逐渐增大,即由强间断波逐渐转化为弱间断波。
入水冲击问题研究的现状与进展
王永虎, 石秀华
[摘要](494) PDF(1698)
摘要:
无论在理论分析还是数值模拟方面,入水冲击和砰击都是比较复杂的瞬态物理问题。按照时间历程分三个阶段综述了入水冲击理论、试验和数值仿真的发展概况,阐述了入水冲击和砰击现象现阶段研究的内容和热点,特别针对数值建模技术发展的研究状况进行重点叙述。为航天和航海领域进一步开展入水研究提供参考。
复合敏化乳化炸药的压力减敏
王尹军, 李玉景, 甘德淮
[摘要](3890) PDF(1581)
摘要:
为了解敏化剂对乳化炸药压力减敏的影响,研究了化学发泡+空心玻璃微球和空心玻璃微球+膨胀珍珠岩2种复合方式分别敏化的乳化炸药压力减敏。依据乳化炸药爆炸冲击波的波峰值,计算了它在水下受到冲击波作用之后的压力减敏度,将复合敏化的乳化炸药与分别用单一敏化剂的乳化炸药压力减敏度作了比较和分析。结果表明,第1种复合方式敏化的乳化炸药压力减敏度介于单一敏化的乳化炸药之间,以10cm受压距离为例,压力减敏度分别为1.000、0.983、0.210;第2种复合敏化的乳化炸药压力减敏度小于单一敏化的乳化炸药,10cm受压距离的压力减敏度分别为0、0.274、0.618。分析认为,敏化剂颗粒或气泡的破损与其微界面周围局部破乳的综合作用是造成乳化炸药压力减敏的主要原因。
平面撞击对Ti6Al4V合金结构的影响
温霞, 杨世源, 王军霞, 张林, 刘小楠
[摘要](2906) PDF(1571)
摘要:
采用一级轻气炮对Ti6Al4V合金进行对称与非对称正碰撞冲击,回收冲击样品,并进行电镜扫描和X射线衍射分析。结果表明:随着冲击速度的增加,样品发生不同程度的变形,材料内部产生微裂纹并导致材料发生损伤,而损伤进一步促进了微裂纹的产生、扩展;由X射线分析结果可知,冲击使材料的晶面发育更加完整,并在材料冷却过程中出现一种亚稳态结构,在一定程度上可提高冲击韧性。 更多还原
水电站地下厂房大型岩体洞室的抗爆性能
赵宝友, 马震岳, 梁冰, 徐伟, 许新勇
[摘要](2112) PDF(1369)
摘要:
通过大量的数值模拟试验,以洞室岩体和混凝土衬砌结构的损伤为指标,研究了水电站地下厂房这类大型岩体洞室在强地表爆破荷载作用下,洞室埋深、围岩岩体强度和地应力对洞室抗爆性能的影响。数值计算中,洞室岩体和混凝土衬砌均采用弹塑性损伤本构模型,同时考虑了几何非线性效应。研究结果表明:对于水电站地下厂房这类高边墙洞室,浅埋深洞室的抗爆性能较差,深埋深洞室的抗爆性能较强;岩体强度越高,洞室的抗爆性能越强;当地应力侧压因数λ1时,随地应力侧压因数的增大,洞室的抗爆性能显著下降。 更多还原
基于Rietveld无标样定量研究HMX的等温相变动力学
薛超, 孙杰, 宋功保, 康彬, 夏云霞
[摘要](2385) PDF(1296)
摘要:
以Rietveld无标样定量方法为基础,利用原位X射线粉末衍射技术(XRD)研究了奥克托今(HMX)的等温相变动力学。描述了不同温度下HMX的转变进度-时间曲线,求得Avrami指数n约为0.6,建立了相关的等温相变动力学方程。采用Arrhenius方程定量表示了速率常数k与温度T的关系,计算的活化能Ea约为151kJ/mol,指前因子lnA为36.2。结果表明:实验温度是影响相变的主导因素,HMX发生相变时,相近似于1维随机成核长大。 更多还原
Hopkinson压杆技术在中国的发展回顾
胡时胜, 王礼立, 宋力, 张磊
[摘要](1009) PDF(1271)
摘要:
简要回顾了Hopkinson 压杆实验技术在中国的发展历程及推广应用。系统介绍了关于金属、高聚物、复合材料、脆性材料、混凝土及软材料、泡沫材料等材料的SHPB实验技术研究,并对相关材料的实验结果进行简要讨论。
管道内一氧化碳和空气预热混合物的爆燃特性
张良, 魏小林, 余立新, 张宇, 李腾, 李博
[摘要](2273) PDF(1244)
摘要:
为了安全回收煤气余热,实验研究了不同初始温度下的一氧化碳和空气混合气体在设置障碍物的管道中的爆燃特性。测量了爆燃压力和火焰速度,分析了化学当量比和温度对爆燃的影响。结果表明:爆燃压力和火焰速度在障碍物段快速提高;一氧化碳当量比为1.1时爆燃的强度最大;初始温度升高后,压力提高逐渐减缓,最大火焰速度下降,但仍大于550m/s,传播时间先快速增加后平稳。 更多还原
RDX基PBX的做功能力及JWL状态方程参数确定
王新颖, 王树山, 徐豫新, 胡赛
[摘要](657) PDF(1184)
摘要:
为研究RDX基PBX炸药的做功能力并确定其爆轰产物的JWL状态方程参数,对RDX基PBX炸药和TNT炸药进行50 mm标准圆筒实验,获得了圆筒膨胀位移和速度的时程曲线,对比得出RDX基PBX炸药的做功能力明显高于TNT炸药;基于能量守恒对实验数据进行非线性拟合,得到2种炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。TNT炸药的拟合参数和通过AUTODYN软件计算得到的结果符合较好;将采用上述方法得到的RDX基PBX炸药爆轰产物JWL状态方程参数用于数值模拟,计算结果与实验值吻合较好,符合数值模拟标定JWL状态方程参数的要求。
冲击荷载下单层球面网壳的失效机理
王多智, 范峰, 支旭东, 沈世钊
[摘要](2297) PDF(1176)
摘要:
为研究单层球面网壳在冲击荷载下的失效机理,在ANSYS/LS-DYNA中建立60m跨度K8型单层球面网壳与圆柱形冲击物的数值模型并进行数值分析,总结了网壳结构的4种失效模式。通过对失效全过程的分析,从能量的角度将失效过程分为能量施加、能量传递与损失、能量消耗3个阶段。之后分别从能量传递与杆件破坏形式2方面揭示了网壳的失效机理。能量分析表明:剩余能量(Elf)对结构最终动力响应及失效模式起决定作用,而Elf只是初始冲击能量中除去冲击物穿透损失与网壳局部破坏损失后的剩余部分。通过对杆件破坏形式的分析发现:杆件的破坏可能滞后于冲击荷载的作用,且杆件的破坏形式决定其传递能量的能力,当杆件发生拉伸破坏时,其强度被充分利用,传递的能量最多,Elf值较大,网壳整体破坏严重。杆件的破坏形式与Elf及网壳整体的失效模式间有很好的对应关系。
壳装炸药殉爆实验和数值模拟
王晨, 伍俊英, 陈朗, 鲁建英, 郭昕, 王晓峰
[摘要](2830) PDF(1135)
摘要:
进行了壳装固黑铝炸药殉爆实验,通过观察残留炸药、壳体和见证板变形,判断被发炸药的爆炸情况,得到了炸药临界殉爆距离。建立了壳装炸药殉爆实验计算模型,采用非线性有限元计算方法,对壳装固黑铝炸药殉爆实验进行了数值模拟。计算中采用预设壳体单元破片方法描述主发炸药壳体破片的形成和破片对被发炸药的撞击起爆,炸药临界殉爆距离的计算结果与实验结果基本一致。主要是主发炸药中部的壳体破片撞击到被发炸药,被发炸药起爆位置也在装药中部。炸药壳体厚度主要影响破片速度和质量、被发炸药的防护性能,从而影响炸药临界殉爆距离。 更多还原
编织Kevlar/Epoxy复合材料层合板在冲击荷载下的动态响应
