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水锤效应是高速侵彻体撞击充液容器时所产生的一种现象，由于水锤携带的动能巨大，可能会对飞机油箱结构造成灾难性的破坏，严重威胁飞机作战生存力。以铆接油箱为对象，通过开展弹道射击实验，结合数字图像相关测试技术，获取了铆接油箱在射弹冲击作用下的箱体变形、破孔直径等实验数据；建立了流-固耦合有限元模型，分析了射弹入射速度与射弹动能损失、箱体变形、流体动压、铆钉失效之间的相互规律。结果表明：有限元模拟结果与实验结果基本吻合，数值模型可用于描述油箱在水锤作用下的动力学行为；射弹动能损失、箱体变形量、液体压力峰值与射弹入射速度呈正比例关系；当射弹入射速度达到1400 m/s之后，油箱后壁板开始出现裂纹，并呈花瓣式破孔损伤；当射弹入射速度达到1600 m/s时，铆钉开始发生断裂。研究成果对于认知铆接油箱的水锤毁伤机理以及飞机油箱部件的易损性研究具有重要意义。
水锤效应是高速侵彻体撞击充液容器时所产生的一种现象，由于水锤携带的动能巨大，可能会对飞机油箱结构造成灾难性的破坏，严重威胁飞机作战生存力。以铆接油箱为对象，通过开展弹道射击实验，结合数字图像相关测试技术，获取了铆接油箱在射弹冲击作用下的箱体变形、破孔直径等实验数据；建立了流-固耦合有限元模型，分析了射弹入射速度与射弹动能损失、箱体变形、流体动压、铆钉失效之间的相互规律。结果表明：有限元模拟结果与实验结果基本吻合，数值模型可用于描述油箱在水锤作用下的动力学行为；射弹动能损失、箱体变形量、液体压力峰值与射弹入射速度呈正比例关系；当射弹入射速度达到1400 m/s之后，油箱后壁板开始出现裂纹，并呈花瓣式破孔损伤；当射弹入射速度达到1600 m/s时，铆钉开始发生断裂。研究成果对于认知铆接油箱的水锤毁伤机理以及飞机油箱部件的易损性研究具有重要意义。
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为探究在高速斜侵彻多层钢板过程中弹体的结构响应及失效规律，开展了圆形、椭圆形和非对称椭圆形三种截面弹体对双层钢板的斜侵彻试验，获得了不同弹体的侵彻弹道特性和结构失效情况。在此基础上，采用ABAQUS有限元软件对弹体斜侵彻过程进行数值模拟，分析了弹体轨迹、动态载荷特性以及结构动态响应。最后，建立了弹体的空间自由梁模型，结合动态载荷特性，给出了弹体结构响应分布规
为探究在高速斜侵彻多层钢板过程中弹体的结构响应及失效规律，开展了圆形、椭圆形和非对称椭圆形三种截面弹体对双层钢板的斜侵彻试验，获得了不同弹体的侵彻弹道特性和结构失效情况。在此基础上，采用ABAQUS有限元软件对弹体斜侵彻过程进行数值模拟，分析了弹体轨迹、动态载荷特性以及结构动态响应。最后，建立了弹体的空间自由梁模型，结合动态载荷特性，给出了弹体结构响应分布规
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为了研究椭圆截面战斗部爆轰驱动下壳体断裂形成破片及毁伤特性，设计了五种装药质量和壳体质量比相同而短长轴比不同的战斗部，并开展了静爆威力试验。获得了椭圆截面战斗部破片径向速度分布，同时结合细观观测方法分析了椭圆截面战斗部不同位置壳体爆轰驱动下壳体断裂及损伤特性，同时通过测量战斗部破片对Q235钢板的侵彻开坑参数，量化了椭圆截面战斗部的破片的侵彻毁伤能力。研究结果表明，椭圆截面战斗部破片速度由短轴至长轴方向呈对数趋势增长，相较于圆形截面战斗部存在明显的速度增益，当短长轴比等于0.4时，增益范围达到了83%。在靠近椭圆截面战斗部长轴处，由于壳体受到滑移爆轰为主导的驱动作用，壳体内部的环向拉应力导致破片内表面出现拉伸裂纹，随着短长轴比的增大，破片表面裂纹逐渐消失，而在战斗部短轴处散心爆轰占据主导地位，壳体主要受到径向压应力，并未出现裂纹损伤。此外，由于受到端面稀疏波的影响，战斗部轴向最大毁伤威力出现在距离非起爆端1/4处。而在战斗部径向方向，当短长轴比等于0.4时，短轴毁伤威力达到了长轴的1.83倍，且该差异随着短长轴比的增大逐渐减小。
为了研究椭圆截面战斗部爆轰驱动下壳体断裂形成破片及毁伤特性，设计了五种装药质量和壳体质量比相同而短长轴比不同的战斗部，并开展了静爆威力试验。获得了椭圆截面战斗部破片径向速度分布，同时结合细观观测方法分析了椭圆截面战斗部不同位置壳体爆轰驱动下壳体断裂及损伤特性，同时通过测量战斗部破片对Q235钢板的侵彻开坑参数，量化了椭圆截面战斗部的破片的侵彻毁伤能力。研究结果表明，椭圆截面战斗部破片速度由短轴至长轴方向呈对数趋势增长，相较于圆形截面战斗部存在明显的速度增益，当短长轴比等于0.4时，增益范围达到了83%。在靠近椭圆截面战斗部长轴处，由于壳体受到滑移爆轰为主导的驱动作用，壳体内部的环向拉应力导致破片内表面出现拉伸裂纹，随着短长轴比的增大，破片表面裂纹逐渐消失，而在战斗部短轴处散心爆轰占据主导地位，壳体主要受到径向压应力，并未出现裂纹损伤。此外，由于受到端面稀疏波的影响，战斗部轴向最大毁伤威力出现在距离非起爆端1/4处。而在战斗部径向方向，当短长轴比等于0.4时，短轴毁伤威力达到了长轴的1.83倍，且该差异随着短长轴比的增大逐渐减小。
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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，本文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大量出现的局部密实化区域，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变形模式。这与最大水平应变的提高与新型蜂窝结构的抗冲击性的增强密切相关，特别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，新型反对称弧形蜂窝模型最大水平应变分别提高100%，36%。在中速模式下，分别提高39%，39%。上述研究系统地探讨了速度梯度对反对称弧形蜂窝的变形行为和抗冲击性的影响，为蜂窝结构的稳定性设计提供了指导。
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，本文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大量出现的局部密实化区域，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变形模式。这与最大水平应变的提高与新型蜂窝结构的抗冲击性的增强密切相关，特别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，新型反对称弧形蜂窝模型最大水平应变分别提高100%，36%。在中速模式下，分别提高39%，39%。上述研究系统地探讨了速度梯度对反对称弧形蜂窝的变形行为和抗冲击性的影响，为蜂窝结构的稳定性设计提供了指导。
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针对低附带弹药毁伤需求，发明了一种“十字型”内置破片定向战斗部，根据目标方位可选择不同起爆模式进而控制破片径向飞散特性，在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤，在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值仿真及单元样弹静爆试验研究了相邻两点起爆、相邻三点起爆两种模式下定向战斗部毁伤威力，获得了各个位置处破片速度、径向飞散角等特征参数，并通过引入能量分配角建立了破片格尼速度修正公式。结果表明：相邻两点起爆、相邻三点起爆模式下，定向杀伤区破片径向飞散角分别控制在≯145°、≯67°以内，该区域内破片占总数比例均达到50%，且破片速度呈现梯次分布，介于535m/s~770m/s之间，对1.5mm厚Q235A钢板穿甲率分别达到94.4%、84.6%，可实现对轻型车辆类目标的毁伤，其余区域则为低附带杀伤区，基于能量分配模型求得的破片速度理论计算值与仿真值基本吻合，最大偏差不超过4.2%，研究结果可为低附带杀伤战斗部研制提供新的设计思路。
针对低附带弹药毁伤需求，发明了一种“十字型”内置破片定向战斗部，根据目标方位可选择不同起爆模式进而控制破片径向飞散特性，在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤，在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值仿真及单元样弹静爆试验研究了相邻两点起爆、相邻三点起爆两种模式下定向战斗部毁伤威力，获得了各个位置处破片速度、径向飞散角等特征参数，并通过引入能量分配角建立了破片格尼速度修正公式。结果表明：相邻两点起爆、相邻三点起爆模式下，定向杀伤区破片径向飞散角分别控制在≯145°、≯67°以内，该区域内破片占总数比例均达到50%，且破片速度呈现梯次分布，介于535m/s~770m/s之间，对1.5mm厚Q235A钢板穿甲率分别达到94.4%、84.6%，可实现对轻型车辆类目标的毁伤，其余区域则为低附带杀伤区，基于能量分配模型求得的破片速度理论计算值与仿真值基本吻合，最大偏差不超过4.2%，研究结果可为低附带杀伤战斗部研制提供新的设计思路。
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为突破常规武器装备的毁伤极限，提高其毁伤威力，研究人员提出了一种在高温/高压作用下能够发生化学反应，释放大量能量的活性材料，其在破片战斗部、聚能破甲战斗部等军事领域有着广泛的应用潜力。其中，活性材料力学性能直接影响武器装备对目标的侵彻能力，决定着对目标的最终毁伤威力，一直是武器装备应用中关注的关键参数之一。金属型活性材料作为其中一类，因具有密度大、强度高、稳定性好等优异性能，成为了现代武器装备中关注的重点材料之一。为实现金属型活性材料高穿甲能力并保证其高释能特性，研究人员对其力学性能已经开展了大量研究。为此，本文对金属型活性材料力学行为研究现状进行了综述，简单介绍金属型活性材料的反应方式和制备工艺，详细梳理了金属型活性材料力学性能测试系统、实验研究、微观分析及理论研究等四方面研究进展。总结认为，对金属型活性材料力学性能的研究已经具有一定的沉淀，目前还缺乏材料在电磁条件下力学性能的研究以及外载荷作用下整个动态过程微观表征及其测试系统，并且尚未建立完整的能够描述复杂条件下材料力学性能变化的理论模型。因此，金属型活性材料在电磁条件下力学性能、动态过程中材料微观分析、复杂条件下材料理论模型建立以及高力学性能材料制备工艺四方面的研究内容将是推动其工程实际应用的重点关注对象。
为突破常规武器装备的毁伤极限，提高其毁伤威力，研究人员提出了一种在高温/高压作用下能够发生化学反应，释放大量能量的活性材料，其在破片战斗部、聚能破甲战斗部等军事领域有着广泛的应用潜力。其中，活性材料力学性能直接影响武器装备对目标的侵彻能力，决定着对目标的最终毁伤威力，一直是武器装备应用中关注的关键参数之一。金属型活性材料作为其中一类，因具有密度大、强度高、稳定性好等优异性能，成为了现代武器装备中关注的重点材料之一。为实现金属型活性材料高穿甲能力并保证其高释能特性，研究人员对其力学性能已经开展了大量研究。为此，本文对金属型活性材料力学行为研究现状进行了综述，简单介绍金属型活性材料的反应方式和制备工艺，详细梳理了金属型活性材料力学性能测试系统、实验研究、微观分析及理论研究等四方面研究进展。总结认为，对金属型活性材料力学性能的研究已经具有一定的沉淀，目前还缺乏材料在电磁条件下力学性能的研究以及外载荷作用下整个动态过程微观表征及其测试系统，并且尚未建立完整的能够描述复杂条件下材料力学性能变化的理论模型。因此，金属型活性材料在电磁条件下力学性能、动态过程中材料微观分析、复杂条件下材料理论模型建立以及高力学性能材料制备工艺四方面的研究内容将是推动其工程实际应用的重点关注对象。
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混凝土作为最广泛使用的建筑材料应用于军事防护工程和民用交通基础设施中，其在服役期内可能承受高速侵彻爆炸以及车、船和落石冲击等动态荷载作用。细观尺度上混凝土是由砂浆、粗骨料和界面过渡区（Interface Transition Zone，ITZ）组成的三相复合材料。本文通过建立混凝土的3D细观模型，在细观尺度上分析动态压缩荷载作用下混凝土材料内部裂缝的产生和发展、损伤演化和动态强度及其影响因素。首先，基于传统的“生成-投放”法生成粒径、形状和空间分布均随机的凸多面体粗骨料模型，并通过骨料沉降和粒径缩放实现粗骨料的大体积率（达50%）和可调控；使用四面体网格划分骨料和砂浆表征其真实物理形状；使用界面粘结接触表征ITZ提升计算效率。进一步通过对比不同粗骨料粒径混凝土的分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）试验数据与模拟结果，如杆上应变时程、试件动态应力-应变曲线和试件损伤破坏模式，验证了建立的混凝土3D细观有限元模型、参数确定方法和数值仿真方法的准确性。最后，分析了30~100s-1应变率范围内骨料粒径（4~8mm、10~14mm和22~26mm）、体积率（20%、30%和40%）和类型（石灰岩、花岗岩和玄武岩）对混凝土动态压缩强度的影响。结果表明：粗骨料粒径增大，混凝土动态压缩强度先增大后减小；粗骨料体积率越高，混凝土动态压缩强度越大；混凝土动态压缩强度随粗骨料强度的增加而提高。
混凝土作为最广泛使用的建筑材料应用于军事防护工程和民用交通基础设施中，其在服役期内可能承受高速侵彻爆炸以及车、船和落石冲击等动态荷载作用。细观尺度上混凝土是由砂浆、粗骨料和界面过渡区（Interface Transition Zone，ITZ）组成的三相复合材料。本文通过建立混凝土的3D细观模型，在细观尺度上分析动态压缩荷载作用下混凝土材料内部裂缝的产生和发展、损伤演化和动态强度及其影响因素。首先，基于传统的“生成-投放”法生成粒径、形状和空间分布均随机的凸多面体粗骨料模型，并通过骨料沉降和粒径缩放实现粗骨料的大体积率（达50%）和可调控；使用四面体网格划分骨料和砂浆表征其真实物理形状；使用界面粘结接触表征ITZ提升计算效率。进一步通过对比不同粗骨料粒径混凝土的分离式霍普金森压杆（Split Hopkinson Pressure Bar, SHPB）试验数据与模拟结果，如杆上应变时程、试件动态应力-应变曲线和试件损伤破坏模式，验证了建立的混凝土3D细观有限元模型、参数确定方法和数值仿真方法的准确性。最后，分析了30~100s-1应变率范围内骨料粒径（4~8mm、10~14mm和22~26mm）、体积率（20%、30%和40%）和类型（石灰岩、花岗岩和玄武岩）对混凝土动态压缩强度的影响。结果表明：粗骨料粒径增大，混凝土动态压缩强度先增大后减小；粗骨料体积率越高，混凝土动态压缩强度越大；混凝土动态压缩强度随粗骨料强度的增加而提高。
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为研究泡沫铜孔隙密度(PPI)对不同氢气体积分数的合成气爆炸特性的影响，在封闭的管道中安装15 PPI、25 PPI和40 PPI的泡沫铜，实验分析了当量比为1的合成气-空气在不同氢气体积分数时的火焰结构、尖端速度和超压等参数变化规律。实验结果表明：火焰在泡沫铜上游的行为是受郁金香火焰形成过程的影响，泡沫铜对其没有影响。但是PPI和氢气体积分数的改变不仅会影响郁金香火焰的形成时间，还会影响变形郁金香火焰的形成。泡沫铜将火焰分割促使其从层流向湍流转化，对爆炸火焰传播起到加速作用。泡沫铜会引起管道内超压和火焰尖端速度的极大提升，且PPI越小，氢气体积分数越大，火焰穿过泡沫铜后的最大火焰尖端速度越大，压力上升幅度越大，超压峰值越高。研究成果对于合成气爆炸风险防控具有工程应用价值和参考意义。
为研究泡沫铜孔隙密度(PPI)对不同氢气体积分数的合成气爆炸特性的影响，在封闭的管道中安装15 PPI、25 PPI和40 PPI的泡沫铜，实验分析了当量比为1的合成气-空气在不同氢气体积分数时的火焰结构、尖端速度和超压等参数变化规律。实验结果表明：火焰在泡沫铜上游的行为是受郁金香火焰形成过程的影响，泡沫铜对其没有影响。但是PPI和氢气体积分数的改变不仅会影响郁金香火焰的形成时间，还会影响变形郁金香火焰的形成。泡沫铜将火焰分割促使其从层流向湍流转化，对爆炸火焰传播起到加速作用。泡沫铜会引起管道内超压和火焰尖端速度的极大提升，且PPI越小，氢气体积分数越大，火焰穿过泡沫铜后的最大火焰尖端速度越大，压力上升幅度越大，超压峰值越高。研究成果对于合成气爆炸风险防控具有工程应用价值和参考意义。
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辐照条件下，一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷，氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质，而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合，但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用，当初始孔洞数密度达到一定临界值时，层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文基于损伤早期演化的特征，给出了这一临界值的计算方法，并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时，在完善VG(Void Growth)模型中损伤参数的确定方法的基础上，借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果，对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大情况下，当氦泡浓度低于本文给出的临界氦泡浓度时，需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响；反之，可以采用简单的层裂损伤模型，且不需要计算孔洞成核，但因增长孔洞之间的相互影响，损伤模型的初始损伤参数并非是材料的真实初始损伤，而需要根据我们给出的参数确定方法确定。
辐照条件下，一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷，氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质，而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合，但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用，当初始孔洞数密度达到一定临界值时，层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文基于损伤早期演化的特征，给出了这一临界值的计算方法，并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时，在完善VG(Void Growth)模型中损伤参数的确定方法的基础上，借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果，对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大情况下，当氦泡浓度低于本文给出的临界氦泡浓度时，需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响；反之，可以采用简单的层裂损伤模型，且不需要计算孔洞成核，但因增长孔洞之间的相互影响，损伤模型的初始损伤参数并非是材料的真实初始损伤，而需要根据我们给出的参数确定方法确定。
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超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)是一种同时具备超高强度、超高韧性的新型防护材料，是结构抗冲击设计的理想材料。本文利用Φ35mm火炮对160MPa UHPC靶板开展了216~350m/s速度下的侵彻试验，试验表明，随着弹体速度的增加，侵彻深度与开坑直径皆有明显增加。UHPC材料模型采用LS-DYNA软件中的MAT_RHT模型，为了验证材料模型的有效性，采用霍普金森压杆（SHPB）试验结果对三维有限元模型进行了验证。利用验证过的本构模型，使用LS-DYNA有限元软件模拟UHPC的侵彻过程，对弹体侵彻深度、弹坑直径等方面的数值计算结果与实验结果进行了比较。在此基础上，参数化分析了UHPC抗压强度、弹体质量、侵彻速度、弹径、弹头形状系数（CRH）对UHPC侵彻深度的影响，并据此推导出UHPC侵彻深度计算公式。
超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete，UHPC)是一种同时具备超高强度、超高韧性的新型防护材料，是结构抗冲击设计的理想材料。本文利用Φ35mm火炮对160MPa UHPC靶板开展了216~350m/s速度下的侵彻试验，试验表明，随着弹体速度的增加，侵彻深度与开坑直径皆有明显增加。UHPC材料模型采用LS-DYNA软件中的MAT_RHT模型，为了验证材料模型的有效性，采用霍普金森压杆（SHPB）试验结果对三维有限元模型进行了验证。利用验证过的本构模型，使用LS-DYNA有限元软件模拟UHPC的侵彻过程，对弹体侵彻深度、弹坑直径等方面的数值计算结果与实验结果进行了比较。在此基础上，参数化分析了UHPC抗压强度、弹体质量、侵彻速度、弹径、弹头形状系数（CRH）对UHPC侵彻深度的影响，并据此推导出UHPC侵彻深度计算公式。
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聚能装药水下爆炸过程中会产生高速聚能侵彻体和强间断冲击波等多种毁伤元。由于聚能侵彻体和冲击波的作用时间接近，且聚能装药水下爆炸作用时序的理论并不完善，从而认识两者的作用时序对聚能型战斗部作用下舰船结构的毁伤研究具有重要的意义。首先，基于接触爆炸理论和牛顿第二定律，推导药型罩压垮后加速度和速度公式的基本形式。随后，基于欧拉控制方程，建立聚能装药空中和水下爆炸数值模型，得到装药和药型罩交界面处压力时程曲线，定量的确定药型罩压垮的加速度和速度公式，通过理论公式可解决不同炸高下聚能侵彻体和直达冲击波先后到达目标的问题。为了验证理论公式的可靠性，讨论了空气域长度为五倍装药半径时的复杂工况，数值模拟结果和理论推导基本一致，结果表明：当空气域长度为五倍装药半径时，炸高在三倍装药半径之外，冲击波先于侵彻体。提出了药型罩压垮的加速度和速度理论公式的形式和求解聚能侵彻体和冲击波作用时序问题的思路，为分析聚能装药水下爆炸聚能侵彻体和冲击波的作用时序提供了理论依据。
聚能装药水下爆炸过程中会产生高速聚能侵彻体和强间断冲击波等多种毁伤元。由于聚能侵彻体和冲击波的作用时间接近，且聚能装药水下爆炸作用时序的理论并不完善，从而认识两者的作用时序对聚能型战斗部作用下舰船结构的毁伤研究具有重要的意义。首先，基于接触爆炸理论和牛顿第二定律，推导药型罩压垮后加速度和速度公式的基本形式。随后，基于欧拉控制方程，建立聚能装药空中和水下爆炸数值模型，得到装药和药型罩交界面处压力时程曲线，定量的确定药型罩压垮的加速度和速度公式，通过理论公式可解决不同炸高下聚能侵彻体和直达冲击波先后到达目标的问题。为了验证理论公式的可靠性，讨论了空气域长度为五倍装药半径时的复杂工况，数值模拟结果和理论推导基本一致，结果表明：当空气域长度为五倍装药半径时，炸高在三倍装药半径之外，冲击波先于侵彻体。提出了药型罩压垮的加速度和速度理论公式的形式和求解聚能侵彻体和冲击波作用时序问题的思路，为分析聚能装药水下爆炸聚能侵彻体和冲击波的作用时序提供了理论依据。
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准确计算钻地弹对混凝土材料的侵彻深度和临界贯穿厚度是防护工程领域重点关注的问题。现有侵彻深度计算公式对于大口径钻地弹的预测精度较差，且临界贯穿厚度的计算方法缺乏理论依据。针对上述两问题，基于145组刚性卵弹侵彻混凝土试验数据和32组贯穿混凝土试验数据，对刚性卵弹侵彻和贯穿混凝土靶体的实用化计算模型进行了研究。首先基于对刚性弹侵彻混凝土靶体的阻力分析，提出线性上升-恒定的两阶段阻力模型，建立了考虑尺寸效应影响的侵彻深度实用化计算模型，通过与15组大口径、大长径比的侵彻试验数据及ACE和NDRC公式的对比分析，验证了提出公式的可靠性和优越性。然后基于后坑由拉伸破坏引起的基本假定，给出了临界贯穿厚度、弹道极限和残余速度的计算模型，通过与现有的贯穿试验数据对比分析，验证了计算模型的正确性。
准确计算钻地弹对混凝土材料的侵彻深度和临界贯穿厚度是防护工程领域重点关注的问题。现有侵彻深度计算公式对于大口径钻地弹的预测精度较差，且临界贯穿厚度的计算方法缺乏理论依据。针对上述两问题，基于145组刚性卵弹侵彻混凝土试验数据和32组贯穿混凝土试验数据，对刚性卵弹侵彻和贯穿混凝土靶体的实用化计算模型进行了研究。首先基于对刚性弹侵彻混凝土靶体的阻力分析，提出线性上升-恒定的两阶段阻力模型，建立了考虑尺寸效应影响的侵彻深度实用化计算模型，通过与15组大口径、大长径比的侵彻试验数据及ACE和NDRC公式的对比分析，验证了提出公式的可靠性和优越性。然后基于后坑由拉伸破坏引起的基本假定，给出了临界贯穿厚度、弹道极限和残余速度的计算模型，通过与现有的贯穿试验数据对比分析，验证了计算模型的正确性。
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FRP-混凝土-钢双壁空心管柱（FRP-concrete-steel double skin tubular columns）目前已在桥梁墩柱中得到应用，抗冲击性能是其推广应用的重要指标。为此，基于前期试验，采用ABAQUS软件建立了考虑轴力与侧向冲击耦合影响的有限元模型。首先，分析了轴力-冲击联合作用下该类构件的抗冲击机理；其次，重点研究了FRP厚度和缠绕角度、轴压比、冲击速度、空心率、内钢管径厚比与材料强度对抗冲击性能的影响；最后给出了轴力-冲击耦合作用下构件动力放大系数（δDIF）的计算公式。结果表明，混凝土的塑性变形是构件抗冲击的主要耗能机制；轴力对构件抗冲击性能有明显影响，当轴压比大于0.7时，轴力对抗冲击性能有削弱作用；内钢管径厚比对构件抗冲击性能影响较小；建议的计算公式可较好预测该类构件的抗冲击承载力。
FRP-混凝土-钢双壁空心管柱（FRP-concrete-steel double skin tubular columns）目前已在桥梁墩柱中得到应用，抗冲击性能是其推广应用的重要指标。为此，基于前期试验，采用ABAQUS软件建立了考虑轴力与侧向冲击耦合影响的有限元模型。首先，分析了轴力-冲击联合作用下该类构件的抗冲击机理；其次，重点研究了FRP厚度和缠绕角度、轴压比、冲击速度、空心率、内钢管径厚比与材料强度对抗冲击性能的影响；最后给出了轴力-冲击耦合作用下构件动力放大系数（δDIF）的计算公式。结果表明，混凝土的塑性变形是构件抗冲击的主要耗能机制；轴力对构件抗冲击性能有明显影响，当轴压比大于0.7时，轴力对抗冲击性能有削弱作用；内钢管径厚比对构件抗冲击性能影响较小；建议的计算公式可较好预测该类构件的抗冲击承载力。
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在恐怖袭击和武器打击作用下，建筑结构外框架柱可能遭受近场近地爆炸作用。为了快速评估该工况下建筑柱的动力响应和破坏模式，本文通过数值仿真方法，探究了近场近地爆炸工况下冲击波在建筑柱迎爆面的分布规律，并提供了该工况下的爆炸荷载简化模型。为此，首先利用已有实验数据验证数值模型，并建立典型近地近场爆炸工况的数值模型，然后研究比例爆距和比例爆高对建筑柱冲击波特征参数的影响，最后拟合出柱迎爆面反射冲量和正相超压持续时间的计算公式，将柱迎爆面各点爆炸荷载转化为等效三角形荷载模型，为工程实践中建筑柱遭受近地近场爆炸作用下的抗爆设计提供荷载输入。研究结果表明当比例爆高小于0.3 m/kg1/3，比例爆距在0.4 m/kg1/3-0.6 m/kg1/3范围时，最大反射冲量沿柱高可简化为三折线分布；当比例爆距在0.6 m/kg1/3-1.4 m/kg1/3范围时，最大反射冲量沿柱高可近似简化为双折线分布。在同一比例爆距和比例爆高工况下，随着炸药当量的增加，柱迎爆面相同比例高度处反射超压峰值保持不变而反射冲量正比于当量的立方根。
在恐怖袭击和武器打击作用下，建筑结构外框架柱可能遭受近场近地爆炸作用。为了快速评估该工况下建筑柱的动力响应和破坏模式，本文通过数值仿真方法，探究了近场近地爆炸工况下冲击波在建筑柱迎爆面的分布规律，并提供了该工况下的爆炸荷载简化模型。为此，首先利用已有实验数据验证数值模型，并建立典型近地近场爆炸工况的数值模型，然后研究比例爆距和比例爆高对建筑柱冲击波特征参数的影响，最后拟合出柱迎爆面反射冲量和正相超压持续时间的计算公式，将柱迎爆面各点爆炸荷载转化为等效三角形荷载模型，为工程实践中建筑柱遭受近地近场爆炸作用下的抗爆设计提供荷载输入。研究结果表明当比例爆高小于0.3 m/kg1/3，比例爆距在0.4 m/kg1/3-0.6 m/kg1/3范围时，最大反射冲量沿柱高可简化为三折线分布；当比例爆距在0.6 m/kg1/3-1.4 m/kg1/3范围时，最大反射冲量沿柱高可近似简化为双折线分布。在同一比例爆距和比例爆高工况下，随着炸药当量的增加，柱迎爆面相同比例高度处反射超压峰值保持不变而反射冲量正比于当量的立方根。
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基于高速摄影技术，开展了多工况下弹丸倾斜入水实验，并利用自编程序，对实验图像进行像素点捕捉及数据提取与处理。通过分析弹丸倾斜入水空泡形成、发展及溃灭过程，得到了尾拍过程中弹丸的空泡演化特性。此外，通过对比分析不同入水初速下空泡尺寸及弹丸速度与加速度的变化规律，总结出入水初速对弹丸空泡演化特性及入水运动特性的影响规律。研究结果表明：弹丸发生尾拍后，部分弹尾穿透原始空泡发生沾湿，同时自弹尾向后产生了新的尾拍空泡，尾拍空泡与原始空泡间贴合紧密；尾拍结束后，尾拍空泡在水中的位置基本不变，最终从弹丸原始空泡表面拉脱溃灭，而相同深度的原始空泡在尾拍产生射流影响下加速溃灭；随着入水初速的增加，尾拍空泡的尺寸及原始空泡的长度逐渐增大，尾拍过程中弹尾最大沾湿面积也逐渐增大；随着尾拍次数的增加，弹丸在每次尾拍过程中速度衰减幅值增大，同时弹丸损耗的能量逐渐增多，弹丸存速能力下降。