马小敏, 李世强, 李鑫, 王志华, 吴桂英
[摘要](552) PDF(1071)
摘要:
通过编织Kevlar/Epoxy复合材料层合板的平头弹冲击实验,分析了结构在不同冲量下的变形失效模式以及结构的抗冲击性能。实验表明复合板的变形失效模式主要表现为:(1)弹性变形;(2)复合板表面嵌入失效及整体塑性大变形;(3)背面纤维拉伸断裂及分层失效。基于实验研究,运用LS-DYNA 971有限元程序对铺层数不同的复合板在冲击载荷作用下的动态响应过程进行了数值模拟,模拟结果与实验吻合较好,子弹作用区域边缘处首先发生近似圆形的嵌入失效,而在板背面发生近似正方形的破坏区域;计算中重点分析了铺层数对结构动力响应的影响,在一定冲量范围内,通过对铺层数的优化,能够有效地减小后面板挠度,提高结构的能量吸收效率,增强结构的抗冲击性能。
钝圆头质量块对简支梁的多次弹塑性撞击
刘中华, 尹晓春
[摘要](2076) PDF(1042)
摘要:
考虑多次局部弹塑性接触变形行为、多次撞击和多次分离过程,提出了1种采用有限差分方法研究柔性结构多次弹塑性撞击问题的MCIS方法,研究了钝圆柱头刚性质量块水平撞击简支梁的过程。研究结果表明,该撞击过程实际上是1个复杂的多次弹塑性撞击过程,一般存在2个以上的明显撞击区,每个撞击区包含了形式多样的复杂的次生撞击过程。其他撞击区的冲量值与第1个撞击区的冲量值相当,其他撞击过程中损失的撞击动能的总和与首次撞击过程中损失的撞击动能相当,因此,多个撞击区和多次撞击过程将对梁的撞击物理行为产生重要影响。研究还发现,小质量块刚性体撞击时,首次撞击过程的撞击动能损失明显。在大质量刚性体撞击时,后续的多次撞击过程的撞击动能损失明显。 更多还原
基于ANSYS/LS-DYNA的钢板混凝土墙冲击实验的有限元分析
朱秀云, 潘蓉, 林皋, 李亮
[摘要](1408) PDF(1040)
摘要:
运用经典的显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,分析了1/7.5缩尺飞机模型撞击钢板混凝土墙的冲击实验。选用两种不同的混凝土材料本构模型(Winfrith模型、CSCM模型)模拟混凝土的非线性破坏过程,将钢板混凝土墙的破坏模式以及飞机模型的残余速度等与实验结果进行了对比。结果表明,有限元分析结果与实验吻合较好,且Winfrith材料模型能够更好地模拟混凝土的大应变、高应变率的非线性性能,验证了钢板混凝土墙和飞机材料本构模型的选取以及整个分析方法的适用性和有效性。
含能材料药型罩的爆炸成型及毁伤作用
万文乾, 余道强, 彭飞, 王维明, 阳天海
[摘要](795) PDF(970)
摘要:
为了研究由含能材料制备的药型罩爆炸成型过程及其对目标靶的终点效应,设计了球缺形药型罩 的装药结构,放置与药型罩曲率相同的缓冲垫在药型罩和主装药之间,运用高速摄影系统拍摄含能材料药型 罩的成型过程。实验结果表明,含能材料药型罩在爆炸作用下能够形成弹丸,弹丸速度2km/s左右。含能弹 丸穿透20mm 厚的装甲钢靶后反应加剧,形成大量的气体。侵彻过程含动能和化学反应的综合作用,穿孔有 明显的烧蚀现象,穿孔口径0.5D,最大穿深1.4D。利用含能材料制备成药型罩可以实现炸药的直接驱动,这 可为含能材料战斗部的工程应用提供参考。
爆炸荷载下钢筋混凝土梁的变形和破坏
李猛深, 李杰, 李宏, 施存程, 张宁
[摘要](694) PDF(965)
摘要:
利用爆炸压力模拟器进行钢筋混凝土简支梁爆炸冲击实验,详细介绍了实验设计,通过实验系统分析了钢筋混凝土(RC)梁变形破坏特征以及钢筋作用机理和对变形破坏的影响,并建立了RC梁的分离式有限元模型,利用LS-DYNA分析了实验过程,对计算结果与实验结果进行了比较,分析了误差产生的原因,得到了爆炸冲击荷载作用下RC梁的损伤破坏特征和机理,可为毁伤评估和结构抗爆设计提供参考。
聊聊动态强度和损伤演化
王礼立, 胡时胜, 杨黎明, 董新龙, 王晖
[摘要](1294) [HTML全文](510) PDF(953)
摘要:
材料强度在传统上常理解为材料在外载荷下抵抗流动/变形和破断的能力。由流变阶段到貌似突发的破断,其实源于一个隐含的应变率/时间相关的损伤演化过程。动态损伤演化研究的难点在于损伤与流变总是耦合在一起发展的。研究发现,热激活损伤演化模型可成功描述材料宏观损伤的动态演化。在此基础上,从实测的含损伤演化的表观应力应变曲线,可将两者解耦分开,并可确定各自相关的材料参数。这一思路可推广到中医脉诊的客观化研究,通过脉搏波信息定量反演脉搏波系统的正常及病态本构关系,可诊断生命体偏离正常状态的程度(病情),这可视为一种广义的损伤演化和强度问题。上述思路还可推广到地震预报研究,即“对地球把脉”。与加卸载响应比理论相结合,通过相邻3处的地震波信息来反演地球相关板块含损伤演化的非线性载荷-响应曲线,再区分出损伤演化程度,将有利于改进地震预报,这可视为另一种广义的损伤演化和强度问题。
缺陷介质切槽爆破断裂行为的动焦散线实验
杨仁树, 许鹏, 杨立云, 陈程
[摘要](856) PDF(865)
摘要:
利用数字激光动态焦散线实验系统,对含缺陷介质在切槽爆破和普通炮孔爆破中爆生裂纹的断裂行为进行对比研究。结果表明,切槽爆破中沿切槽方向起裂的主裂纹比非切槽方向早10 s,有利于能量优先沿切槽方向释放;切槽方向主裂纹的起裂韧度为0.58 MN/m3/2,其裂纹扩展的平均速度为277 m/s,分别是普通爆破时主裂纹相应值的54%和86%;当切槽方向主裂纹与缺陷介质贯通后,为爆生气体提供了足够的膨胀空间,诱导爆生气体向预制裂纹两端释放,翼裂纹起裂以Ⅰ型拉伸破坏为主,并在裂纹扩展的60~250 s内,Ⅰ型动态应力强度因子保持在0.6~0.8 MN/m3/2,形成了明显的平台,延缓了翼裂纹扩展速度的衰减,最终较普通炮孔翼裂纹扩展时间和扩展长度分别增加了22.7%和17.8%。
储液容器内液体晃荡的非线性动力学分析
李文盛, 赵友清, 贾善坡, 王凯, 谭继可
[摘要](860) PDF(839)
摘要:
基于非线性波动理论模型,求解储液容器内液体晃动的固有频率、模态及动力学响应问题。流体使用us-up状态方程,利用ABAQUS软件的自适应网格技术,建立储液容器液体晃动数学模型,通过施加水平简谐激励得到液体晃动的固有频率和模态,并与解析解对比,验证了该方法的准确性与可行性。然后,分析了矩形储液容器在多种激励作用下液体非线性晃动响应特性。
高浓度氩气稀释气体爆轰波临界管径和临界间距关系
喻健良, 高远, 闫兴清, 高伟
[摘要](627) PDF(838)
摘要:
建立圆管及环形管道系统研究临近极限下爆轰波在管道内传播失效机理。选用C2H2+2.5O2+70%Ar气体,采用光纤探针测量爆轰波在管道内传播速度,用烟迹法记录管道内爆轰波胞格结构。结果表明:初始压力远大于爆轰极限压力时,爆轰波在管道内以稳定速度传播;随着初始压力的减小,爆轰波速度逐渐降低;当初始压力一定时,爆轰波速度随着管道尺寸的减小而逐渐减小;当初始压力达到临界压力时,爆轰波在进入到管道内后其速度会逐渐衰减直至爆轰波完全失效。对于不同几何尺寸的圆管与环管,通过引入无量纲参数d/及w/(d为圆管管径,w为环管间距,为爆轰胞格尺寸)得出,爆轰波在管道内传播的临界圆管直径为环形间距的2倍,与理论模型结果相吻合,验证了稳态气体基于爆轰波波面曲率的失效机理。