基于高速摄影技术，开展了多工况下弹丸倾斜入水实验，并利用自编程序，对实验图像进行像素点捕捉及数据提取与处理。通过分析弹丸倾斜入水空泡形成、发展及溃灭过程，得到了尾拍过程中弹丸的空泡演化特性。此外，通过对比分析不同入水初速下空泡尺寸及弹丸速度与加速度的变化规律，总结出入水初速对弹丸空泡演化特性及入水运动特性的影响规律。研究结果表明：弹丸发生尾拍后，部分弹尾穿透原始空泡发生沾湿，同时自弹尾向后产生了新的尾拍空泡，尾拍空泡与原始空泡间贴合紧密；尾拍结束后，尾拍空泡在水中的位置基本不变，最终从弹丸原始空泡表面拉脱溃灭，而相同深度的原始空泡在尾拍产生射流影响下加速溃灭；随着入水初速的增加，尾拍空泡的尺寸及原始空泡的长度逐渐增大，尾拍过程中弹尾最大沾湿面积也逐渐增大；随着尾拍次数的增加，弹丸在每次尾拍过程中速度衰减幅值增大，同时弹丸损耗的能量逐渐增多，弹丸存速能力下降。
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为研究常规武器二次爆炸作用下土中浅埋拱结构的破坏规律，对土中浅埋钢筋混凝土直墙拱结构进行了爆炸试验和数值模拟计算。试验对结构模型缩比，共设置三组六个炮次工况。同时，利用LS-DYNA对该三组工况进行数值模拟计算。通过对比土中测点压力、结构测点速度、结构挠度等数据，发现模拟结果与试验结果基本一致。将数值模拟结果与试验对比后，拓展了二次爆炸的数值模拟工况。比例爆距设置在0.6 m/kg3-0.4 m/kg3，以保证结构以整体破坏为主。综合结构毁伤宏观描述和结构最大挠跨比，对整体作用下结构的毁伤等级进行划分。通过讨论结构的初始毁伤及不同的爆炸顺序时钢筋混凝土直墙拱结构的破坏规律，得出了以下结论：结构受爆炸作用发生开裂、弯曲等破坏时，部分混凝土因开裂或进入塑性而退出工作，从而导致结构的刚度发生改变；结构最终毁伤程度受打击顺序影响，初次爆炸对结构最终损伤影响比重较大。
为研究常规武器二次爆炸作用下土中浅埋拱结构的破坏规律，对土中浅埋钢筋混凝土直墙拱结构进行了爆炸试验和数值模拟计算。试验对结构模型缩比，共设置三组六个炮次工况。同时，利用LS-DYNA对该三组工况进行数值模拟计算。通过对比土中测点压力、结构测点速度、结构挠度等数据，发现模拟结果与试验结果基本一致。将数值模拟结果与试验对比后，拓展了二次爆炸的数值模拟工况。比例爆距设置在0.6 m/kg3-0.4 m/kg3，以保证结构以整体破坏为主。综合结构毁伤宏观描述和结构最大挠跨比，对整体作用下结构的毁伤等级进行划分。通过讨论结构的初始毁伤及不同的爆炸顺序时钢筋混凝土直墙拱结构的破坏规律，得出了以下结论：结构受爆炸作用发生开裂、弯曲等破坏时，部分混凝土因开裂或进入塑性而退出工作，从而导致结构的刚度发生改变；结构最终毁伤程度受打击顺序影响，初次爆炸对结构最终损伤影响比重较大。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0019
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为了研究负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力学响应，采用质量-弹簧模型获得了冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力，同时基于哈密顿原理和一阶剪切变形理论推导了负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板的运动方程，采用Navier法和Duhamel积分对蜂窝板的振动位移进行了理论解析求解。在理论验证方面，蜂窝夹芯板前5阶固有频率的数值模拟结果与本文理论模型计算结果的最大相对误差为6.52%，蜂窝夹芯板中心最大横向位移的数值模拟结果与本文理论模型计算结果的最大相对误差为6.84%，本文理论模型求解的接触力与已发表文献[26-27]接触力的最大相对误差为8%，验证了理论模型的有效性。结果表明，随着球形冲击器的冲击速度递增，蜂窝夹芯板的最大横向位移呈现递增的规律。而在相同冲击载荷下，蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着胞元壁厚的增大而增强，随着胞元角度的增大而减弱；随着负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板长宽比以及夹芯层和顶部蒙皮层的高度比的增大，蜂窝夹芯板的横向位移减小，冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力增大。当蜂窝夹芯板的宽长比从1∶1变化到1∶2时，蜂窝夹芯板最大横向位移减小6.1%；当顶部蒙皮层与蜂窝芯层的高度比从1∶6变化到1∶14时，蜂窝夹芯板的最大横向位移减小5.4%，这表明蜂窝夹芯板的抗冲击性能增强，吸能效果明显。
为了研究负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板在低速冲击下的动力学响应，采用质量-弹簧模型获得了冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力，同时基于哈密顿原理和一阶剪切变形理论推导了负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板的运动方程，采用Navier法和Duhamel积分对蜂窝板的振动位移进行了理论解析求解。在理论验证方面，蜂窝夹芯板前5阶固有频率的数值模拟结果与本文理论模型计算结果的最大相对误差为6.52%，蜂窝夹芯板中心最大横向位移的数值模拟结果与本文理论模型计算结果的最大相对误差为6.84%，本文理论模型求解的接触力与已发表文献[26-27]接触力的最大相对误差为8%，验证了理论模型的有效性。结果表明，随着球形冲击器的冲击速度递增，蜂窝夹芯板的最大横向位移呈现递增的规律。而在相同冲击载荷下，蜂窝夹芯板的抗冲击特性随着胞元壁厚的增大而增强，随着胞元角度的增大而减弱；随着负泊松比蝴蝶形蜂窝夹芯板长宽比以及夹芯层和顶部蒙皮层的高度比的增大，蜂窝夹芯板的横向位移减小，冲击器与蜂窝夹芯板之间的接触力增大。当蜂窝夹芯板的宽长比从1∶1变化到1∶2时，蜂窝夹芯板最大横向位移减小6.1%；当顶部蒙皮层与蜂窝芯层的高度比从1∶6变化到1∶14时，蜂窝夹芯板的最大横向位移减小5.4%，这表明蜂窝夹芯板的抗冲击性能增强，吸能效果明显。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0468
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为了研究近场爆炸作用下单箱三室混凝土箱梁的动力响应和破坏特征，开展了缩比试件爆炸试验和数值模拟。以原型桥梁主梁截面按1∶3缩比设计和制作了箱梁试件，测量了3 kg TNT药柱爆炸作用下试件的反射超压、钢筋应变、竖向位移及破洞形态；采用LS-DYNA软件进行了箱梁爆炸响应模拟，结合试验数据验证了数值模拟方法的可靠性；分析了TNT当量、起爆位置、混凝土强度、配筋率对箱梁抗爆性能的影响。结果表明：3 kg TNT药柱于箱梁中间箱室中心正上方0.4 m处起爆时，在中间箱室顶板中心形成一个椭圆形的贯穿破口，破口沿横、纵桥向长度分别为41.50、45.50 cm；中间箱室顶板底面的混凝土发生大面积剥落，呈现喇叭状冲切破坏特征；多室箱梁的超宽截面形式使得其爆炸响应沿横桥向分布不均匀；箱梁底板竖向位移峰值和钢筋应变峰值随药量的增大而增大，采用最小二乘法得到了对应的拟合曲线表达式；不同起爆位置下，中间箱室底板中心的竖向位移均大于两侧箱室中心的。
为了研究近场爆炸作用下单箱三室混凝土箱梁的动力响应和破坏特征，开展了缩比试件爆炸试验和数值模拟。以原型桥梁主梁截面按1∶3缩比设计和制作了箱梁试件，测量了3 kg TNT药柱爆炸作用下试件的反射超压、钢筋应变、竖向位移及破洞形态；采用LS-DYNA软件进行了箱梁爆炸响应模拟，结合试验数据验证了数值模拟方法的可靠性；分析了TNT当量、起爆位置、混凝土强度、配筋率对箱梁抗爆性能的影响。结果表明：3 kg TNT药柱于箱梁中间箱室中心正上方0.4 m处起爆时，在中间箱室顶板中心形成一个椭圆形的贯穿破口，破口沿横、纵桥向长度分别为41.50、45.50 cm；中间箱室顶板底面的混凝土发生大面积剥落，呈现喇叭状冲切破坏特征；多室箱梁的超宽截面形式使得其爆炸响应沿横桥向分布不均匀；箱梁底板竖向位移峰值和钢筋应变峰值随药量的增大而增大，采用最小二乘法得到了对应的拟合曲线表达式；不同起爆位置下，中间箱室底板中心的竖向位移均大于两侧箱室中心的。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0005
摘要:
为了进一步研究飞行器蒙皮涂层的雨蚀损伤行为、探索其损伤机理、建立涂层雨蚀损伤判据，基于一级轻气炮搭建的单射流冲击试验平台，针对以碳纤维T300编织材料为基体、表面涂有同等厚度的三种涂层试样，在不同冲击速度(360、430、490、555、617 m/s)和冲击角度(0°、15°、30°)下进行了材料雨蚀试验。结果表明，随着雨滴冲击速度的不断提高，试样遭受到的冲击力逐渐增加，导致其损伤面积和体积均呈增大趋势；试样典型损伤形貌均为由损伤区域包围中央未损伤区域的环状损伤组成，且随着损伤加剧形成圆形剥离损伤。单射流冲击涂层出现侵蚀损伤的阈值速度约为360 m/s；而随着冲击角度的逐渐增加，试样的损伤面积和体积均逐渐减小；与硬度、模量等力学参数相比，表面粗糙度对于涂层雨蚀损伤的影响更显著。
为了进一步研究飞行器蒙皮涂层的雨蚀损伤行为、探索其损伤机理、建立涂层雨蚀损伤判据，基于一级轻气炮搭建的单射流冲击试验平台，针对以碳纤维T300编织材料为基体、表面涂有同等厚度的三种涂层试样，在不同冲击速度(360、430、490、555、617 m/s)和冲击角度(0°、15°、30°)下进行了材料雨蚀试验。结果表明，随着雨滴冲击速度的不断提高，试样遭受到的冲击力逐渐增加，导致其损伤面积和体积均呈增大趋势；试样典型损伤形貌均为由损伤区域包围中央未损伤区域的环状损伤组成，且随着损伤加剧形成圆形剥离损伤。单射流冲击涂层出现侵蚀损伤的阈值速度约为360 m/s；而随着冲击角度的逐渐增加，试样的损伤面积和体积均逐渐减小；与硬度、模量等力学参数相比，表面粗糙度对于涂层雨蚀损伤的影响更显著。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0248
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0238
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为研究在吉帕、十微秒级缓前沿斜波作用下压装PBX炸药基体中微介观热点点火行为，设计了一种强约束压装PBX炸药非冲击点火反应驱动的斜波加载装置，基于炸药层流燃烧的燃速模型和自编的二维轴对称有限差分程序对装置输出的压力波形特性进行了分析，讨论了燃烧过程中加载炸药破碎程度和装置结构参数（壳体和隔层厚度）对输出波形的影响。计算结果表明，加载炸药破碎形成的燃烧比表面积大小是影响非冲击点火反应压力演化的关键因素，燃烧比表面积越大，输出的斜波压力越大，峰值压力可达吉帕以上，对应的压力上升前沿可从数十微秒降至数微秒。加载炸药外部壳体厚度即约束强度对非冲击点火反应产生的压力大小影响显著，壳体越厚输出的斜波压力越大。加载炸药与受试炸药之间的隔层厚度直接关系到输出至受试炸药处的斜波压力大小，随着隔层厚度的增大，输出的斜波压力以近似指数的关系衰减。参考计算结果完成了装置的结构设计，对受试PBX炸药进行了斜波加载实验，采用PVDF测得受试炸药入射界面处的压力为1.6 GPa、前沿宽度为25 μs，初步证明了采用强约束压装PBX炸药非冲击点火反应实现吉帕、十微秒级斜波压力输出的可行性。
为研究在吉帕、十微秒级缓前沿斜波作用下压装PBX炸药基体中微介观热点点火行为，设计了一种强约束压装PBX炸药非冲击点火反应驱动的斜波加载装置，基于炸药层流燃烧的燃速模型和自编的二维轴对称有限差分程序对装置输出的压力波形特性进行了分析，讨论了燃烧过程中加载炸药破碎程度和装置结构参数（壳体和隔层厚度）对输出波形的影响。计算结果表明，加载炸药破碎形成的燃烧比表面积大小是影响非冲击点火反应压力演化的关键因素，燃烧比表面积越大，输出的斜波压力越大，峰值压力可达吉帕以上，对应的压力上升前沿可从数十微秒降至数微秒。加载炸药外部壳体厚度即约束强度对非冲击点火反应产生的压力大小影响显著，壳体越厚输出的斜波压力越大。加载炸药与受试炸药之间的隔层厚度直接关系到输出至受试炸药处的斜波压力大小，随着隔层厚度的增大，输出的斜波压力以近似指数的关系衰减。参考计算结果完成了装置的结构设计，对受试PBX炸药进行了斜波加载实验，采用PVDF测得受试炸药入射界面处的压力为1.6 GPa、前沿宽度为25 μs，初步证明了采用强约束压装PBX炸药非冲击点火反应实现吉帕、十微秒级斜波压力输出的可行性。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0018
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针对Y型通风采煤工作面的瓦斯爆炸传播规律，利用Fluent模拟软件，结合余吾煤矿N2105工作面实际情况开展了数值模拟研究。结果表明：模拟结果与前人的实验结果之间的最大相对误差为11.3%，最小相对误差仅为1.7%，验证了数学模型的可靠性；确定了瓦斯爆炸数值模拟最合理的关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度分别为0.4 m、0.10 ms和1 800 K；进风顺槽、胶带顺槽、回风巷道和工作面的瓦斯爆炸超压峰值与爆源之间的距离符合指数函数关系，到达超压峰值所需时间与爆源之间的距离符合线性函数关系；距巷道分叉口7.5 m处，工作面超压衰减率为41.03%，胶带顺槽超压衰减率为25.99%，发生爆炸时胶带顺槽内更危险；工作面分叉处湍流区由右侧逐渐向左侧移动，且巷道分叉处超压峰值会增大；回风巷道火焰消散时间最短，胶带顺槽火焰消散时间次之，工作面火焰消散时间最长；胶带顺槽和回风巷道火焰消散方向与瓦斯爆炸初期火焰传播方向相反，工作面火焰消散方向与瓦斯爆炸初期火焰传播方向一致。
针对Y型通风采煤工作面的瓦斯爆炸传播规律，利用Fluent模拟软件，结合余吾煤矿N2105工作面实际情况开展了数值模拟研究。结果表明：模拟结果与前人的实验结果之间的最大相对误差为11.3%，最小相对误差仅为1.7%，验证了数学模型的可靠性；确定了瓦斯爆炸数值模拟最合理的关键参数网格尺寸、迭代步长和点火温度分别为0.4 m、0.10 ms和1 800 K；进风顺槽、胶带顺槽、回风巷道和工作面的瓦斯爆炸超压峰值与爆源之间的距离符合指数函数关系，到达超压峰值所需时间与爆源之间的距离符合线性函数关系；距巷道分叉口7.5 m处，工作面超压衰减率为41.03%，胶带顺槽超压衰减率为25.99%，发生爆炸时胶带顺槽内更危险；工作面分叉处湍流区由右侧逐渐向左侧移动，且巷道分叉处超压峰值会增大；回风巷道火焰消散时间最短，胶带顺槽火焰消散时间次之，工作面火焰消散时间最长；胶带顺槽和回风巷道火焰消散方向与瓦斯爆炸初期火焰传播方向相反，工作面火焰消散方向与瓦斯爆炸初期火焰传播方向一致。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0109
摘要:
在良好破碎效果的前提下，通过降低孔底冲击波峰值压力来减小上向扇形深孔孔底以上岩体振动，是降低振动保护上部建筑的有效措施。为确定合理的孔底空气柱长度，采用理论研究和现场爆破试验相结合的方法，研究了孔底空气不耦合装药时空气柱长度对孔壁冲击压力的影响规律，得到了炮孔底部空气间隔不耦合装药条件下轴向不耦合因数和孔壁冲击压力曲线；基于岩石动态抗压强度，确定了适用于软、中、硬岩石的合理底部轴向空气间隔长度范围。为检验结论的合理性，进行现场验证试验并分析了爆破后采场顶板成型和爆堆块度的状况，结果表明：空气间隔层使冲击压力作用时间显著增加，而冲击压力峰值有明显减小；当不耦合因数为1.5即空气柱长度为200 mm时，孔底峰值压力衰减了73.4%，当不耦合因数为4即空气柱长度为1 200 mm时，孔底峰值压力衰减了96.7%；当空气间隔层大于60 cm时，炮孔底部出现压力较低的区域。合理的底部空气间隔长度，不仅能保证良好的爆破块度，也能减小孔底峰值压力、降低爆破振动，保护采场顶板和其他保护对象。
在良好破碎效果的前提下，通过降低孔底冲击波峰值压力来减小上向扇形深孔孔底以上岩体振动，是降低振动保护上部建筑的有效措施。为确定合理的孔底空气柱长度，采用理论研究和现场爆破试验相结合的方法，研究了孔底空气不耦合装药时空气柱长度对孔壁冲击压力的影响规律，得到了炮孔底部空气间隔不耦合装药条件下轴向不耦合因数和孔壁冲击压力曲线；基于岩石动态抗压强度，确定了适用于软、中、硬岩石的合理底部轴向空气间隔长度范围。为检验结论的合理性，进行现场验证试验并分析了爆破后采场顶板成型和爆堆块度的状况，结果表明：空气间隔层使冲击压力作用时间显著增加，而冲击压力峰值有明显减小；当不耦合因数为1.5即空气柱长度为200 mm时，孔底峰值压力衰减了73.4%，当不耦合因数为4即空气柱长度为1 200 mm时，孔底峰值压力衰减了96.7%；当空气间隔层大于60 cm时，炮孔底部出现压力较低的区域。合理的底部空气间隔长度，不仅能保证良好的爆破块度，也能减小孔底峰值压力、降低爆破振动，保护采场顶板和其他保护对象。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0513
摘要:
为了探究弹体在侵彻超高性能混凝土过程中弹体出现的反弹现象，基于空腔膨胀理论，分析了弹体从侵彻到反弹全过程的受力情况；分别以一维弹性杆弹性势能模型和一维应力波模型为理论基础，推导得到两种反弹速度的解析解，分析了影响反弹速度的物理量；通过数值模拟复现了弹体反弹现象，验证了理论模型的合理性，数值计算结果和两种解析解吻合良好。研究表明：侵彻阻力使弹体积累变形势能，侵彻结束后变形势能释放造成弹体反弹；反弹初速与着靶速度无关，与靶体材料的屈服强度和弹头形状系数等成正比，与弹体弹性模量和密度成反比。
为了探究弹体在侵彻超高性能混凝土过程中弹体出现的反弹现象，基于空腔膨胀理论，分析了弹体从侵彻到反弹全过程的受力情况；分别以一维弹性杆弹性势能模型和一维应力波模型为理论基础，推导得到两种反弹速度的解析解，分析了影响反弹速度的物理量；通过数值模拟复现了弹体反弹现象，验证了理论模型的合理性，数值计算结果和两种解析解吻合良好。研究表明：侵彻阻力使弹体积累变形势能，侵彻结束后变形势能释放造成弹体反弹；反弹初速与着靶速度无关，与靶体材料的屈服强度和弹头形状系数等成正比，与弹体弹性模量和密度成反比。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0555
摘要:
为了探究受外部不同温度影响下带壳JH-14C传爆药的响应特性，设计了一套慢速烤燃下可测量JH-14C传爆药温度变化和壳体应变的实验装置，获取了不同升温速率下弹体内部温度随时间变化曲线、慢烤响应过程中装药壳体径向应变历程曲线，揭示了带壳JH-14C传爆药的慢烤燃响应特性，将烤燃实验中弹体径向应变测试结果和炸药反应烈度相关联，提出了一种弹药烤燃实验反应等级的判定方法；基于热力学和装药化学反应，建立了带壳装药烤燃热传导模型和Arrhenius模型，采用BP神经网络反演了JH-14C传爆药热的热反应参数，对不同升温速率下弹体内部的温度场进行了研究。结果表明：升温速率越低，装药的响应温度越高，响应越剧烈；随着升温速率的降低，炸药的点火区域从炸药两端外缘逐渐向炸药内部转移。
为了探究受外部不同温度影响下带壳JH-14C传爆药的响应特性，设计了一套慢速烤燃下可测量JH-14C传爆药温度变化和壳体应变的实验装置，获取了不同升温速率下弹体内部温度随时间变化曲线、慢烤响应过程中装药壳体径向应变历程曲线，揭示了带壳JH-14C传爆药的慢烤燃响应特性，将烤燃实验中弹体径向应变测试结果和炸药反应烈度相关联，提出了一种弹药烤燃实验反应等级的判定方法；基于热力学和装药化学反应，建立了带壳装药烤燃热传导模型和Arrhenius模型，采用BP神经网络反演了JH-14C传爆药热的热反应参数，对不同升温速率下弹体内部的温度场进行了研究。结果表明：升温速率越低，装药的响应温度越高，响应越剧烈；随着升温速率的降低，炸药的点火区域从炸药两端外缘逐渐向炸药内部转移。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0506
摘要:
针对跨介质鱼雷撞水冲击造成的结构问题展开研究，垂直入水的鱼雷在短时间内弹道稳定，基于此，探究了各舱段壳体和连接部位的轴向运动规律及受力特性，利用任意拉格朗日-欧拉算法及罚函数法建立了流固耦合计算数值模型，并对其合理性和网格无关性进行了验证。对采用不同连接方式的4种头型鱼雷分别模拟，并与整体式鱼雷进行了对比。结果表明：鱼雷撞水后加速度瞬间升高，头型越尖，所受的冲击越小；由于应力以波的形式向后传递，因此各舱段会依照距离头部的远近依次响应，且强度逐渐减弱；相邻壳体的相对静止状态被打破，运动过程中会不断拉压连接件，使之形状和位置都发生较大变化；壳体相互远离时，雷体外缘产生缝隙，此时连接件应力也达到最大，对连接的稳固性不利。因此，建议工程中增加密封圈或其他固定装置等，以加强对连接部位的保护。
针对跨介质鱼雷撞水冲击造成的结构问题展开研究，垂直入水的鱼雷在短时间内弹道稳定，基于此，探究了各舱段壳体和连接部位的轴向运动规律及受力特性，利用任意拉格朗日-欧拉算法及罚函数法建立了流固耦合计算数值模型，并对其合理性和网格无关性进行了验证。对采用不同连接方式的4种头型鱼雷分别模拟，并与整体式鱼雷进行了对比。结果表明：鱼雷撞水后加速度瞬间升高，头型越尖，所受的冲击越小；由于应力以波的形式向后传递，因此各舱段会依照距离头部的远近依次响应，且强度逐渐减弱；相邻壳体的相对静止状态被打破，运动过程中会不断拉压连接件，使之形状和位置都发生较大变化；壳体相互远离时，雷体外缘产生缝隙，此时连接件应力也达到最大，对连接的稳固性不利。因此，建议工程中增加密封圈或其他固定装置等，以加强对连接部位的保护。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0106
摘要:
为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制，利用自制的可视化球形爆炸罐，通过高速摄像机，压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声，采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场，并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明：随着初始真空度的增加，爆炸火球更加明亮，持续时间更长，形态更稳定；当真空度为0 kPa时，火球在19.35 μs时破裂，而当真空度为−100 kPa时火球在58.05 μs才开始破裂；低初始真空度对火球温度影响较小，而−60 kPa以上的初始真空度会显著提高乳化炸药的爆炸温度；冲击波峰值压力和比冲量均随着初始真空度的升高而降低，但初始真空度对冲击波正压作用时间变化的影响不明显。AUTODYN数值模拟结果表明，随着真空度的提高冲击波峰值压力降低，冲击波速度逐渐减小至与爆轰产物的膨胀速度接近。此外，初始真空度的提高有利于降低爆炸噪声，与常压相比，当罐体内真空压力为−100 kPa时，爆炸噪声的声压级降低了35.9 dB，降幅为29.8%。
为了探究负压条件下乳化炸药的爆轰反应机制，利用自制的可视化球形爆炸罐，通过高速摄像机，压力传感器和噪声仪分别记录乳化炸药的爆炸火焰传播过程、爆轰波压力和爆炸噪声，采用比色测温技术重构了爆炸火球的二维温度场，并深入研究了初始真空度对乳化炸药爆炸温度场、爆轰波特征参数以及爆炸噪声的影响。实验结果表明：随着初始真空度的增加，爆炸火球更加明亮，持续时间更长，形态更稳定；当真空度为0 kPa时，火球在19.35 μs时破裂，而当真空度为−100 kPa时火球在58.05 μs才开始破裂；低初始真空度对火球温度影响较小，而−60 kPa以上的初始真空度会显著提高乳化炸药的爆炸温度；冲击波峰值压力和比冲量均随着初始真空度的升高而降低，但初始真空度对冲击波正压作用时间变化的影响不明显。AUTODYN数值模拟结果表明，随着真空度的提高冲击波峰值压力降低，冲击波速度逐渐减小至与爆轰产物的膨胀速度接近。此外，初始真空度的提高有利于降低爆炸噪声，与常压相比，当罐体内真空压力为−100 kPa时，爆炸噪声的声压级降低了35.9 dB，降幅为29.8%。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0430
摘要:
基于碳纤维增强复合材料面板与金属芯层，设计出金字塔型复合点阵夹芯结构。利用地面爆炸冲击实验，研究复合点阵结构强爆炸载荷作用下的损伤机理和失效模式。基于材料的细观损伤机理，构建复合材料面板的三维渐进损伤模型和金属芯层的Johnson-Cook损伤模型，并结合有限元方法，发展了复合点阵结构的爆炸冲击响应预报模型。开展了不同载荷工况下结构的动态响应特性分析，结合实验测试结果，分析了结构抗爆性能的主要影响因素。研究表明，在近距离强爆炸载荷作用下，复合点阵结构整体构型基本保持完好，仅局部出现失效现象，主要失效形式为边缘区域面芯脱粘和局部芯层杆件断裂，但结构整体上仍具有较好的承载能力。探讨了考虑多种载荷条件和结构参数相关变量的毁伤函数，给出了结构的可行设计域。研究结果可为装备关键部件轻量化/抗爆设计提供参考。
基于碳纤维增强复合材料面板与金属芯层，设计出金字塔型复合点阵夹芯结构。利用地面爆炸冲击实验，研究复合点阵结构强爆炸载荷作用下的损伤机理和失效模式。基于材料的细观损伤机理，构建复合材料面板的三维渐进损伤模型和金属芯层的Johnson-Cook损伤模型，并结合有限元方法，发展了复合点阵结构的爆炸冲击响应预报模型。开展了不同载荷工况下结构的动态响应特性分析，结合实验测试结果，分析了结构抗爆性能的主要影响因素。研究表明，在近距离强爆炸载荷作用下，复合点阵结构整体构型基本保持完好，仅局部出现失效现象，主要失效形式为边缘区域面芯脱粘和局部芯层杆件断裂，但结构整体上仍具有较好的承载能力。探讨了考虑多种载荷条件和结构参数相关变量的毁伤函数，给出了结构的可行设计域。研究结果可为装备关键部件轻量化/抗爆设计提供参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0549
摘要:
为研发轻质高效的能量吸收装置，提出了基于多边形截面与星形截面混合设计的星形混合多胞管（star-shaped hybrid multi-cell tubes, SHM）。采用数值模拟的方法，研究了星形混合多胞管在轴向加载条件下的吸能特性和变形模式，并结合简化超折单元理论推导了该管的平均碰撞力理论公式。研究结果表明，星形混合多胞管的多边形截面与星形截面之间产生了协同效应，额外吸收了更多的冲击动能：当多边形边数N=6时，混合截面的协同性最好；当N=8时，该管的能量吸收效率最高。在此基础上，进一步开展了几何参数分析，发现壁厚对于星形混合多胞管的耐撞性有显著的影响，碰撞力水平随着壁厚的增加而线性增长。此外，星形角度的变化对耐撞性的影响相对较小，碰撞荷载效率和比吸能随着星形角度的增加表现出先增大后减小；当星形角度α=120°时，该管拥有最佳的耐撞性。
为研发轻质高效的能量吸收装置，提出了基于多边形截面与星形截面混合设计的星形混合多胞管（star-shaped hybrid multi-cell tubes, SHM）。采用数值模拟的方法，研究了星形混合多胞管在轴向加载条件下的吸能特性和变形模式，并结合简化超折单元理论推导了该管的平均碰撞力理论公式。研究结果表明，星形混合多胞管的多边形截面与星形截面之间产生了协同效应，额外吸收了更多的冲击动能：当多边形边数N=6时，混合截面的协同性最好；当N=8时，该管的能量吸收效率最高。在此基础上，进一步开展了几何参数分析，发现壁厚对于星形混合多胞管的耐撞性有显著的影响，碰撞力水平随着壁厚的增加而线性增长。此外，星形角度的变化对耐撞性的影响相对较小，碰撞荷载效率和比吸能随着星形角度的增加表现出先增大后减小；当星形角度α=120°时，该管拥有最佳的耐撞性。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0421
摘要:
为研究地应力、地温和动力扰动下岩石的动力特性，利用带围压的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置，对常温（25 ℃）和经历不同高温水冷（100、300、450和600 ℃）后的玄武岩试样开展了恒定动载下不同围压等级（2、4和6 MPa）的动态压缩试验，借助静态力学试验及微观试验的测试结果，分别探讨了温度和围压对玄武岩动态力学特性及破坏特征的影响规律，并基于Weibull分布理论，构建了恒定动载下高温水冷后玄武岩的动态本构模型。结果表明：3组围压下，玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在温度劣化效应，且围压越高，温度劣化效应越显著；常温和经历100~600 ℃高温水冷后玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在围压强化效应，但该围压强化效应在600 ℃时有所减弱。围压一定时，随着温度的升高，试样的破碎程度不断加剧；温度一定时，随着围压的升高，试样的破碎程度逐渐降低。所建立的玄武岩动态本构模型与试验结果具有较好的一致性，可用于预测玄武岩在高温水冷和主动围压耦合作用下的动态力学行为，从而为地下资源开发及地下工程防护提供理论支持。
为研究地应力、地温和动力扰动下岩石的动力特性，利用带围压的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置，对常温（25 ℃）和经历不同高温水冷（100、300、450和600 ℃）后的玄武岩试样开展了恒定动载下不同围压等级（2、4和6 MPa）的动态压缩试验，借助静态力学试验及微观试验的测试结果，分别探讨了温度和围压对玄武岩动态力学特性及破坏特征的影响规律，并基于Weibull分布理论，构建了恒定动载下高温水冷后玄武岩的动态本构模型。结果表明：3组围压下，玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在温度劣化效应，且围压越高，温度劣化效应越显著；常温和经历100~600 ℃高温水冷后玄武岩的动态峰值应力、弹性模量均存在围压强化效应，但该围压强化效应在600 ℃时有所减弱。围压一定时，随着温度的升高，试样的破碎程度不断加剧；温度一定时，随着围压的升高，试样的破碎程度逐渐降低。所建立的玄武岩动态本构模型与试验结果具有较好的一致性，可用于预测玄武岩在高温水冷和主动围压耦合作用下的动态力学行为，从而为地下资源开发及地下工程防护提供理论支持。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0254