基于三维Hopkinson杆的混凝土动态力学性能研究
徐松林, 王鹏飞, 赵坚, 胡时胜
[摘要](1124) [HTML全文](411) PDF(827)
摘要:
混凝土、岩石类材料在复杂应力状态下的动态力学性能研究一直备受关注,但鉴于动态实验的复杂性,对真三轴应力状态下材料的动态加载一直未曾实现。本文中研制了一套真三轴静载作用下混凝土、岩石类材料的“三维Hopkinson杆”动态力学实验系统,为冲击载荷作用下材料动态各向异性特性的研究提供了一种有效的实验测试技术。该系统采用液压伺服控制对立方体试件施加三向独立的0~100 MPa真三轴静载,再利用分离式Hopkinson压杆对试件施加冲击动载,具体研究了C30混凝土材料在不同真三轴静载条件下的动态压缩性能,得到了不同条件下XYZ方向上的动态应力应变关系。
基于荷载时程分析法的钢板混凝土结构墙的抗冲击性能敏感性分析
朱秀云, 林皋, 潘蓉, 路雨
[摘要](389) PDF(815)
摘要:
选取由表面钢板、拉结筋、剪力钉及混凝土组成的钢板混凝土结构墙为研究对象,运用经典显式非线性动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,基于荷载时程分析法进行了一系列影响钢板混凝土结构墙抗冲击性能的参数敏感性分析。这些参数包括:墙体厚度、钢板厚度、拉结筋直径与间距等。分析结果表明,以上参数均会影响墙体的抗冲击性能,尤其是墙体与钢板的厚度以及拉结筋的间距。本文的研究工作对于核电厂核岛厂房钢板混凝土结构外墙的设计具有一定的指导与参考意义。
MDYB-3有机玻璃在不同应变率下的一维屈服行为
邓小秋, 李志强, 周志伟, 王志华, 姚小虎
[摘要](731) PDF(813)
摘要:
对MDYB-3有机玻璃进行了多组不同应变率(10-3~3000 s-1)下的压缩实验,得到准静态下的屈服应力与动态下的峰值应力。沿其增强与面内2个方向进行准静态压缩实验,以分析定向拉伸对屈服应力的影响,修正了Ree-Eyring模型与Cooperative模型以描述定向有机玻璃的屈服行为。采用Johnson-Cook模型描述屈服后的黏塑性行为。结果表明Cooperative屈服模型比Ree-Eyring屈服模型更接近实验结果,且能准确描述准静态屈服应力。动态压缩下的峰值应力为失效应力,说明试样在1500 s-1以上应变率下未达到屈服应力时已经发生破坏。Johnson-Cook模型对于单条曲线拟合良好,但无法准确描述材料的应变率相关性。
一种与爆轰参数封闭的JWL方程参数确定方法
南宇翔, 蒋建伟, 王树有, 门建兵
[摘要](663) PDF(794)
摘要:
利用数值模拟和理论计算分析了炸药JWL状态方程参数与爆轰参数封闭的重要性;获得了利用圆筒实验测试结果计算炸药爆轰产物绝热等熵指数和爆压的方法;建立了与爆轰参数封闭的JWL状态方程参数的确定方法,并依据公布的圆筒实验数据,应用于两种典型炸药JWL状态方程参数的确定,获得的参数与炸药爆轰参数严格封闭,数值模拟结果与实验结果一致性好,表明炸药JWL参数确定方法合理可靠。
航天器火工冲击模拟试验及响应预示方法研究综述
赵欣, 丁继锋, 韩增尧, 邹元杰
[摘要](543) PDF(786)
摘要:
航天器火工冲击力学环境是由星箭分离、部组件展开等工作过程中的火工品起爆引起的作用于结构上的高频、高加速度量级的瞬态冲击响应,能对航天器上含有晶振、脆性材料等的精密电子设备造成致命损伤,是航天器需要经历的最苛刻的力学环境之一。本文中,对国内外航天器火工冲击地面试验方法和环境预示方法做了全面、详细的介绍,总结了这两个方面的研究进展,分析了我国在这两个方面与航天强国的差距。最后,从我国航天工程实际需求出发,提出了今后航天器火工冲击领域应重点开展的研究方向。
爆轰产物组成和爆轰参数计算方法的理论研究
杜明燃, 汪旭光, 郭子如, 颜事龙
[摘要](617) PDF(780)
摘要:
为实现爆轰产物组成和爆轰参数的计算,采用拉格朗日乘数法和牛顿迭代的方法预测爆轰产物组成,利用BKW状态方程预测爆轰参数,在0~600 GPa和300~15 000 K压力温度范围内选取金刚石作为碳的生成相;对爆轰产物系统采用最小自由能原理,结合牛顿迭代法求解爆轰产物的化学平衡方程组;对BKW状态方程参数提出修订,取=0.5,=0.298,=6 620,=9.50;采用自编程序实现计算过程。使用此方法和Hugoniot关系计算密度为1.77 g/cm3的PETN爆轰CJ点爆轰参数验证计算精度,结果显示计算与实验结果的误差均小于1%。利用此方法结合Hugoniot关系预测出爆轰CJ点的产物密度为2.43 g/cm3。
高速列车吸能结构设计和耐撞性分析
李松晏, 郑志军, 虞吉林
[摘要](862) PDF(779)
摘要:
建立了高速列车头车的有限元模型,运用有限元软件LS-DYNA模拟了头车碰撞刚性墙的冲击过程。在碰撞发生时,原有设计方案的牵引梁主体的变形以整体屈曲为主,不利于缓冲吸能。在对原设计的耐撞性分析的基础上,建议对原有牵引梁结构加以改进,并在前端增加两组不同尺寸和厚度的带圆角的方管作为缓冲吸能管,考虑了在缓冲管中填充泡沫铝与否,形成了4种设计方案。数值模拟结果表明,与原设计方案相比,新方案的整个头车的吸能量有大幅度提高,刚性墙反力的峰值也有一定程度的降低,采用大的圆角半径的厚管并填充泡沫铝的方案的改进效果最明显。
反射波对预混气体爆炸过程与管壁动态响应的影响
周宁, 张冰冰, 冯磊, 耿莹, 姜帅, 张路
[摘要](358) PDF(774)
摘要:
为研究管道内甲烷/空气混合气体火焰和压力波的传播规律,对内载压力波作用下管壁的动态响应进行实验。结果表明,末端闭口实验中,管道末端的反射激波会引起当地火焰亮度的增大,而前端反射激波则有可能导致火焰内部的分离从而出现熄灭与复燃现象。相对于末端开口工况,末端闭口实验时管道两端产生的往复反射激波对管壁具有叠加加载作用,导致管壁产生较大的环向应变。
基于微裂纹界面摩擦生热的点火模型
楼建锋, 张延耿, 洪滔, 周婷婷, 郭少冬
[摘要](534) PDF(772)
摘要:
开展了基于微裂纹界面摩擦生热的细观点火模型研究,采用有限元方法对包含化学反应放热和摩擦生热的热传递方程进行了离散求解,计算模型中考虑了炸药颗粒熔化对升温过程的影响。着重分析了点火模型中主要参数(热点尺度、应变率和界面压力)对炸药点火的影响规律。数值研究表明,随着热点尺度的增大,热点的温度上升越快,越容易发生点火;应变率越大或者界面压力越高,热量积累越快,炸药越容易点火。
爆炸冲击波对3种建筑玻璃的作用过程
江祺, 刘彤, 王汝恒, 潘婷
[摘要](732) PDF(769)
摘要:
借助ANSYS/LS-DYNA程序,采用ALE方法描述炸药和空气场,采用Lagrange方法描述玻璃, 玻璃除考虑拉应力失效外,还增加了切应变失效判据,并给出了针对不同玻璃的建模方法和计算参数。利用 建立的模型对爆炸冲击波对钢化夹胶玻璃、普通夹胶玻璃和浮法玻璃3种常用建筑玻璃的作用过程进行了数 值模拟。计算结果可较好地反映实验中玻璃出现的冲切破坏现象,发生破坏时的冲击波超压也与实验结果吻 合。研究表明,钢化玻璃比普通玻璃具有更强的抗爆性能,夹层玻璃中的PVB能有效地阻止玻璃的飞溅。
中应变率下材料动态拉伸关键参数测试方法
白春玉, 刘小川, 周苏枫, 黎伟明, 舒挽
[摘要](443) PDF(766)
摘要:
通过高速液压伺服材料试验机进行金属材料的中等应变率动态拉伸力学性能测试。为获取精确的动态拉伸载荷数据,提出了一种拉伸载荷的间接测量方法,在不改变试验机原有结构的情况下,解决了试验机自带载荷传感器测试数据在塑性段振荡导致材料真正动力学行为被掩盖的问题;通过数字图像相关的非接触测量方式进行动态拉伸应变的测量。实验验证表明,提出的载荷和应变测试方法可实现金属材料动态拉伸试验中的力学性能参数测试。
球体垂直入水空泡实验研究
马庆鹏, 何春涛, 王聪, 魏英杰, 路中磊, 孙健
[摘要](835) PDF(752)
摘要:
针对球体垂直入水问题开展了实验研究,分析了入水空泡的形成、发展、闭合及溃灭过程。通过开 展不同初始入水速度及表面沾湿状态的实验研究,得到了入水速度及表面沾湿状态对球体入水空泡流场的 影响,同时分析了球体在垂直入水过程中的位移、速度、加速度以及阻力因数。结果表明,球体在水下的运动 参数具有较强的非线性特性,速度较高、入水空泡深闭合的条件下,球体的运动参数及阻力因数曲线具有明显 的波动。
高应变率下航空透明聚氨酯的动态本构模型
张龙辉, 张晓晴, 姚小虎, 臧曙光
[摘要](948) PDF(751)
摘要:
采用低阻抗分离式霍普金森压杆对航空透明聚氨酯进行了高应变率下的动态力学性能测试,得到的应力应变曲线表现出了显著的非线性黏弹性特征。基于本构理论和实验数据,构建了航空透明聚氨酯的松弛时间应变相关的超黏弹性本构形式。该本构模型由2部分组成 :一部分表征准静态下的超弹性行为,另一部分描述非线性应变率的相关特性。利用超黏弹性本构模型对不同应变率下航空透明聚氨酯的动态应力应变曲线进行拟合,拟合曲线与实验曲线一致性良好。
落石冲击下隧道大跨度棚洞的动力响应数值分析与抗冲击研究
王爽, 周晓军, 姜波, 周跃峰
[摘要](314) PDF(748)
摘要:
为研究大跨度棚洞在落石冲击下的力学性能以及轻质土的抗冲击性能,根据所确定的落石冲击能量,利用动力有限元数值方法对山岭隧道大跨度棚洞受落石冲击作用的动力响应进行了分析,研究了棚洞钢筋混凝土结构受落石冲击作用的损伤特性,将不同工况下的冲击深度时程曲线和冲击力时程曲线进行了对比,比较了棚洞顶部回填普通土和轻质土时对落石冲击作用的缓冲效果,并给出了棚洞顶部回填材料及其回填土厚度的建议
破片撞击装药点火实验和数值模拟
孙宝平, 段卓平, 张海英, 刘彦, 黄风雷
[摘要](1225) PDF(743)
摘要:
实验中采用升降法得到了破片撞击装药点火的临界速度范围,数值模拟中采用节点约束分离方法、热弹塑性材料本构方程和化学动力学方程描述了炸药的破坏行为和点火反应。实验结果与数值模拟结果吻合较好。研究结果表明,采用节点约束分离方法、热弹塑性材料本构方程和化学动力学方程可以有效地描述装药在破片撞击作用下的破坏行为和点火反应。
波形整形技术在Hopkinson杆实验中的应用
果春焕, 周培俊, 陆子川, 常云鹏, 邹广平, 姜风春
[摘要](340) PDF(741)
摘要:
由于波形整形技术可减小Hopkinson杆实验在撞击过程中产生的高频振荡以及实现试样在受载过程中的恒应变率加载,因此,波形整形技术越来越受到关注。本文中详细介绍了波形整形技术在Hopkinson杆的动态压缩、拉伸、巴西圆盘、弯曲断裂等实验中的研究进展,并给出了该技术在应用中需注意的问题。
蜂窝遮弹层抗弹丸侵彻实验研究
王起帆, 石少卿1, 2, 王征, 孙建虎, 储召军
[摘要](531) PDF(735)
摘要:
为研究蜂窝遮弹层的抗弹丸侵彻性能,采用15 mm弹体对六边形单元蜂窝遮弹层结构进行了侵彻实验研究。实验结果表明,同钢筋混凝土遮弹层相比,蜂窝遮弹层的破坏仅发生在弹靶接触的六边形单元内,且破坏面积较小,同时弹体在侵彻蜂窝遮弹层过程中易发生偏航现象。应用应力波传播理论分析了实验结果,主要是六边形单元对其内的混凝土约束作用及其自身阻隔作用,使混凝土抗压强度和弹体在侵彻过程中受到的阻力增大,从而减小了弹体的破坏效应。
含能破片引爆带壳炸药过程的数值模拟
李旭锋, 李向东, 顾文彬, 李裕春, 秦入平
[摘要](738) PDF(727)
摘要:
将引爆模拟战斗部等效为带铝壳炸药,设计了一种新型含能破片作为毁伤元,利用非线性有限元 LS-DYNA软件对该含能破片侵彻、引爆带壳炸药的作用过程进行了数值模拟。用升降法得到了该含能 破片对不同盖板厚度带壳炸药的引爆速度,同时与普通破片引爆同规格带壳炸药进行了对比,并进行了实验 验证。结果表明,通过控制含能破片的撞击速度和含能物质的延迟起爆时间,可有效引爆盖板厚度为8~ 16mm的带铝壳炸药。
弹丸入水特性的SPH计算模拟
周杰, 徐胜利
[摘要](572) PDF(726)
摘要:
应用SPH方法研究弹丸入水过程中的动力学特征。利用拉格朗日形式的N-S方程自编SPH程序,建立弹丸入水的计算模型,赋予相应的材料参数及状态方程,研究弹丸外形、入水速度和角度等因素对入水过程的影响。模拟结果表明:空化泡的形态及发展规律主要由弹丸的运动姿态决定;弹道越稳定,阻力因数就越小,弹丸的存速就越大。SPH方法具有较强的自适应性,适用于研究弹丸入水的流固耦合问题。
不同晶型CL-20热分解反应机理计算分析
张力, 陈朗, 王晨, 伍俊英
[摘要](920) PDF(725)
摘要:
基于反应力场,采用NPT、NVT系综和Berendsen方法,对-、-和-CL-20超晶胞在不同温度下 的热分解反应过程进行分子动力学计算。结果表明:3种晶型CL-20的初始分解路径均是五元环和六元环中 的N-NO2键断裂生成NO2 自由基,生成的主产物包括N2、H2O、CO、CO2、NO2、NO3、HNO2、HNO3、 N2O5、N2O2和NO 等。相同晶型的CL-20发生热分解生成的主产物的反应速率常数随温度的升高而增大。
小当量炸药深水爆炸气泡脉动模拟实验
马坤, 初哲, 王可慧, 李志康, 周刚
[摘要](659) PDF(725)
摘要:
为在实验室内开展深水爆炸气泡脉动规律研究,通过增加水面大气压强来模拟水中静水压的方法,建立可模拟深水环境的爆炸容器。开展不同模拟水深条件下的3种当量炸药的水下爆炸实验,得到了气泡脉动过程图像,验证小当量深水爆炸模拟实验与自由场实验的等效性,分析气泡脉动周期与最大半径同模拟水深的关系。实验结果表明:容器壁面反射效应对气泡脉动过程的影响可以忽略不计,模拟实验可等效为自由场实验;深水爆炸气泡脉动周期及最大半径随流体静力深度增加的衰减系数分别为-0.83和-0.364。