摘要:
陶瓷球作为增强相加入到聚氨酯基体中，能够提高复合材料的抗冲击性能。为研究毫米级陶瓷球对聚氨酯复合材料抗冲击性能的影响，基于LS-DYNA的ALE算法对直径为4.5 mm的Al2O3陶瓷球增强聚氨酯基复合材料进行小当量爆炸载荷下的动态响应数值模拟，并探究爆炸当量和陶瓷球尺寸对复合材料性能的影响。结果表明，随着爆炸当量的提高，复合材料挠度/速度增长较为稳定且聚氨酯的吸能效率不断提升；在相同面密度下，陶瓷球尺寸越小，复合材料板受冲击载荷的变化敏感度越低，总体的加速度波动范围也变大。
陶瓷球作为增强相加入到聚氨酯基体中，能够提高复合材料的抗冲击性能。为研究毫米级陶瓷球对聚氨酯复合材料抗冲击性能的影响，基于LS-DYNA的ALE算法对直径为4.5 mm的Al2O3陶瓷球增强聚氨酯基复合材料进行小当量爆炸载荷下的动态响应数值模拟，并探究爆炸当量和陶瓷球尺寸对复合材料性能的影响。结果表明，随着爆炸当量的提高，复合材料挠度/速度增长较为稳定且聚氨酯的吸能效率不断提升；在相同面密度下，陶瓷球尺寸越小，复合材料板受冲击载荷的变化敏感度越低，总体的加速度波动范围也变大。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0452
摘要:
为了探究点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响，自主设计了发射药燃烧爆炸特性试验装置。使用黑火药对单基发射药点火，开展燃烧爆炸试验。通过对铝制鉴定板及约束钢筒内壁烧蚀痕迹的分析，获得不同点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响规律。结果表明，点火初期约束钢筒内发射药燃烧反应不完全，反应剧烈程度较弱；随着距点火端距离增大，发射药燃烧反应剧烈程度变强，但此时反应仍不完全；在约束钢筒末端发射药反应完全。在4.0、5.0和8.0 kJ点火能量下，发射药点火初期到反应剧烈程度迅速增强的成长距离分别为54.66、53.95和19.38 cm。20.0 kJ能量点火初期发射药反应剧烈程度较强，传播至末端时发射药发生爆燃反应，鉴定板产生明显凹痕；发射药在约束钢筒内不同位置分别发生了缓慢燃烧、快速燃烧和爆燃。本研究对单基发射药基础数据的积累与实际装填具有指导意义。
为了探究点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响，自主设计了发射药燃烧爆炸特性试验装置。使用黑火药对单基发射药点火，开展燃烧爆炸试验。通过对铝制鉴定板及约束钢筒内壁烧蚀痕迹的分析，获得不同点火能量对单基发射药燃烧爆炸特性的影响规律。结果表明，点火初期约束钢筒内发射药燃烧反应不完全，反应剧烈程度较弱；随着距点火端距离增大，发射药燃烧反应剧烈程度变强，但此时反应仍不完全；在约束钢筒末端发射药反应完全。在4.0、5.0和8.0 kJ点火能量下，发射药点火初期到反应剧烈程度迅速增强的成长距离分别为54.66、53.95和19.38 cm。20.0 kJ能量点火初期发射药反应剧烈程度较强，传播至末端时发射药发生爆燃反应，鉴定板产生明显凹痕；发射药在约束钢筒内不同位置分别发生了缓慢燃烧、快速燃烧和爆燃。本研究对单基发射药基础数据的积累与实际装填具有指导意义。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0493
摘要:
绝热剪切失效是增材制造金属材料在高应变率载荷下的重要失效方式。使用电火花从冷金属过渡电弧增材技术制备的316L不锈钢单壁上沿着制造方向和扫描方向割出动态加载圆柱试样（尺寸为\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
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绝热剪切失效是增材制造金属材料在高应变率载荷下的重要失效方式。使用电火花从冷金属过渡电弧增材技术制备的316L不锈钢单壁上沿着制造方向和扫描方向割出动态加载圆柱试样（尺寸为
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0538
摘要:
为评估柱形装药接触爆炸对混凝土墩体的破坏能力，采用试验和数值模拟相结合的方法研究了接触爆炸作用下混凝土墩体的易损性，提出了用等毁伤曲线和易损面积评估混凝土墩体易损性的方法，得到了接触爆炸作用下墩体顶面和侧面的毁伤区域特征及装药质量和装药放置位置对墩体毁伤的影响规律。通过建立易损面积的计算模型，分别得到了顶面和侧面接触爆炸作用下墩体不同级别毁伤的易损面积随装药质量的变化曲线，在此基础上比较了顶面和侧面接触爆炸时墩体的易损性差异。研究结果表明：接触爆炸作用下，墩体顶面的毁伤区域近似为正方形，其中心与墩体顶面中心重合；墩体侧面的毁伤区域近似为圆角梯形，其中心位于侧面几何中心下方约10 cm处。装药质量在0.5 ~10.79 kg之间时，侧面接触爆炸更容易破坏墩体。研究成果可为混凝土障碍的破除、破障弹设计及效能评估提供支持和指导。
为评估柱形装药接触爆炸对混凝土墩体的破坏能力，采用试验和数值模拟相结合的方法研究了接触爆炸作用下混凝土墩体的易损性，提出了用等毁伤曲线和易损面积评估混凝土墩体易损性的方法，得到了接触爆炸作用下墩体顶面和侧面的毁伤区域特征及装药质量和装药放置位置对墩体毁伤的影响规律。通过建立易损面积的计算模型，分别得到了顶面和侧面接触爆炸作用下墩体不同级别毁伤的易损面积随装药质量的变化曲线，在此基础上比较了顶面和侧面接触爆炸时墩体的易损性差异。研究结果表明：接触爆炸作用下，墩体顶面的毁伤区域近似为正方形，其中心与墩体顶面中心重合；墩体侧面的毁伤区域近似为圆角梯形，其中心位于侧面几何中心下方约10 cm处。装药质量在0.5 ~10.79 kg之间时，侧面接触爆炸更容易破坏墩体。研究成果可为混凝土障碍的破除、破障弹设计及效能评估提供支持和指导。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0521
摘要:
爆炸致创伤性脑损伤是现代战争和爆炸事故中最常见的伤亡之一。近年来由爆炸波引起的轻度原发性颅脑冲击伤在士兵伤患中占大多数，引起了研究人员重视。由于伦理和技术方面的限制，人体爆炸实验难以开展，数值模拟已经成为研究颅脑爆炸伤的重要手段之一。合理的物理建模结合可靠的模型和参数，能够定量给出爆炸冲击波作用下人体头部和大脑的生物力学响应，揭示大脑损伤的力学机制，这些对于认识颅脑爆炸伤的生物力学特性以及单兵防护装备的设计和优化都具有重要的意义。本文旨在为研究人员提供有关原发性颅脑爆炸伤数值模拟方面研究现状的背景信息，以及在计算建模、力学机制和防护3个方面的进展。重点针对大脑的多尺度性质及颅脑爆炸伤的生物力学建模，介绍了脑组织的线弹性、超弹性和黏超弹性本构模型，人头有限元模型在大脑结构、网格尺寸等方面的发展和演化，以及颅脑爆炸伤的宏观、介观和多尺度建模和数值模拟方法。针对颅脑爆炸伤的波传播直接作用、脑血管系统的影响，以及全身响应的连续过程，分析和讨论了数值模拟得到的力学机制证据。介绍了颅脑爆炸伤防护策略的数值模拟研究进展，如提高头部封闭性的重要性、新结构和新材料的应用。最后，对当前颅脑爆炸伤的数值模拟研究和应用进行了总结，并确定了未来需要发展和改进的地方。
爆炸致创伤性脑损伤是现代战争和爆炸事故中最常见的伤亡之一。近年来由爆炸波引起的轻度原发性颅脑冲击伤在士兵伤患中占大多数，引起了研究人员重视。由于伦理和技术方面的限制，人体爆炸实验难以开展，数值模拟已经成为研究颅脑爆炸伤的重要手段之一。合理的物理建模结合可靠的模型和参数，能够定量给出爆炸冲击波作用下人体头部和大脑的生物力学响应，揭示大脑损伤的力学机制，这些对于认识颅脑爆炸伤的生物力学特性以及单兵防护装备的设计和优化都具有重要的意义。本文旨在为研究人员提供有关原发性颅脑爆炸伤数值模拟方面研究现状的背景信息，以及在计算建模、力学机制和防护3个方面的进展。重点针对大脑的多尺度性质及颅脑爆炸伤的生物力学建模，介绍了脑组织的线弹性、超弹性和黏超弹性本构模型，人头有限元模型在大脑结构、网格尺寸等方面的发展和演化，以及颅脑爆炸伤的宏观、介观和多尺度建模和数值模拟方法。针对颅脑爆炸伤的波传播直接作用、脑血管系统的影响，以及全身响应的连续过程，分析和讨论了数值模拟得到的力学机制证据。介绍了颅脑爆炸伤防护策略的数值模拟研究进展，如提高头部封闭性的重要性、新结构和新材料的应用。最后，对当前颅脑爆炸伤的数值模拟研究和应用进行了总结，并确定了未来需要发展和改进的地方。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0515
摘要:
为增强现有防护装备的性能，设计了一种由聚脲(polyurea，PU)、凯夫拉(Kevlar)和泡沫组成的人体胸部复合防护结构。采用LS-DYNA对胸部复合防护结构在爆炸冲击波与破片冲击下的力学响应进行了数值模拟，分析了防护结构排布类型以及厚度对胸部防护的影响。结果表明：在单独爆炸冲击波作用下，防护结构的不同排布类型对抗爆效果影响较小，PU-Kevlar-泡沫排布结构抗爆效果较好，比透射压力峰值最大的Kevlar-PU-泡沫结构的峰值减小了2.42%；在爆炸冲击波与破片联合作用下，PU-Kevlar-泡沫排布结构防护效果较好，比透射压力峰值最大的PU-Kevlar-PU-泡沫结构的峰值减小了18.49%；适当增加结构的厚度可降低爆炸冲击波与破片联合作用对人体胸部的损伤，但继续增加厚度对防护性能的增益有限。
为增强现有防护装备的性能，设计了一种由聚脲(polyurea，PU)、凯夫拉(Kevlar)和泡沫组成的人体胸部复合防护结构。采用LS-DYNA对胸部复合防护结构在爆炸冲击波与破片冲击下的力学响应进行了数值模拟，分析了防护结构排布类型以及厚度对胸部防护的影响。结果表明：在单独爆炸冲击波作用下，防护结构的不同排布类型对抗爆效果影响较小，PU-Kevlar-泡沫排布结构抗爆效果较好，比透射压力峰值最大的Kevlar-PU-泡沫结构的峰值减小了2.42%；在爆炸冲击波与破片联合作用下，PU-Kevlar-泡沫排布结构防护效果较好，比透射压力峰值最大的PU-Kevlar-PU-泡沫结构的峰值减小了18.49%；适当增加结构的厚度可降低爆炸冲击波与破片联合作用对人体胸部的损伤，但继续增加厚度对防护性能的增益有限。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0475
摘要:
为了防控高温高压工艺流程中可燃混合气体潜在的爆炸风险，利用自行搭建的20 L球形爆炸特性实验装置，测试了初始温度20~200 ℃、初始压力0.1~1.5 MPa条件下C3H8/C2H4混合气体在空气中的爆炸上限，分析了温度、压力、C2H4体积分数对混合气体爆炸上限的影响。结果表明，随着温度和压力的增加，C3H8/C2H4混合气体爆炸上限升高。当初始压力高于0.3 MPa时，随着C2H4体积分数的增加，爆炸上限的上升速率明显降低；随着C2H4体积分数的增加，高温及高压工况下爆炸上限的提升幅度及速率相比于常温常压下更高。温度和压力协同作用对爆炸上限的影响远大于二者单独作用的影响之和，即高温、高压协同作用下，C3H8/C2H4混合气体具有更高的爆炸风险，且随着C2H4体积分数的增加，爆炸风险会进一步提升。分别拟合得到了爆炸上限与温度参数、爆炸上限与压力参数以及爆炸上限与温度及压力双参数下的函数关系。
为了防控高温高压工艺流程中可燃混合气体潜在的爆炸风险，利用自行搭建的20 L球形爆炸特性实验装置，测试了初始温度20~200 ℃、初始压力0.1~1.5 MPa条件下C3H8/C2H4混合气体在空气中的爆炸上限，分析了温度、压力、C2H4体积分数对混合气体爆炸上限的影响。结果表明，随着温度和压力的增加，C3H8/C2H4混合气体爆炸上限升高。当初始压力高于0.3 MPa时，随着C2H4体积分数的增加，爆炸上限的上升速率明显降低；随着C2H4体积分数的增加，高温及高压工况下爆炸上限的提升幅度及速率相比于常温常压下更高。温度和压力协同作用对爆炸上限的影响远大于二者单独作用的影响之和，即高温、高压协同作用下，C3H8/C2H4混合气体具有更高的爆炸风险，且随着C2H4体积分数的增加，爆炸风险会进一步提升。分别拟合得到了爆炸上限与温度参数、爆炸上限与压力参数以及爆炸上限与温度及压力双参数下的函数关系。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0525
摘要:
复合材料Ω形柱在碰撞吸能和轻量化方面具有一定的应用潜力，为研究铺层角度和加载速率对复合材料Ω形柱吸能性能的影响，开展了碳纤维复合材料Ω形柱的轴向压缩实验，深入分析了其吸能评价指标及破坏机理。主要研究内容及结果如下：进行了3种铺层角度（[0/90]3s、[0/45/90/−45]3和[±45]3s）Ω形柱的准静态和动态压缩实验研究。准静态加载时，[0/90]3s和[0/45/90/−45]3铺层角度试样均表现为渐进破坏，而[±45]3s铺层角度试样表现为非稳态破坏，破坏模式的不同导致其比吸能约为前2种铺层试样的1/2；动态加载时，3种铺层角度的Ω形柱均表现为渐进破坏，且比吸能较为接近。其中，[0/90]3s和[0/45/90/−45]3铺层角度Ω形柱在动态加载时的比吸能较准静态分别降低了29.70%和20.97%，而[±45]3s比吸能较准静态提高了46.10%，破坏模式的转变是其比吸能提高的主要原因。准静态加载时，铺层角度对Ω形柱比吸能有一定影响。而动态加载时，加载速率的影响占主导地位，铺层角度影响较小。
复合材料Ω形柱在碰撞吸能和轻量化方面具有一定的应用潜力，为研究铺层角度和加载速率对复合材料Ω形柱吸能性能的影响，开展了碳纤维复合材料Ω形柱的轴向压缩实验，深入分析了其吸能评价指标及破坏机理。主要研究内容及结果如下：进行了3种铺层角度（[0/90]3s、[0/45/90/−45]3和[±45]3s）Ω形柱的准静态和动态压缩实验研究。准静态加载时，[0/90]3s和[0/45/90/−45]3铺层角度试样均表现为渐进破坏，而[±45]3s铺层角度试样表现为非稳态破坏，破坏模式的不同导致其比吸能约为前2种铺层试样的1/2；动态加载时，3种铺层角度的Ω形柱均表现为渐进破坏，且比吸能较为接近。其中，[0/90]3s和[0/45/90/−45]3铺层角度Ω形柱在动态加载时的比吸能较准静态分别降低了29.70%和20.97%，而[±45]3s比吸能较准静态提高了46.10%，破坏模式的转变是其比吸能提高的主要原因。准静态加载时，铺层角度对Ω形柱比吸能有一定影响。而动态加载时，加载速率的影响占主导地位，铺层角度影响较小。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0526
摘要:
岩石的动态裂纹扩展特性在岩石力学和岩石工程研究中具有重要意义。动荷载下岩石中裂纹的扩展行为是瞬间发生的，这对实验中测试和加载技术具有很大的挑战性。为综述动荷载下岩石材料裂纹扩展研究取得的丰硕成果，总结了岩石动态裂纹扩展测试技术、实验设备和实验方法等方面的最新进展。首先，讨论了动态岩石裂纹扩展测试的各种测量技术（X射线计算机断层扫描技术、焦散线法、数字图像相关法、裂纹扩展计、导电碳膜测试方法、声发射）；然后，以应变率为主线，从低到高依次总结了中低应变率、高应变率和超高应变率下岩石内裂纹动态扩展行为研究，系统讨论了落锤冲击装置、霍普金森压杆、爆炸实验中对裂纹扩展测试的实验方法和动态裂纹扩展特性，总结了不同应变率条件下岩石裂纹的起裂、扩展、止裂及动态断裂韧度等的演变规律。
岩石的动态裂纹扩展特性在岩石力学和岩石工程研究中具有重要意义。动荷载下岩石中裂纹的扩展行为是瞬间发生的，这对实验中测试和加载技术具有很大的挑战性。为综述动荷载下岩石材料裂纹扩展研究取得的丰硕成果，总结了岩石动态裂纹扩展测试技术、实验设备和实验方法等方面的最新进展。首先，讨论了动态岩石裂纹扩展测试的各种测量技术（X射线计算机断层扫描技术、焦散线法、数字图像相关法、裂纹扩展计、导电碳膜测试方法、声发射）；然后，以应变率为主线，从低到高依次总结了中低应变率、高应变率和超高应变率下岩石内裂纹动态扩展行为研究，系统讨论了落锤冲击装置、霍普金森压杆、爆炸实验中对裂纹扩展测试的实验方法和动态裂纹扩展特性，总结了不同应变率条件下岩石裂纹的起裂、扩展、止裂及动态断裂韧度等的演变规律。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0392
摘要:
利用待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取冲击波反射超压峰值的新型测量方法已经得到初步实验验证，该方法具有无需标定、制作简单、成本低廉、测量精度高等优点。为优选薄膜式压力传感器的主要参数，并获取压力测量的不确定度，开展数值模拟，分析薄膜厚度、待测压力、拟合参数等因素对压力测量的影响。对薄膜的位移或者速度信号进行拟合处理，获得冲击起始时刻薄膜的加速度值，进而得到待测压力峰值；将获得的压力值与标准压力值进行比对，得出拟合时长、拟合多项式阶次、薄膜厚度等因素的优选值，并获得薄膜式压力传感器的主要技术指标。另外，开展激波管比对实验，验证数值模拟的相关结论。
利用待测压力与薄膜加速度之间的正比例关系来获取冲击波反射超压峰值的新型测量方法已经得到初步实验验证，该方法具有无需标定、制作简单、成本低廉、测量精度高等优点。为优选薄膜式压力传感器的主要参数，并获取压力测量的不确定度，开展数值模拟，分析薄膜厚度、待测压力、拟合参数等因素对压力测量的影响。对薄膜的位移或者速度信号进行拟合处理，获得冲击起始时刻薄膜的加速度值，进而得到待测压力峰值；将获得的压力值与标准压力值进行比对，得出拟合时长、拟合多项式阶次、薄膜厚度等因素的优选值，并获得薄膜式压力传感器的主要技术指标。另外，开展激波管比对实验，验证数值模拟的相关结论。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0512
摘要:
为了进一步研究弹体侵彻混凝土靶的开坑作用过程，基于开坑破坏过程分析对开坑阶段进行划分，结合弹体头部形状函数、Z模型流线场分布以及法向膨胀理论，建立考虑混凝土飞溅过程影响的开坑阻力计算模型，并运用文献中试验数据验证模型的可靠性。在此基础上，进一步分析了典型弹靶参数对弹体侵彻混凝土靶动态开坑作用过程的影响规律。研究结果表明：弹体开坑飞溅区范围随弹体头部形状系数和混凝土强度的增大而减小；飞溅区范围达到稳定的时间和动态开坑作用时间随初速和混凝土强度的增大而缩短，随弹体头部形状系数的增大而增大；相较于弹体头部形状系数和混凝土强度，初始撞击速度对动态开坑作用过程的影响更显著。
为了进一步研究弹体侵彻混凝土靶的开坑作用过程，基于开坑破坏过程分析对开坑阶段进行划分，结合弹体头部形状函数、Z模型流线场分布以及法向膨胀理论，建立考虑混凝土飞溅过程影响的开坑阻力计算模型，并运用文献中试验数据验证模型的可靠性。在此基础上，进一步分析了典型弹靶参数对弹体侵彻混凝土靶动态开坑作用过程的影响规律。研究结果表明：弹体开坑飞溅区范围随弹体头部形状系数和混凝土强度的增大而减小；飞溅区范围达到稳定的时间和动态开坑作用时间随初速和混凝土强度的增大而缩短，随弹体头部形状系数的增大而增大；相较于弹体头部形状系数和混凝土强度，初始撞击速度对动态开坑作用过程的影响更显著。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0445
摘要:
为获得黏土中爆炸成坑体积与耦合地冲击能量的关系，采用10.5 g TNT厘米级球形炸药球作为爆炸源，在\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
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为获得黏土中爆炸成坑体积与耦合地冲击能量的关系，采用10.5 g TNT厘米级球形炸药球作为爆炸源，在
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0231
摘要:
为研究攻角对不同厚度芳纶层合板抗平头弹侵彻性能的影响，构建了三维有限元计算模型，首先通过对比实验结果验证了其可靠性，然后基于该数值模型，进一步计算了0°～30°攻角范围内，4、8和16 mm靶板的弹道响应，从子弹剩余速度、靶板能量吸收率、极限弹道速度与穿孔能量阈值四个方面，综合评估了芳纶层合板的抗侵彻性能。结果表明：攻角的影响与靶板厚度及子弹入射速度有关，随着攻角的增大，靶板的极限速度和穿孔能量阈值均有所降低，降低的程度随厚度的增加而减小；入射速度接近芳纶层合板弹道极限速度时，子弹剩余速度随着攻角增大而增大，但速度远高于弹道极限速度时，子弹剩余速度随着攻角增大而减小；攻角对芳纶层合板弹道性能的影响机理随靶板的破坏模式不同而改变。
为研究攻角对不同厚度芳纶层合板抗平头弹侵彻性能的影响，构建了三维有限元计算模型，首先通过对比实验结果验证了其可靠性，然后基于该数值模型，进一步计算了0°～30°攻角范围内，4、8和16 mm靶板的弹道响应，从子弹剩余速度、靶板能量吸收率、极限弹道速度与穿孔能量阈值四个方面，综合评估了芳纶层合板的抗侵彻性能。结果表明：攻角的影响与靶板厚度及子弹入射速度有关，随着攻角的增大，靶板的极限速度和穿孔能量阈值均有所降低，降低的程度随厚度的增加而减小；入射速度接近芳纶层合板弹道极限速度时，子弹剩余速度随着攻角增大而增大，但速度远高于弹道极限速度时，子弹剩余速度随着攻角增大而减小；攻角对芳纶层合板弹道性能的影响机理随靶板的破坏模式不同而改变。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0007
摘要:
如何沿空间三坐标轴方向激励能够被准确追溯和计量的三分量同步冲击载荷是三轴加速度计标定技术中的核心和关键。为实现对大量程（103g～104g）三轴加速度计的同步冲击标定，采用跌落台配合冲击放大器激励沿竖直方向的单轴冲击载荷，然后借助设置有倾斜面的砧座并基于矢量分解原理将沿竖直方向激励的单轴冲击载荷分解到以特定姿态安装的三轴加速度计的各敏感轴上，以此实现了三分量冲击载荷的同步激励与三轴加速度计的同步冲击加载。采用高速相机结合MATLAB图像处理的方法对冲击标定过程中三轴加速度计各敏感轴输入的加速度进行了计量。基于最小二乘原理与矩阵微分对同步标定中三轴加速度计包含主灵敏度系数与轴间耦合灵敏度系数的灵敏度矩阵进行了求解。最后，对单轴依次标定和同步标定后三轴加速度计的泛化测量精度进行了对比。研究结果表明：基于矢量分解原理的同步冲击载荷激励方法具有有效性，可实现对三轴加速度计各敏感轴的同步冲击加载；基于高速相机与MATLAB图像处理的测量方法作为一种绝对光学测量法应用于加速度计冲击标定中对加速度量的测量具有可行性和有效性；同步标定相对单轴依次标定可提升三轴加速度计的测量精度，实际工程中，三轴加速度计建议选用同步法进行标定以保证测量结果的准确性和可靠性。
如何沿空间三坐标轴方向激励能够被准确追溯和计量的三分量同步冲击载荷是三轴加速度计标定技术中的核心和关键。为实现对大量程（103g～104g）三轴加速度计的同步冲击标定，采用跌落台配合冲击放大器激励沿竖直方向的单轴冲击载荷，然后借助设置有倾斜面的砧座并基于矢量分解原理将沿竖直方向激励的单轴冲击载荷分解到以特定姿态安装的三轴加速度计的各敏感轴上，以此实现了三分量冲击载荷的同步激励与三轴加速度计的同步冲击加载。采用高速相机结合MATLAB图像处理的方法对冲击标定过程中三轴加速度计各敏感轴输入的加速度进行了计量。基于最小二乘原理与矩阵微分对同步标定中三轴加速度计包含主灵敏度系数与轴间耦合灵敏度系数的灵敏度矩阵进行了求解。最后，对单轴依次标定和同步标定后三轴加速度计的泛化测量精度进行了对比。研究结果表明：基于矢量分解原理的同步冲击载荷激励方法具有有效性，可实现对三轴加速度计各敏感轴的同步冲击加载；基于高速相机与MATLAB图像处理的测量方法作为一种绝对光学测量法应用于加速度计冲击标定中对加速度量的测量具有可行性和有效性；同步标定相对单轴依次标定可提升三轴加速度计的测量精度，实际工程中，三轴加速度计建议选用同步法进行标定以保证测量结果的准确性和可靠性。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0225
摘要:
为研究近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土（precast concrete，PC）柱的抗爆性能与受损后的加固修复性能，开展了足尺PC柱化爆试验与受损柱加固修复轴压试验研究。共开展了3次化爆试验，获得了PC柱的动力响应与损伤破坏试验数据，分析了PC柱与现浇钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）柱试验结果的差异。近爆荷载作用下，PC柱呈现出局部损伤破坏模式，爆心附近混凝土剥落，出现斜裂缝，装配位置的交界面出现贯穿裂缝，锚浆搭接PC柱比灌浆套筒PC柱的损伤更加严重。两种装配形式的PC柱整体上具有与RC柱相近的抗爆性能，但装配界面削弱了PC柱的整体性与抗剪切能力，是PC柱典型的薄弱位置。轴压试验结果表明，分别采用置换混凝土和置换后外包碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforcement polymer, CFRP)布的方式加固受损的两根PC柱，其轴向承载力均超过了同规格未受损柱的试验承载力和设计承载力。
为研究近爆荷载作用下装配式钢筋混凝土（precast concrete，PC）柱的抗爆性能与受损后的加固修复性能，开展了足尺PC柱化爆试验与受损柱加固修复轴压试验研究。共开展了3次化爆试验，获得了PC柱的动力响应与损伤破坏试验数据，分析了PC柱与现浇钢筋混凝土（reinforced concrete, RC）柱试验结果的差异。近爆荷载作用下，PC柱呈现出局部损伤破坏模式，爆心附近混凝土剥落，出现斜裂缝，装配位置的交界面出现贯穿裂缝，锚浆搭接PC柱比灌浆套筒PC柱的损伤更加严重。两种装配形式的PC柱整体上具有与RC柱相近的抗爆性能，但装配界面削弱了PC柱的整体性与抗剪切能力，是PC柱典型的薄弱位置。轴压试验结果表明，分别采用置换混凝土和置换后外包碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforcement polymer, CFRP)布的方式加固受损的两根PC柱，其轴向承载力均超过了同规格未受损柱的试验承载力和设计承载力。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0313
摘要:
战斗部复杂的末弹道参数会影响近地爆炸冲击波的周向传播规律及对目标的毁伤程度，研究柱形装药近地爆炸冲击波传播规律对精确评估毁伤效能具有重要的工程意义。基于AUTODYN-3D软件对不同末弹道参数的柱形装药近地爆炸进行了数值模拟，通过对2个方向分别建模，获得了柱形装药近地爆炸下前、后、侧3个方向的冲击波压力数据；研究了战斗部的落速、落角、爆心高度和装药长径比4个参数对柱形装药近地爆炸冲击波传播的影响规律，分析了冲击波的演化过程、峰值压力和马赫杆高度。研究结果表明：静爆时，爆心高度是影响冲击波马赫杆高度的主要因素，落角与装药长径是影响马赫杆高度方向差异的主要因素；动爆时，能够增大周向马赫杆高度，前方最显著；另外，随着动爆速度的提升，前向冲击波峰值线性增大。正交优化的结果显示，4种变量中，动爆速度对柱形装药前方峰值压力极差最大，落角对后方峰值压力极差最大，爆心高度对马赫杆高度影响最大。通过研究柱形装药近地动爆冲击波周向传播规律，表明合理的调整装药参数和近地爆炸姿态对实现某方向的最大毁伤或减小超压伤害具有借鉴意义。
战斗部复杂的末弹道参数会影响近地爆炸冲击波的周向传播规律及对目标的毁伤程度，研究柱形装药近地爆炸冲击波传播规律对精确评估毁伤效能具有重要的工程意义。基于AUTODYN-3D软件对不同末弹道参数的柱形装药近地爆炸进行了数值模拟，通过对2个方向分别建模，获得了柱形装药近地爆炸下前、后、侧3个方向的冲击波压力数据；研究了战斗部的落速、落角、爆心高度和装药长径比4个参数对柱形装药近地爆炸冲击波传播的影响规律，分析了冲击波的演化过程、峰值压力和马赫杆高度。研究结果表明：静爆时，爆心高度是影响冲击波马赫杆高度的主要因素，落角与装药长径是影响马赫杆高度方向差异的主要因素；动爆时，能够增大周向马赫杆高度，前方最显著；另外，随着动爆速度的提升，前向冲击波峰值线性增大。正交优化的结果显示，4种变量中，动爆速度对柱形装药前方峰值压力极差最大，落角对后方峰值压力极差最大，爆心高度对马赫杆高度影响最大。通过研究柱形装药近地动爆冲击波周向传播规律，表明合理的调整装药参数和近地爆炸姿态对实现某方向的最大毁伤或减小超压伤害具有借鉴意义。
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doi: 10.11883/bzycj-2022-0489
摘要:
为了认识慢烤过程中初始空腔体积率对HMX基PBX-3炸药热致相变以及点火响应特性的影响，设计了小尺寸强约束慢烤实验装置。在相同温升速率下，开展了空腔体积率分别为1.0%、4.2%和13.8%的约束PBX-3炸药慢烤实验，获得了炸药内部不同位置以及约束壳体表面的温度演变历程，对炸药中HMX相变过程、初始空腔体积率对HMX相变影响的机制、HMX相变进程对点火反应温度的影响进行了详细分析。结果表明：初始空腔体积率越小，HMX相变吸热表现出的温度平台持续时间越短，点火时刻约束壳体表面的温度越高。分析认为初始空腔体积率越小，慢烤加热至HMX相变温度时刻，PBX-3炸药受到的热应力越大，延缓了慢烤过程中β-HMX转化为δ-HMX的相变进程；由于δ-HMX的热感度更高，慢烤实验过程中HMX的相变进程越慢，δ-HMX放热分解反应引起的热量积累越慢，炸药点火反应时刻约束壳体的温度越高。
为了认识慢烤过程中初始空腔体积率对HMX基PBX-3炸药热致相变以及点火响应特性的影响，设计了小尺寸强约束慢烤实验装置。在相同温升速率下，开展了空腔体积率分别为1.0%、4.2%和13.8%的约束PBX-3炸药慢烤实验，获得了炸药内部不同位置以及约束壳体表面的温度演变历程，对炸药中HMX相变过程、初始空腔体积率对HMX相变影响的机制、HMX相变进程对点火反应温度的影响进行了详细分析。结果表明：初始空腔体积率越小，HMX相变吸热表现出的温度平台持续时间越短，点火时刻约束壳体表面的温度越高。分析认为初始空腔体积率越小，慢烤加热至HMX相变温度时刻，PBX-3炸药受到的热应力越大，延缓了慢烤过程中β-HMX转化为δ-HMX的相变进程；由于δ-HMX的热感度更高，慢烤实验过程中HMX的相变进程越慢，δ-HMX放热分解反应引起的热量积累越慢，炸药点火反应时刻约束壳体的温度越高。
2023, 43(5).