轴向冲击载荷下薄壁折纹管的屈曲模态与吸能
郝文乾, 卢进帅, 黄睿, 刘志芳, 王志华
[摘要](626) PDF(725)
摘要:
在方管的基础上引入折纹结构,利用几何关系建立折纹管的折角公式。采用LS-DYNA软件研究了6种折纹管在轴向冲击下的屈曲模态与能量吸收性能,并与方管进行对比分析。结果表明,折纹管在冲击载荷作用下屈曲变形过程可分为3个阶段,初始峰值阶段、稳定渐进屈曲阶段和密实化阶段。折角是影响初始峰值载荷和平均载荷的重要因素之一,折纹结构的引入有效的降低了初始峰值载荷,减小了冲击力的波动幅度;折纹管的比吸能低于方管,但是在特定折角下,折纹管的压缩力效率和比总体效率高于方管。
基于爆能等效原理大型模爆器燃气爆炸冲击加载的数值模拟
张秀华, 张春巍, 段忠东
[摘要](796) PDF(723)
摘要:
运用非线性显式动力有限元程序LS-DYNA,基于多物质Euler算法,对TNT炸药和乙炔-空气混合气体两种爆炸源在自由大气场中爆炸产生的冲击波荷载特征参数进行数值模拟,比较两种爆源产生的冲击波压力传播规律。基于爆能等效原理,按超压相等的原则给出了气体爆炸名义比例距离计算公式。结果表明,基于Euler算法可以较好地描述乙炔-空气混合气体爆炸空气冲击波传播规律,爆炸压力随着距爆源距离的增大而迅速衰减,且两种爆源产生的冲击波超压峰值误差随着冲击波传播距离的增大而逐渐减小。采用名义比例距离公式修正后,气体爆炸与炸药爆炸冲击波计算误差可以得到有效控制。当爆炸冲击波超压小于0.5 MPa时,可以采用乙炔-空气混合气体代替化学炸药进行模爆器内爆炸实验加载。
飞机撞击混凝土结构的动力学分析
李小军, 侯春林, 贺秋梅, 梅泽洪
[摘要](828) PDF(720)
摘要:
基于已有的飞机撞击混凝土结构的实验数据,利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,选用可模拟冲击作用下混凝土性能的4种不同材料模型,在同一接触算法、同一失效准则下,进行飞机撞击混凝土结构的数值模拟与动力学分析,探讨了4种混凝土材料模型在模拟飞机撞击下混凝土结构破坏效应的能力。结果表明:4种混凝土材料模型均能模拟飞机撞击混凝土结构的穿入、散裂、碎甲等局部破坏效应,但在考虑正、背面破坏面积及剩余速度等因素时,MAT072R3和MAT084材料模型的计算结果与实验结果较接近,MAT111材料模型次之,MAT159材料模型有较大的差异。本文的研究结果可为后续评估混凝土结构安全壳抵抗飞机撞击能力时提供基础参数。
不同升温速率下AP/HTPB底排装置慢速烤燃的数值模拟
李文凤, 余永刚, 叶锐, 杨后文
[摘要](341) PDF(718)
摘要:
为研究在不同升温速率下高氯酸铵(ammonium perchlorate, AP)/端羟基聚丁二烯(tydroxyl-terminated polybutadiene, HTPB)底排装置的慢速烤燃特性,建立AP/HTPB底排推进剂二维轴对称非稳态传热模型和两步化学动力学反应模型。在不同升温速率下,分析底排装置的慢速烤燃响应特性。计算结果表明:在慢速烤燃的条件下,烤燃响应点发生在底排药柱与空气腔的接触面左侧,升温速率对底排药柱的着火延迟时间和烤燃响应点位置有较大影响。随着升温速率的提高,着火延迟时间变短,烤燃响应点向中心侧移动。升温速率对烤燃响应点的着火温度影响较小。
双股燃气射流在充液室内扩展特性的实验研究
薛晓春, 余永刚, 张琦
[摘要](1290) PDF(715)
摘要:
为了探索高温高压双股燃气射流在整装式液体工质中的扩展特性,设计了五级圆柱渐扩型观察室和圆柱型观察室,借助数字高速录像系统,观察了双股燃气射流在充液室中的扩展过程,对比了不同的观察室边界以及不同的参数条件对双股燃气射流扩展过程的影响。实验结果表明,圆柱渐扩型观察室结构更有助于改善气液的掺混特性,通过参数的合理匹配可以一定程度上控制双股燃气射流在三维充液室中的扩展过程。
气流特征对水平长管内石松子粉尘爆炸火焰结构的影响
高伟, 阿部俊太郎, 荣建忠, 土桥律
[摘要](664) PDF(715)
摘要:
为探索气流特征对水平长管内粉尘爆炸火焰结构的影响,对采用加压送气传输方式形成的石松子粉尘云经静电引燃后其火焰在水平长管内的传播特性进行实验。利用热线风速仪测量不同气流条件下沿管径方向的速度分布和湍流强度分布,采用高速摄像系统记录了火焰在水平管道内的传播过程。实验观察到,即使管内石松子粉尘质量分数相同,仍然会出现2种不同类型的火焰结构: 一种类型火焰轮廓规则、清晰,火焰中心为连续的黄色发光区并由红色边缘火焰包裹;另一种类型火焰空间离散,火焰发光区局部存在,散乱地呈现不规则状态。详细分析不同气流条件对火焰结构的影响。
Q235钢板对半球形头弹抗侵彻特性
邓云飞, 孟凡柱, 李剑锋, 魏刚
[摘要](627) PDF(715)
摘要:
利用轻气炮进行了半球形头杆弹正撞击单层板和等厚接触式三层板的实验,得到了这两种结构靶体的初始-剩余速度曲线以及弹道极限。采用ABAQUS/EXPLICIT数值模拟软件对杆弹撞击金属板的过程进行了数值模拟研究,通过对比数值模拟和实验结果,验证了数值模拟材料模型和参数的有效性。研究了靶体结构对抗侵彻特性的影响,并分析了弹体对靶体的撞击过程。研究结果表明:多层板的弹道极限高于等厚单层板。单层板主要失效模式为剪切,而多层板的主要失效模式为整体的蝶形变形和局部的盘式隆起。对于多层板,靶板具体的失效模式与其在靶中位置相关。
冲击载荷作用下矩形薄板的弹性动力屈曲
毛柳伟, 王安稳, 邓磊, 韩大伟
[摘要](841) PDF(713)
摘要:
为了研究冲击载荷作用下考虑应力波效应弹性矩形薄板的动力屈曲,根据动力屈曲发生瞬间的能量转换和守恒准则,导出板的屈曲控制方程和波阵面上的补充约束条件,真实的屈曲位移应同时满足控制方程和波阵面上的附加约束条件。满足上述条件,建立了该问题的完整数值解法,对屈曲过程中冲击载荷、屈曲模态和临界屈曲长度之间的关系进行研究,定量计算了横向惯性效应对提高薄板动力屈曲临界应力的贡献。研究表明:板的厚宽比一定时,临界屈曲长度随冲击载荷的增大而减小;由于屈曲时的横向惯性效应,应力波作用下薄板一阶临界力参数是相应边界板的静力失稳临界力参数的1.5倍;随着边界约束逐渐减弱,板临界力参数逐渐减小,动力特征参数逐渐增大。
连通容器泄爆过程的影响因素
孙玮, 王志荣, 马龙生, 刘明翰, 杨臣剑
[摘要](323) PDF(713)
摘要:
以甲烷/空气混合物为研究对象,开展了连通容器气体泄爆影响因素的实验研究。结果表明:连通容器泄爆片泄爆时,随着破膜压力和量纲一泄压比的减小,大、小球容器的最大泄爆压力均增大;在等量纲一泄压比条件下,随着连接管道长度的增加,传爆容器的最大泄爆压力增大。连通容器无膜泄爆时,大球点火条件下,无论管长如何,起爆容器和传爆容器均比单个容器最大泄爆压力大。小球点火条件下,当管道长度为0.45 m时,起爆容器和传爆容器的最大泄爆压力均小于单个容器。连通容器无膜泄爆且量纲一泄压比相同时,当管道长度为0.45 m时,大、小容器内的最大泄爆压力基本相等;当管道长度为2.45 m时,大容器点火时,传爆容器最大爆炸压力大于起爆容器,但小容器点火时,起爆容器最大泄爆压力大于传爆容器;当管道长度为4.45和6.45 m时,传爆容器最大泄爆压力均大于起爆容器。