PDF (33)
摘要:
2023, 43(5): 1-2.
摘要:
2023, 43(5): 052201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0161
摘要:
高聚物材料具有成型快和膨胀性能好的特点，该材料与碎石和钢筋的复合结构应用于地基处理和城市道路脱空除险加固，具有明显优势。本文中，设计并制作了高聚物碎石板和钢筋高聚物板，开展了接触爆炸冲击下的试验研究，通过毁伤尺寸和所测冲击波数据探讨了2种板的毁伤特性。基于ANSYS/AUTODYN非线性显式有限元程序，建立了试验中毁伤更严重的钢筋高聚物板的接触爆炸全耦合模型，并通过与试验结果的对比，验证了所建耦合模型的准确性和适用性。参数化分析了钢筋高聚物板对炸药量和板厚的敏感性，并利用多参数非线性回归分析方法，提出了钢筋高聚物板迎爆面和背爆面破坏直径的预测公式。结果表明：接触爆炸作用下，高聚物碎石板的毁伤模式以接触部位的局部震塌冲切破坏为主，除此之还有一些毁伤裂纹；钢筋高聚物板的破坏模式主要是迎爆面爆坑毁伤、背爆面剥落损伤和中心冲切贯穿破坏。高聚物碎石板和钢筋高聚物板对爆炸冲击波都具有良好的衰减作用，有望应用到抗爆炸冲击防护领域。
高聚物材料具有成型快和膨胀性能好的特点，该材料与碎石和钢筋的复合结构应用于地基处理和城市道路脱空除险加固，具有明显优势。本文中，设计并制作了高聚物碎石板和钢筋高聚物板，开展了接触爆炸冲击下的试验研究，通过毁伤尺寸和所测冲击波数据探讨了2种板的毁伤特性。基于ANSYS/AUTODYN非线性显式有限元程序，建立了试验中毁伤更严重的钢筋高聚物板的接触爆炸全耦合模型，并通过与试验结果的对比，验证了所建耦合模型的准确性和适用性。参数化分析了钢筋高聚物板对炸药量和板厚的敏感性，并利用多参数非线性回归分析方法，提出了钢筋高聚物板迎爆面和背爆面破坏直径的预测公式。结果表明：接触爆炸作用下，高聚物碎石板的毁伤模式以接触部位的局部震塌冲切破坏为主，除此之还有一些毁伤裂纹；钢筋高聚物板的破坏模式主要是迎爆面爆坑毁伤、背爆面剥落损伤和中心冲切贯穿破坏。高聚物碎石板和钢筋高聚物板对爆炸冲击波都具有良好的衰减作用，有望应用到抗爆炸冲击防护领域。
2023, 43(5): 052202.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0113
摘要:
为研究不同爆距水下爆炸对重力坝的毁伤效应，并探讨是否存在“最优爆距”，基于离心模型试验建立了炸药-库水-空气-重力坝结构的全耦合数值模型，并设计了60组数值计算工况。不同工况水深均为600 mm，炸药量为2.2 g，重力坝模型几何比尺为1/80，包含5组爆深（50～250 mm），每组爆深对应12组爆距，爆距范围为10~200 mm，相应比例爆距范围为0.077~1.54 m/kg1/3。对比分析了不同爆距水下爆炸对重力坝的毁伤程度，并定量比较了重力坝平均损伤、单元删除率、应力、应变等参数。结果表明，对于重力坝整体结构破坏，如重力坝整体弯曲导致的拉伸破坏，水下爆炸对重力坝的毁伤效应存在“最优爆距”，即随着爆距增加重力坝毁伤程度先增加后降低；与之类似，随着爆距的增加，重力坝上游坝面损伤区域的平均损伤、重力坝单元删除率、坝踵最大拉应力平均值和坝踵最大拉应变平均值先增加后降低且在40 mm爆距附近达到最大值。保持水深、炸药量和重力坝几何模型相同，5组不同爆深近水面水下爆炸对重力坝毁伤效应的“最优爆距”均在40 mm附近，表明近水面水下爆炸时爆深对“最优爆距”不存在显著影响。
为研究不同爆距水下爆炸对重力坝的毁伤效应，并探讨是否存在“最优爆距”，基于离心模型试验建立了炸药-库水-空气-重力坝结构的全耦合数值模型，并设计了60组数值计算工况。不同工况水深均为600 mm，炸药量为2.2 g，重力坝模型几何比尺为1/80，包含5组爆深（50～250 mm），每组爆深对应12组爆距，爆距范围为10~200 mm，相应比例爆距范围为0.077~1.54 m/kg1/3。对比分析了不同爆距水下爆炸对重力坝的毁伤程度，并定量比较了重力坝平均损伤、单元删除率、应力、应变等参数。结果表明，对于重力坝整体结构破坏，如重力坝整体弯曲导致的拉伸破坏，水下爆炸对重力坝的毁伤效应存在“最优爆距”，即随着爆距增加重力坝毁伤程度先增加后降低；与之类似，随着爆距的增加，重力坝上游坝面损伤区域的平均损伤、重力坝单元删除率、坝踵最大拉应力平均值和坝踵最大拉应变平均值先增加后降低且在40 mm爆距附近达到最大值。保持水深、炸药量和重力坝几何模型相同，5组不同爆深近水面水下爆炸对重力坝毁伤效应的“最优爆距”均在40 mm附近，表明近水面水下爆炸时爆深对“最优爆距”不存在显著影响。
2023, 43(5): 052301.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0234
摘要:
为了确定战斗部装药在快速烤燃条件下能稳定燃烧的临界泄压面积，基于质量守恒定律和气体状态方程，建立了战斗部壳体内考虑炸药初始温度和排气孔排气的气体压力增长模型。以B炸药圆柱战斗部为研究对象，研究了炸药意外点火后能稳定燃烧的AV0/SB（临界泄压面积/炸药外表面积）确定方法，并与实验值进行了比较。结果表明，本文建立的模型能够很好地预测B炸药战斗部的临界泄压面积。研究了战斗部炸药装药表面积、炸药初始温度、空气体积占比和炸药燃速对AV0/SB的影响，并将不同温度的模型预测值与实验值进行了比较。结果表明：炸药装药表面积对AV0/SB基本没有影响；AV0/SB与温度和炸药燃速成正相关，与空气体积占比成负相关；不同温度的模型预测值AV0/SB与实验值吻合较好。
为了确定战斗部装药在快速烤燃条件下能稳定燃烧的临界泄压面积，基于质量守恒定律和气体状态方程，建立了战斗部壳体内考虑炸药初始温度和排气孔排气的气体压力增长模型。以B炸药圆柱战斗部为研究对象，研究了炸药意外点火后能稳定燃烧的AV0/SB（临界泄压面积/炸药外表面积）确定方法，并与实验值进行了比较。结果表明，本文建立的模型能够很好地预测B炸药战斗部的临界泄压面积。研究了战斗部炸药装药表面积、炸药初始温度、空气体积占比和炸药燃速对AV0/SB的影响，并将不同温度的模型预测值与实验值进行了比较。结果表明：炸药装药表面积对AV0/SB基本没有影响；AV0/SB与温度和炸药燃速成正相关，与空气体积占比成负相关；不同温度的模型预测值AV0/SB与实验值吻合较好。
2023, 43(5): 053101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0050
摘要:
为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能，采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发，获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据，分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式，对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时，对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验，研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应，拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系，并改进普通混凝土侵深的经验公式，得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明：钢管壁厚是影响侵深的重要因素，壁厚越大，侵深越小；着靶点位置对侵深的影响较复杂，具有离散性；着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大；钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性；改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。
为了研究蜂窝钢管混凝土的抗侵彻性能，采用125 mm口径滑膛炮开展了蜂窝钢管混凝土靶侵彻实验共6发，获得了不同工况时靶板破坏形态及侵深数据，分析了蜂窝钢管混凝土的典型破坏形式，对比了不同弹靶尺寸因数时靶板破坏形式的区别以及着靶点和钢管壁厚对蜂窝钢管混凝土抗侵彻能力的影响。同时，对7组不同壁厚的六边形钢管混凝土和3组六边形无钢管混凝土柱进行了单轴压缩实验，研究了不同壁厚时六边形钢管对核心混凝土强度及延性的增强效应，拟合了核心混凝土强度增强因数同围箍因数的关系，并改进普通混凝土侵深的经验公式，得到了适用于蜂窝钢管混凝土的最大侵深计算公式。结果表明：钢管壁厚是影响侵深的重要因素，壁厚越大，侵深越小；着靶点位置对侵深的影响较复杂，具有离散性；着靶点位置对靶体表面破坏形式影响较大；钢管可以有效增加核心混凝土的强度和延性；改进后的侵深计算公式可以预测弹体对蜂窝钢管混凝土靶的最大侵深。
2023, 43(5): 053102.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0343
摘要:
在超高性能混凝土的数值模拟中，合理地确定其本构模型参数是提高计算精度和设计可靠度的基础。基于超高性能混凝土单轴压缩试验、霍普金森压杆试验和已有的三轴围压试验等，确定了超高性能混凝土的Holmquist-Johnson-Cook (HJC)本构模型参数。利用LS_DYNA软件模拟单向板爆炸试验，通过与试验中单向板的损伤程度和最大挠度进行对比，验证了已确定参数的有效性。为了进一步了解超高性能混凝土构件的抗爆机理，采用已确定的参数对单向板爆炸工况进行数值模拟，分析配筋和尺寸变化对爆炸结果的影响。结果表明，在爆炸过程中，提高纵筋配筋率可以减小单向板的跨中最大挠度，适当加密箍筋可以减小单向板侧面的斜裂缝长度。超高性能混凝土单向板具有明显的尺寸效应，其中厚度和长度变化对爆炸结果的影响最突出。
在超高性能混凝土的数值模拟中，合理地确定其本构模型参数是提高计算精度和设计可靠度的基础。基于超高性能混凝土单轴压缩试验、霍普金森压杆试验和已有的三轴围压试验等，确定了超高性能混凝土的Holmquist-Johnson-Cook (HJC)本构模型参数。利用LS_DYNA软件模拟单向板爆炸试验，通过与试验中单向板的损伤程度和最大挠度进行对比，验证了已确定参数的有效性。为了进一步了解超高性能混凝土构件的抗爆机理，采用已确定的参数对单向板爆炸工况进行数值模拟，分析配筋和尺寸变化对爆炸结果的影响。结果表明，在爆炸过程中，提高纵筋配筋率可以减小单向板的跨中最大挠度，适当加密箍筋可以减小单向板侧面的斜裂缝长度。超高性能混凝土单向板具有明显的尺寸效应，其中厚度和长度变化对爆炸结果的影响最突出。
2023, 43(5): 053103.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0243
摘要:
采用分离式霍普金森压杆对钢纤维体积分数为0～3%的超高性能纤维增强混凝土（ultra high performance fibre reinforced concrete, UHPFRC）圆盘试件进行应变率为1.72～7.42 s−1的动态劈裂试验，使用高速摄像机结合数字图像相关（digital image correlation, DIC）法获得试件表面裂缝扩展全过程图像和应变演化过程，并对冲击前后试件进行微观X射线计算断层扫描（micro X-ray computed tomography, μXCT），获得分辨率为56.7 μm的三维内部图像，并进行统计和破坏机理分析。结果表明：(1)相比无纤维试件，掺入1%～3%的钢纤维，静、动劈裂强度分别提高84%～131%和47%～87%，动劈裂强度增强因子（即动静强度比值）为1.07～1.72；(2) DIC应变图像分析表明，无纤维试件裂缝集中、破坏快、能耗低；含纤维试件裂缝弥散程度大、能耗高、延性好，且随着纤维含量的提高而提升；(3) μXCT图像分析表明，试件中钢纤维体积分数为1.04%～2.47%，与设计基本一致，孔洞体积分数为0.98%～1.71%，纤维掺量的提高，降低了孔洞数量和总体积分数，但孔洞的平均体积和平均等效直径增大；裂缝桥连纤维数量的增加，减小了主裂缝的体积和平均宽度，提高了裂缝面的粗糙度和相对表面积，从而提高了试件的强度、能耗、韧性和延性。
采用分离式霍普金森压杆对钢纤维体积分数为0～3%的超高性能纤维增强混凝土（ultra high performance fibre reinforced concrete, UHPFRC）圆盘试件进行应变率为1.72～7.42 s−1的动态劈裂试验，使用高速摄像机结合数字图像相关（digital image correlation, DIC）法获得试件表面裂缝扩展全过程图像和应变演化过程，并对冲击前后试件进行微观X射线计算断层扫描（micro X-ray computed tomography, μXCT），获得分辨率为56.7 μm的三维内部图像，并进行统计和破坏机理分析。结果表明：(1)相比无纤维试件，掺入1%～3%的钢纤维，静、动劈裂强度分别提高84%～131%和47%～87%，动劈裂强度增强因子（即动静强度比值）为1.07～1.72；(2) DIC应变图像分析表明，无纤维试件裂缝集中、破坏快、能耗低；含纤维试件裂缝弥散程度大、能耗高、延性好，且随着纤维含量的提高而提升；(3) μXCT图像分析表明，试件中钢纤维体积分数为1.04%～2.47%，与设计基本一致，孔洞体积分数为0.98%～1.71%，纤维掺量的提高，降低了孔洞数量和总体积分数，但孔洞的平均体积和平均等效直径增大；裂缝桥连纤维数量的增加，减小了主裂缝的体积和平均宽度，提高了裂缝面的粗糙度和相对表面积，从而提高了试件的强度、能耗、韧性和延性。
2023, 43(5): 053201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0117
摘要:
开展了一系列钙质砂和石英砂的地面爆炸试验，主要对比分析了两种砂土介质中爆炸波的传播规律，包括峰值压力、弹塑性波速及升压时间、爆坑尺寸等。试验结果表明，爆炸波在钙质砂中的传播与在石英砂中存在较大差异：地面爆炸作用下钙质砂爆坑较石英砂爆坑的直径和深度更小，且成坑形状为两阶同心圆；钙质砂中弹性波速为236～300 m/s，石英砂中弹性波速为218～337 m/s，弹性波速和塑性波速均随炸药质量增加而增大；爆炸波在钙质砂中的升压时间随比例距离的增加而增加，而在石英砂中升压时间随比例距离变化不明显，且较钙质砂中升压更迅速；在地面爆炸作用下，低含水率钙质砂的衰减系数为2.86，石英砂为2.79。
开展了一系列钙质砂和石英砂的地面爆炸试验，主要对比分析了两种砂土介质中爆炸波的传播规律，包括峰值压力、弹塑性波速及升压时间、爆坑尺寸等。试验结果表明，爆炸波在钙质砂中的传播与在石英砂中存在较大差异：地面爆炸作用下钙质砂爆坑较石英砂爆坑的直径和深度更小，且成坑形状为两阶同心圆；钙质砂中弹性波速为236～300 m/s，石英砂中弹性波速为218～337 m/s，弹性波速和塑性波速均随炸药质量增加而增大；爆炸波在钙质砂中的升压时间随比例距离的增加而增加，而在石英砂中升压时间随比例距离变化不明显，且较钙质砂中升压更迅速；在地面爆炸作用下，低含水率钙质砂的衰减系数为2.86，石英砂为2.79。
2023, 43(5): 053301.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0156
摘要:
采用泡沫弹冲击加载实验对梯度金属泡沫夹芯梁结构开展了不同冲击强度下的动态响应和失效研究，分析了由三种不同密度泡沫铝组成的等面密度的五种不同梯度的夹芯结构在夹支边界条件下的抗高速冲击性能，结合三点弯曲实验，研究梯度效应对夹芯结构抗冲击性能的影响。研究表明：密度梯度对结构的失效过程和失效模式有着明显的影响，且夹芯梁结构的初始失效模式对结构整体响应和主要的能量吸收机制起着主导作用；当冲击条件不足以使得均质芯材发生压缩时，均质及负梯度夹芯结构初始失效模式为整体弯曲变形，低强度芯层位于前两层的梯度结构随着冲击强度的变化出现不同程度的局部芯层压缩；当冲击强度较低时，梯度结构通过丰富的局部失效表现出明显优于均质结构的抗冲击变形能力；当冲击强度大于临界值时，均质结构具有更好的抗冲击变形能力。通过合理地设计密度梯度实现逐层压缩吸能，能够有效的提升防护结构的抗冲击性能。
采用泡沫弹冲击加载实验对梯度金属泡沫夹芯梁结构开展了不同冲击强度下的动态响应和失效研究，分析了由三种不同密度泡沫铝组成的等面密度的五种不同梯度的夹芯结构在夹支边界条件下的抗高速冲击性能，结合三点弯曲实验，研究梯度效应对夹芯结构抗冲击性能的影响。研究表明：密度梯度对结构的失效过程和失效模式有着明显的影响，且夹芯梁结构的初始失效模式对结构整体响应和主要的能量吸收机制起着主导作用；当冲击条件不足以使得均质芯材发生压缩时，均质及负梯度夹芯结构初始失效模式为整体弯曲变形，低强度芯层位于前两层的梯度结构随着冲击强度的变化出现不同程度的局部芯层压缩；当冲击强度较低时，梯度结构通过丰富的局部失效表现出明显优于均质结构的抗冲击变形能力；当冲击强度大于临界值时，均质结构具有更好的抗冲击变形能力。通过合理地设计密度梯度实现逐层压缩吸能，能够有效的提升防护结构的抗冲击性能。
2023, 43(5): 053302.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0079
摘要:
为研究椭圆截面侵彻弹体的爆炸特性，设计并开展了静爆威力外场试验。将质量为255 kg的弹体竖立于木质托弹架上，质心距地面高度为2 m，采用试验引信起爆弹体装药。通过航拍无人机实时拍摄整个爆炸过程，在长轴和短轴方向布置扇形效应钢板以获取破片数量及穿甲率，采用超压传感器测量距弹轴7、10和12 m处的冲击波超压，并对弹体爆炸后的宏观景象以及火球、破片和冲击波超压特性进行了详细分析。结果表明，火球演化形貌与破片散布区域关于弹体长轴和短轴呈对称分布；火球演化过程分为快速成长阶段、高温稳定阶段以及自由扩散阶段，火球尺寸在爆炸后41.7 ms达到最大，短轴和长轴方向的最大尺寸分别为21.86、19.29 m，且火球在长轴方向发生了明显的二次膨胀；短轴方向的破片尺寸小、数量多、穿甲能力强，而长轴方向的破片特性恰好相反；冲击波超压峰值、冲量及速度均随传播距离增大而不断减小。综合试验结果对比分析，认为椭圆截面侵彻弹体的非轴对称结构和非均匀壁厚对爆炸特性影响较大，是造成火球形貌及破片非轴对称分布的根本原因。
为研究椭圆截面侵彻弹体的爆炸特性，设计并开展了静爆威力外场试验。将质量为255 kg的弹体竖立于木质托弹架上，质心距地面高度为2 m，采用试验引信起爆弹体装药。通过航拍无人机实时拍摄整个爆炸过程，在长轴和短轴方向布置扇形效应钢板以获取破片数量及穿甲率，采用超压传感器测量距弹轴7、10和12 m处的冲击波超压，并对弹体爆炸后的宏观景象以及火球、破片和冲击波超压特性进行了详细分析。结果表明，火球演化形貌与破片散布区域关于弹体长轴和短轴呈对称分布；火球演化过程分为快速成长阶段、高温稳定阶段以及自由扩散阶段，火球尺寸在爆炸后41.7 ms达到最大，短轴和长轴方向的最大尺寸分别为21.86、19.29 m，且火球在长轴方向发生了明显的二次膨胀；短轴方向的破片尺寸小、数量多、穿甲能力强，而长轴方向的破片特性恰好相反；冲击波超压峰值、冲量及速度均随传播距离增大而不断减小。综合试验结果对比分析，认为椭圆截面侵彻弹体的非轴对称结构和非均匀壁厚对爆炸特性影响较大，是造成火球形貌及破片非轴对称分布的根本原因。
2023, 43(5): 054101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0314
摘要:
余弦分布载荷的化爆加载技术是高空核爆软X射线辐照下空间结构动态响应考核的主要手段。为适应新型空间飞行器结构考核的复杂构型、高同步性和低比冲量载荷设计要求，提出了一种用十字形超细药条离散群同步起爆实现超低比冲量加载的方法。实验结果验证表明：(1)所制作的十字形超细药条，最小截面尺寸为0.33 mm×0.5 mm，传爆性能稳定，并可通过直径0.5 mm的柔爆索直接起爆；(2)与相同布药密度的条状布药方式相比，布药空间均匀度提高了76.7%；(3)所采用的21点柔爆索同步起爆网络，起爆率达100%，起爆不同步性小于1 μs。进一步建立了离散片炸药加载数值计算模型，分析了离散片炸药群同步起爆加载的比冲量空间分布和匀化规律，将匀化过程分为扩散段、叠加段和均匀段3个阶段；对比了方形、十字形、短条形3种形状药片阵列的比冲量演化过程，发现十字形药片所需匀化距离最短、均匀度最高，仅需约0.8倍布药间距即可使比冲量均匀度偏差降至10%以下。
余弦分布载荷的化爆加载技术是高空核爆软X射线辐照下空间结构动态响应考核的主要手段。为适应新型空间飞行器结构考核的复杂构型、高同步性和低比冲量载荷设计要求，提出了一种用十字形超细药条离散群同步起爆实现超低比冲量加载的方法。实验结果验证表明：(1)所制作的十字形超细药条，最小截面尺寸为0.33 mm×0.5 mm，传爆性能稳定，并可通过直径0.5 mm的柔爆索直接起爆；(2)与相同布药密度的条状布药方式相比，布药空间均匀度提高了76.7%；(3)所采用的21点柔爆索同步起爆网络，起爆率达100%，起爆不同步性小于1 μs。进一步建立了离散片炸药加载数值计算模型，分析了离散片炸药群同步起爆加载的比冲量空间分布和匀化规律，将匀化过程分为扩散段、叠加段和均匀段3个阶段；对比了方形、十字形、短条形3种形状药片阵列的比冲量演化过程，发现十字形药片所需匀化距离最短、均匀度最高，仅需约0.8倍布药间距即可使比冲量均匀度偏差降至10%以下。
2023, 43(5): 054201.
doi: 10.11883/bzycj-2023-0006
摘要:
为了获取爆炸切割数值模拟中有机玻璃（PMMA）的材料本构模型参数，建立了一种基于神经网络的有机玻璃Johnson Holmquist ceramics (JH-2)本构模型参数反演方法：基于从爆炸切割试验和现有研究得到的JH-2本构模型经验参数，确定本构模型参数的调整区间；使用LS-DYNA数值模拟软件对2.5 mm宽爆炸切割索切割14 mm PMMA平板过程进行数值模拟并收集平板损伤数据集；建立PMMA平板本构模型参数与损伤数据之间的神经网络模型；通过训练完成的神经网络模型对PMMA平板的JH-2本构模型参数进行反演。为验证通过反演参数的可靠性，进行了4.2 mm宽爆炸切割索切割19 mm PMMA平板试验和有限元数值模拟，计算结果中的平板损伤情况与实验结果相差较小，表明通过反演获得的JH-2本构模型参数能较好地应用于PMMA平板爆炸切割数值模拟。传统材料参数获取方法，该参数反演方法相较于可以通过较少的试验及测试，获得比较准确的材料本构模型参数。
为了获取爆炸切割数值模拟中有机玻璃（PMMA）的材料本构模型参数，建立了一种基于神经网络的有机玻璃Johnson Holmquist ceramics (JH-2)本构模型参数反演方法：基于从爆炸切割试验和现有研究得到的JH-2本构模型经验参数，确定本构模型参数的调整区间；使用LS-DYNA数值模拟软件对2.5 mm宽爆炸切割索切割14 mm PMMA平板过程进行数值模拟并收集平板损伤数据集；建立PMMA平板本构模型参数与损伤数据之间的神经网络模型；通过训练完成的神经网络模型对PMMA平板的JH-2本构模型参数进行反演。为验证通过反演参数的可靠性，进行了4.2 mm宽爆炸切割索切割19 mm PMMA平板试验和有限元数值模拟，计算结果中的平板损伤情况与实验结果相差较小，表明通过反演获得的JH-2本构模型参数能较好地应用于PMMA平板爆炸切割数值模拟。传统材料参数获取方法，该参数反演方法相较于可以通过较少的试验及测试，获得比较准确的材料本构模型参数。
2023, 43(5): 054202.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0171
摘要:
金属丝电爆炸包含丰富的物理内容，近年来国内的实验和理论研究取得了重要进展，理解该过程有助于完善Z箍缩及磁加载等离子体动力学过程的物理建模，校验物性参数。在自相似运动假设条件下，发展了冷启动计算的水中电爆炸丝零维动力学模型。从一维磁流体模型出发，推导了描述丝等离子体膨胀的零维动能方程和内能方程，采用实际气体状态方程和修正的李-莫尔电导率参数作为封闭条件，根据质量守恒及水中激波雨贡纽关系式获得了丝等离子体的边界条件。应用于水中铜丝电爆炸动力学过程和能量转化分析，结果表明：该零维模型的物理假设合理，在一定范围内改变丝直径等参数可产生不同的放电模式，与一维模型及实验结果符合较好，能够为同类实验的优化设计和数据分析提供参考。
金属丝电爆炸包含丰富的物理内容，近年来国内的实验和理论研究取得了重要进展，理解该过程有助于完善Z箍缩及磁加载等离子体动力学过程的物理建模，校验物性参数。在自相似运动假设条件下，发展了冷启动计算的水中电爆炸丝零维动力学模型。从一维磁流体模型出发，推导了描述丝等离子体膨胀的零维动能方程和内能方程，采用实际气体状态方程和修正的李-莫尔电导率参数作为封闭条件，根据质量守恒及水中激波雨贡纽关系式获得了丝等离子体的边界条件。应用于水中铜丝电爆炸动力学过程和能量转化分析，结果表明：该零维模型的物理假设合理，在一定范围内改变丝直径等参数可产生不同的放电模式，与一维模型及实验结果符合较好，能够为同类实验的优化设计和数据分析提供参考。
2023, 43(5): 055201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0164
摘要:
为解决常规爆破增透煤层过程中煤体粉碎严重而裂隙发育不佳的难题，进行了聚能爆破煤层增透技术研究。开展了聚能爆破与常规爆破的混凝土致裂实验，对比分析了爆破后混凝土裂隙开裂程度，同时利用超动态应变仪采集了应变砖应变随时间变化的数据。利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟再现了聚能罩压垮运移、聚能射流侵彻混凝土的过程，对比分析了聚能爆破与常规爆破应力波传播特征及内部裂隙扩展过程。最后在平煤十矿进行了聚能爆破与常规爆破的煤层增透试验，对比了爆破后抽采孔瓦斯的体积分数。研究结果表明：聚能爆破后，聚能方向上混凝土的裂纹宽度为1.1 cm，垂直聚能方向上混凝土的裂纹宽度为0.4 cm，而常规爆破后混凝土形成的4条主裂纹的宽度均为约0.3 cm。数值模拟结果显示：聚能爆破混凝土的粉碎区呈“哑铃型”，常规爆破混凝土的粉碎区呈圆形，且聚能爆破混凝土的粉碎区面积小于常规爆破的；而裂隙区呈“纺锤型”，且聚能爆破混凝土的裂隙区面积大于常规爆破的，说明聚能爆破技术可有效解决爆破增透过程中煤体粉碎区严重而裂隙区发育不佳的难题，更有利于致裂增透高瓦斯低透气性煤层。现场试验结果同样显示聚能爆破后瓦斯抽采浓度明显高于常规爆破。可见，聚能爆破将更多的能量用在了煤层致裂过程，减小了煤体粉碎区，可有效解决常规爆破致裂煤层时遇到的煤体粉碎严重而裂隙扩展不足的难题。
为解决常规爆破增透煤层过程中煤体粉碎严重而裂隙发育不佳的难题，进行了聚能爆破煤层增透技术研究。开展了聚能爆破与常规爆破的混凝土致裂实验，对比分析了爆破后混凝土裂隙开裂程度，同时利用超动态应变仪采集了应变砖应变随时间变化的数据。利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟再现了聚能罩压垮运移、聚能射流侵彻混凝土的过程，对比分析了聚能爆破与常规爆破应力波传播特征及内部裂隙扩展过程。最后在平煤十矿进行了聚能爆破与常规爆破的煤层增透试验，对比了爆破后抽采孔瓦斯的体积分数。研究结果表明：聚能爆破后，聚能方向上混凝土的裂纹宽度为1.1 cm，垂直聚能方向上混凝土的裂纹宽度为0.4 cm，而常规爆破后混凝土形成的4条主裂纹的宽度均为约0.3 cm。数值模拟结果显示：聚能爆破混凝土的粉碎区呈“哑铃型”，常规爆破混凝土的粉碎区呈圆形，且聚能爆破混凝土的粉碎区面积小于常规爆破的；而裂隙区呈“纺锤型”，且聚能爆破混凝土的裂隙区面积大于常规爆破的，说明聚能爆破技术可有效解决爆破增透过程中煤体粉碎区严重而裂隙区发育不佳的难题，更有利于致裂增透高瓦斯低透气性煤层。现场试验结果同样显示聚能爆破后瓦斯抽采浓度明显高于常规爆破。可见，聚能爆破将更多的能量用在了煤层致裂过程，减小了煤体粉碎区，可有效解决常规爆破致裂煤层时遇到的煤体粉碎严重而裂隙扩展不足的难题。