飞机撞击建(构)筑物研究进展
刘晶波, 韩鹏飞, 林丽, 陆新征, 岑松
[摘要](703) PDF(709)
摘要:
飞机撞击重要建(构)筑物会导致灾难性后果。本文从试验研究、理论分析、数值模拟等3个方面对飞机撞击建(构)筑物的国内外研究现状,相关研究难点、需要注意的问题和研究方向及趋势进行总结,包括:缩比试验的系统和验证,飞机撞击力模型,撞击所致局部破坏计算公式,飞机和建(构)筑物的精细化建模,撞击所致振动特性,撞击荷载和火荷载对结构的耦合毁伤效应,一般模型和精细化模型、解耦和耦合方法以及不同数值模拟程序计算结果的对比分析等方面,以期为后续研究提供参考。
爆炸式电磁感应脉冲发生器
贲驰, 何勇, 潘绪超, 何源, 凌琦
[摘要](408) PDF(705)
摘要:
为了探索脉冲发生器新的技术方法,在传统脉冲发生器的基础上,提出了一种依靠爆炸驱动的电磁感应脉冲发生器。介绍了发生器的工作过程,对发生器中炸药的爆炸和冲击过程进行了计算和数值模拟,建立了带有初始电压和初始静磁场的发生器的工作电路模型,得出了感应电压的计算方法。设计了一种通过永磁体提供初始静磁场的脉冲发生器,并分别对装有两种不同炸药的发生器进行了实验。实验表明:爆速较高的炸药驱动发生器可产生峰值更高的电压脉冲。实验结果偏低于计算结果,原因是理论计算中简化了磁芯磁场和冲击波速度。
叠氮化铜微装药爆轰驱动飞片的数值模拟
简国祚, 曾庆轩, 郭俊峰, 李兵, 李明愉
[摘要](483) PDF(705)
摘要:
为了优化叠氮化铜微装药器件的设计,探究叠氮化铜爆轰驱动飞片的作用原理,根据微装药器件的实际设计和相关实验,采用ANSYS/LS-DYNA流固耦合算法对叠氮化铜爆轰驱动飞片的作用过程作了数值模拟。具体研究了加速膛长度对飞片的平整性和完整性的影响,分析了微装药的尺寸与飞片速度之间的关系。研究结果表明:加速膛的长度对飞片的完整性、平整性和速度具有重要影响,在过长的加速膛中飞片飞行时易发生破碎,加速膛过短飞片的驱动速度不能达到最佳。装药尺寸与飞片速度之间关系密切,装药直径对飞片速度的前期成长影响不大,但对飞片获得的最大速度却有较为明显的影响;装药的直径大于0.8 mm时,增加装药直径并不能使飞片的最大速度明显增加。
复合射孔爆燃气体压裂裂缝起裂扩展研究
李海涛, 罗伟, 姜雨省, 张俊松
[摘要](720) PDF(704)
摘要:
结合线弹性断裂力学的裂缝尖端应力强度因子判据,建立了复合射孔爆燃气体压裂裂缝的起裂扩 展模型,通过建立与多个变量相关的缝内气体压力分布函数,利用迭代法实现了模型的数值求解,获得了缝内 气体压力分布随时间的动态变化规律,并分析了不同特征参数对裂缝起裂扩展与止裂过程的影响。实例计算 结果表明:(1)随着裂缝扩展的进行,爆燃气体流动尖端与裂缝尖端经历了由重合到不重合再到重合的过程; (2)地应力越大,裂缝起裂扩展越困难,爆燃气体有效致裂作用时间越短,最终得到的裂缝扩展长度也越小; (3)初始裂缝越长,裂缝更容易起裂扩展,爆燃气体能量利用率越高,裂缝扩展更长;(4)岩石断裂韧性的改变 对裂缝起裂、止裂和裂缝扩展长度没有明显的影响;(5)升压速率越小,爆燃气体有效致裂作用时间越长,最终 裂缝扩展也更长,但对裂缝起裂压力与止裂压力几乎没有影响。
弹体侵彻与贯穿有限厚度混凝土靶体的力学特性
葛涛, 刘保荣, 王明洋
[摘要](1992) PDF(703)
摘要:
为了便于研究弹体贯穿混凝土靶体的力学本质,首先假设钻地弹是刚性弹体。在水动力侵彻模型的基础上,认为在弹体的冲击下,靶体裂缝扩展到靶体背面时就开始不稳定增长。将此时刻作为贯穿的发生时刻,据此利用裂缝增长的耗能机制求得了发生贯穿时,裂缝距靶体背面的临界距离。在求解贯穿发生后的侵彻阻抗力时考虑了由于靶体背面贯穿块的运动而造成的弹体相对速度的降低。计算表明,弹体端部侵入靶体与贯穿发生后2阶段弹体的减加速度变化剧烈,而弹体端部完全进入靶体后至发生贯穿阶段,弹体的减加速度变化相对较小。将计算结果与前人实验做了对比,验证了结果的可信性。 更多还原
金属柱壳膨胀断裂的实验与数值模拟
任国武, 郭昭亮, 张世文, 汤铁钢, 金山, 胡海波
[摘要](385) PDF(703)
摘要:
基于一端起爆的柱壳外爆加载装置,采用多普勒速度测量仪(DPS)及高速分幅相机联合诊断柱壳的膨胀断裂过程。实验获得了壳体表面的速度历史和膨胀变形、裂纹萌生扩展到爆轰产物泄露的动态图像。利用光滑粒子流体动力学方法(SPH)开展了对应的数值模拟,计算结果与实验结果吻合较好。实验与数值模拟结果系统地给出了冲击波入射柱壳角、爆轰波稀疏角、内壁速度压力历史及壳体变形应变、壳体断裂等物理信息。
YB-2航空有机玻璃的应变率和温度敏感性及其本构模型
史飞飞, 索涛, 侯兵, 李玉龙
[摘要](520) PDF(701)
摘要:
为了理解和评价YB-2航空有机玻璃在极端环境下的动态力学性能,采用电子万能试验机和分离式Hopkinson压杆对YB-2航空有机玻璃在218~373 K温度范围、10-3~3 000 s-1应变率范围内的压缩力学行为进行了研究,得到了材料的应力应变曲线。结果表明:随着温度的升高,材料的流动应力逐渐减小而破坏应变呈现增大的趋势;温度相同时,材料的流动应力随应变率的增加而增大,破坏应变随应变率的增加而减小。随着应变率的提高,材料的应变软化效应更加剧烈。基于朱-王-唐(ZWT)本构模型,得到了考虑温度效应的本构参数。结果显示,在8%应变范围内,改进的考虑温度效应的本构模型可以较为理想地表征该材料的应力应变响应。
非嵌入式多项式混沌法在爆轰产物JWL参数评估中的应用
王瑞利, 刘全, 温万治
[摘要](1011) PDF(697)
摘要:
介绍了非嵌入多项式混沌法的数学模型,给出了非嵌入式多项式混沌法进行不确定度量化的主要步骤。采用此方法研究了平面、散心爆轰问题数值模拟中,JWL模型参数R1、R2服从均匀分布的随机变量时所引起的爆轰过程计算结果的不确度性,着重分析了爆轰传播过程中压力与密度的统计特性。研究结果表明,非嵌入式多项式混沌法可以为模型输入参数不确定性的传播对输出结果响应量的影响建立一种有效不确定度评估方法,为使用JWL模型时选取参数提供参考。
空气自由场中强爆炸冲击波传播二维数值模拟
姚成宝, 李若, 田宙, 郭永辉
[摘要](496) PDF(694)
摘要:
编写了适用于模拟具有高密度比、高压力比的强激波问题的二维柱对称多介质流体计算程序。利用有限体积方法求解流体的Euler方程组,采用level set方法捕捉爆炸产物与空气的运动界面,并通过求解物质界面两侧Riemann问题的精确解来计算爆炸产物与空气之间的数值通量。研制了三角形网格自适应技术来实现网格的自动加密和粗化,在保证捕捉激波峰值的前提下有效地提高了计算效率。利用计算程序对1 kt TNT当量的空气自由场强爆炸问题进行数值模拟,计算得到的峰值超压、冲击波到达时间等物理参数与点爆炸理论结果基本一致。
基于应变能法的单搭接螺栓剪切模型
寇剑锋, 徐绯, 冯威
[摘要](509) PDF(694)
摘要:
为了简化复杂结构在冲击数值分析中的大量螺栓连接,可用等效的载荷位移模型代替复杂的螺栓连接关系,本文中针对单搭接螺栓连接在剪切载荷下建立了连接本构关系。首先通过对有预紧力的单搭接螺栓进行实验和精细有限元模拟,揭示了螺栓剪切载荷位移曲线的特征并针对不同特征阶段进行了相应的物理机理分析。在此基础上对于载荷位移曲线的界面黏结、部分滑移、整体滑移阶段提出了连接本构模型的基本形式和各阶段的参数估算方法。在部分滑移阶段考虑了4个方面的刚度贡献,其中部件对螺栓的支撑刚度是三维非轴对称变形问题,理论求解非常困难,本文中通过应力分布研究,采用应变能法解决了螺栓的支撑刚度的估算问题。提出的单搭接螺栓剪切模型物理含义明确,参数估算简单,准确度高。
岩爆岩石断裂的微观结构形貌分析及岩爆机理
赵康, 赵红宇, 贾群燕
[摘要](472) PDF(692)
摘要:
利用扫描电镜(SEM)对岩爆岩石断口微观形貌特征进行研究分析,从微观角度探索岩爆产生的机理。通过对平顶山十二矿岩爆现场取样对其断口形貌特征与地应力和岩石成分之间关系进行研究。巷道围岩劈裂岩块断口形貌多呈台阶状,劈裂面与地应力最大主应力方向平行,岩石断口属拉张断裂,劈裂纹的产生主要是脆性断裂;岩爆抛射出的岩块断口形貌非常复杂,裂面与切应力(最大主应力)方向平行或相交,不同平面内的微裂纹通过与岩爆裂纹间的微裂纹或受撕裂作用形成台阶,表面不平整,属于拉张或剪切型断裂。岩石细观成分对岩爆的影响也较大,结晶程度高、结构致密的硬脆岩石更易发生岩爆。
强爆炸早期火球光辐射能谱的数值计算
高银军, 闫凯, 田宙, 刘峰
[摘要](793) PDF(689)
摘要:
基于强爆炸火球光辐射的多群辐射流体力学方法,采用算子分裂方法将方程组分裂为对流项和刚性源项,其中源项部分根据方程形式,进一步分裂为各群内的单独求解。数值计算表明:该方法克服了直接求解过程中辐射与流体耦合所带来的强不稳定性,时间步长大幅提高,给出的火球光辐射能谱特征与已有规律一致。可为定量分析光辐射能谱特征提供有效手段。
温度压力对瓦斯爆炸危险性影响的实验研究
高娜, 张延松, 胡毅亭
[摘要](571) PDF(686)
摘要:
为了研究瓦斯的爆炸危险性,选取对其影响较大的初始温度和初始压力进行实验研究。运用特殊环境20 L爆炸特性测试系统,对不同初始温度(25~200 ℃)和初始压力(0.1~1.0 MPa)条件下瓦斯的爆炸极限、最大爆炸压力和点火延迟时间进行实验研究。结果表明:高温高压条件使瓦斯的爆炸上限升高、下限降低,爆炸极限范围扩大;随着初始温度升高,瓦斯爆炸的最大爆炸压力逐渐减小;初始温度越高,点火延迟时间越短。通过对实验结果的分析,运用安全原理知识和危险度定义,给出初步评估瓦斯爆炸危险性的方法。
单轴压缩下2种PBX炸药的动态变形损伤及其温升效应
李涛, 傅华, 李克武, 谷岩, 刘仓理
[摘要](337) PDF(678)
摘要:
通过炸药单轴压缩实验,利用高速摄影和高速红外热像仪,对2种典型PBX炸药变形损伤过程和温升效应进行了实时观测。实验结果表明,2种典型PBX炸药的损伤以及温升效应表现出明显差别:低粘结剂含量的炸药表现出明显的脆性特征,材料应力应变曲线中的应变软化阶段是伴随着材料损伤的演化过程,最终的失稳破坏导致样品中贯穿裂纹的形成,非均匀的裂纹分布对应于局部高温带的出现;高粘结剂含量的炸药表现出明显的韧性特征,材料应力应变曲线未出现应变软化现象,变形损伤分布较均匀,但剪切方向出现网络状的温升分布。
聚氨酯/钢夹芯结构爆炸载荷下动力学响应的数值模拟
邹广平, 孙杭其, 唱忠良, 熊海林
[摘要](435) PDF(675)
摘要:
聚氨酯泡沫具有良好的缓冲和吸能性能,以硬质聚氨酯泡沫作为芯体,钢作为面板的夹芯结构在工程中用途广泛。为了研究聚氨酯/钢夹芯结构在爆炸载荷作用下的抗爆性能,利用Ansys/Autodyn非线性有限元程序对聚氨酯/钢夹芯结构在爆炸载荷作用下的动力学响应进行数值模拟分析,并与相同面密度的钢板进行对比。结果表明,加入聚氨酯芯体后,结构的吸收能量为相同面密度钢板的1.49倍,整体结构的抗爆性能得到很大的提高。
舰艇新型宏观负泊松比效应蜂窝舷侧防护结构
杨德庆, 马涛, 张梗林
[摘要](949) PDF(670)
摘要:
提出一种具有宏观负泊松比效应的新型蜂窝舷侧防护结构,通过对负泊松比效应蜂窝胞元特殊结构构型设计,实现中等弹速下良好抗爆抗冲击性能。利用有限元动力学分析软件,研究鱼雷或导弹水下对舷侧防护结构的撞击侵入和穿透过程,对比研究了不同蜂窝构型、材料、胞元尺寸和胞壁厚度对舷侧结构抗冲击性能的影响。结果表明,蜂窝防护结构具有良好的抗冲击性能,负泊松比蜂窝构型较正泊松比蜂窝构型抗冲击性能更优。
水/气多介质问题的界面处理方法
徐爽, 赵宁, 王春武, 王东红
[摘要](692) PDF(669)
摘要:
针对不可压缩可压缩水/气多介质问题,提出一种新的界面处理方法。在可压缩水/气界面处构造Riemann问题,在水中设音速趋于无穷大,求解Riemann问题得到不可压缩可压缩水/气界面处流体的准确流动状态;然后以此状态结合GFM(ghost fluid method)方法分别为2种流体定义界面边界条件,将两相流问题转化为单相流问题计算,通过求解level set方程来跟踪界面的位置。对各种不同的界面边界条件定义方法进行了比较,数值模拟结果表明算法能准确地捕捉各类间断的位置,证明了算法的有效性和稳健性。
强动载作用下孔洞汇合对延性金属层裂损伤演化过程的影响
张凤国, 周洪强, 胡晓棉, 王裴, 邵建立, 冯其京
[摘要](343) PDF(667)
摘要:
针对强动载作用下延性金属的层裂问题,在分析孔洞之间几何关联的基础上,定义了一个新的耦合损伤及孔洞几何信息的孔洞汇合判定方法,同时,基于能量守恒原理,解析了孔洞汇合对损伤快速增长影响的物理机理.通过分析数值计算结果和对比相关文献的实验可知:孔洞汇合后不仅引起损伤增长,而且导致了损伤材料内部微孔洞数目的减少、孔洞平均尺寸的增加。
浮动冲击平台冲击环境对设备响应的影响
王军, 姚熊亮, 杨棣
[摘要](666) PDF(666)
摘要:
对浮动冲击平台提供给设备的冲击环境及舰载设备在不同冲击环境下的响应进行了数值模拟和理论分析。以美国中型浮动冲击平台为计算模型,将设备基座的冲击环境与德国规范BV 043-85进行了比较,为分析两个体系在设备抗冲击要求中谱加速度的差异,对不同舰载设备进行数值模拟计算,并通过虚拟约束边界模态方法,提出不同冲击环境下基础激励的多自由度系统响应的计算方法。数值分析及理论计算结果表明:冲击谱中谱加速度对舰载设备响应影响较小,而谱位移和谱速度对设备响应有较大影响,理论计算得到的多自由度系统响应与数值模拟结果较一致,同时在进行浮动冲击平台设计时可不考虑谱加速度对设备响应的影响。
基于SPH方法的聚能射流侵彻混凝土靶板数值模拟
强洪夫, 范树佳, 陈福振, 刘虎
[摘要](443) PDF(664)
摘要:
在完全变光滑长度SPH(smoothed particle hydrodynamics)方法的基础上,利用F.Ott等提出的修正SPH方法处理在求解多介质大密度问题时的数值不稳定性问题,运用Holmquist-Johnson-Cook本构模型处理混凝土在冲击载荷下的变形和损伤问题,对聚能装药射流侵彻混凝土靶板的过程进行了数值模拟,同时利用LS-DYNA非线性有限元程序进行对比,分析了2种方法得到的混凝土von Mises应力变化、射流头部特定节点处的速度变化及裂纹演变,验证了SPH方法的准确性。分析了另外2种不同尺寸的靶板在射流侵彻作用下的破坏形式,结果符合射流侵彻物理规律,表明该方法适合模拟聚爆炸与冲击等大变形破坏等问题。
开口型管道内瓦斯爆炸冲击波动压的数值模拟
洪溢都, 林柏泉, 朱传杰
[摘要](469) PDF(661)
摘要:
为了研究瓦斯爆炸冲击波的动压演化规律,利用数值模拟软件模拟开口型管道内的爆炸。结果表明:动压与流速在时间上存在较好的对应关系,基本同时出现正向和反向的峰值;动压在3个方向上不仅伴随传播距离的增大而不断增大,也伴随传播时间的延长而增大;沿管道方向(火焰传播方向)上的最大动压值是其他2个方向(管道径向)上的数千倍;相比爆炸超压而言,管道径向上的动压对爆炸破坏效应的影响较小,而沿管道方向上的动压造成的破坏效应不能忽视;验证了动压与流速的平方呈正比关系,同时通过分析给出了动压基于管道几何尺寸和流速的经验公式。
梯度多胞牺牲层的抗爆炸分析
蔡正宇, 丁圆圆, 王士龙, 郑志军, 虞吉林
[摘要](861) [HTML全文](532) PDF(661)
摘要:
运用一维非线性塑性冲击波模型和细观有限元模型对密度梯度多胞牺牲层的抗爆炸性能进行了分析。基于率无关的刚性-塑性硬化模型,建立了描述冲击波在多胞牺牲层中传播的控制方程,分别给出了正、负密度梯度多胞材料在指数型爆炸载荷作用下的响应特性。研究了可正好吸收爆炸能量的梯度多胞牺牲层的临界厚度与载荷强度、覆盖层质量、多胞材料的密度梯度等参数之间的关系,给出了以临界厚度和支撑端应力峰值为指标的密度梯度设计图。运用二维细观有限元模型验证了基于非线性塑性冲击波模型的抗爆炸分析的有效性。
强爆轰驱动飞片的数值模拟研究
袁帅, 文尚刚, 李平, 董玉斌
[摘要](779) PDF(659)
摘要:
在一维流体动力学程序中,使用了JWLT状态方程,对强爆轰驱动飞片的实验模型进行了数值模拟研究,得到了炸药爆轰产物的压力和密度分布,验证了强爆轰的存在,同时得到了二级飞片自由面的速度曲线,与实验测量结果符合较好,为解释实验结果和设计新的强爆轰实验提供了计算依据,同时验证了程序的正确性。
激波冲击火焰的涡量特性研究
朱跃进, 董刚
[摘要](444) PDF(659)
摘要:
激波冲击火焰的现象涉及一系列复杂的物理化学过程,其中涡量的生成与演化对控制火焰发展起重要作用。为系统分析激波冲击火焰过程中的涡量特性,采用二维带化学反应的Navier-Stokes方程对平面入射激波及其反射激波与球形火焰作用的现象进行了数值研究,通过引入并行计算达到高网格分辨率的要求。计算结果表明,斜压项对火焰区内涡量生成起主导作用,压缩项和耗散项在火焰膨胀阶段抑制涡量生成,此外,火焰在激波压缩阶段主要受物理过程而非化学反应过程影响。
深埋地下洞室断裂型岩爆机理的数值模拟
赵红亮, 周又和
[摘要](577) PDF(656)
摘要:
针对深部岩体中由断层、节理等不连续性结构面引发的岩爆地质灾害,根据深埋地下隧洞中潜在发震断裂的分布特征和几何形态建立数值分析模型,采用离散元单元法模拟存在刚性平直断裂的深部围岩的开挖响应,并分别考察开挖接近并通过断裂附近时围岩应力状态的变化特征。通过探讨断裂的存在对围岩应力状态改变的作用机理,揭示出断裂型岩爆是开挖面附近一定范围内存在的断裂构造在高应力作用下发生错动,导致能量突然释放,对围岩造成强烈冲击作用的结果,基本与地震的断层粘滑机制相类似。
桥梁结构抗爆安全评估研究进展
张宇, 李国强, 陈可鹏, 陈艾荣
[摘要](515) PDF(654)
摘要:
随着恐怖袭击和偶发爆炸事故造成的桥梁爆炸事故不断增多,桥梁结构抗爆安全问题越来越受到关注。本文中系统总结了桥梁结构抗爆安全评估的研究进展,分析桥墩、桥面、桥索和桥塔爆炸载荷作用下桥梁的理论简化方法和结构的动力响应,和桥梁的连续性、冗余性和鲁棒性对结构连续性倒塌的影响,通过对建筑和桥梁抗连续倒塌的研究现状及相关规范的归纳,明确了桥梁连续倒塌的特性及现行桥梁设计方法的缺陷。而后,就承载能力评估、耐久性评估和适用性评估等桥梁安全评估问题的研究进展进行了梳理,并对桥梁爆破拆除技术和近地下爆炸对桥梁产生的响应和破坏作用进行分析,并针对当前研究的现状,分别提出建议。
金属铍的压缩变形行为
肖大武, 邱志聪, 巫祥超, 何立峰
[摘要](487) PDF(652)
摘要:
利用材料试验机及Hopkinson杆装置系统开展热等静压金属铍在不同温度下的静动态压缩力学行为研究,获得了温度、应变率对金属铍屈服强度和加工硬化行为的影响规律。结果表明:金属铍在压缩应力状态下呈现出良好的塑性,同时其力学性能具有显著的应变率敏感性与热软化效应,屈服强度和流动应力随应变率提高呈明显增大趋势,随着温度升高逐渐降低。同时,室温下其加工硬化行为随着应变增大表现为分段硬化特征,随温度升高则趋于理想塑性。最后,采用修正的Johnson-Cook本构模型对实验结果进行了拟合,模型计算结果与实验结果吻合较好。
高台阶抛掷爆破速度规律的数值模拟
黄永辉, 刘殿书, 李胜林, 李祥龙, 王家磊
[摘要](766) PDF(651)
摘要:
为了获得高台阶抛掷爆破作用下岩石的抛掷速度变化规律,结合现场实验,采用理论分析、高速摄影技术、数值计算方法开展研究。研究结果表明,炮孔内炸药起爆后,坡面岩石抛掷初速度达到最大值的时间在93~105 ms之间,最大抛掷初速度在18~28 m/s之间;坡面岩石的最大抛掷初速度在延炮孔内传爆方向呈增长、稳定、下降的趋势;岩石抛掷运动过程的最后阶段呈自由落体运动,个别岩块的运动速度存在增减现象,主要是由于岩体破碎后岩块间存在的相互碰撞作用;高速摄影实验结果验证了数值计算结果的正确性、RHT材料本构模型及参数在高台阶抛掷爆破数值计算过程中的可用性。
应力波数值计算中的SPH方法
孙晓旺, 章杰, 王肖钧, 李永池, 赵凯
[摘要](496) PDF(651)
摘要:
对一维波动方程的SPH格式和有限差分格式进行比较,并采用SPH法模拟了一维应力/应变波, 获得1个可衡量SPH法模拟应力波准确性的重要指标。结果表明,SPH法模拟应力波传播中采用的光滑长度必须不小于粒子间距;采用B-样条核函数和高斯型核函数能够获得良好的应力波图像,而二次型核函数不能,因此二次型核函数不适用于冲击动力学的数值计算。