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围绕长管强约束条件HMX基PBX炸药点火实验开展了数值模拟研究，分析了点火方式对炸药反应演化规律的影响，获得了弱冲击点火条件下炸药反应演化过程的特征图像。针对黑火药和雷管两种点火方式，分别构建了PBX炸药黑火药点燃和冲击起爆两类实验的唯像模型和数值模拟方法，通过数值模拟获得了钢管内炸药柱反应演化进程的特征图像，柱壳膨胀历程与实验结果符合较好。研究表明，不同的点火方式下炸药反应演化进程存在较大的差异。如果使用雷管点火，那么PBX炸药会在几微秒内发生爆轰反应；而使用黑火药点火，PBX炸药会在数毫秒时间内从缓慢燃烧转化为剧烈爆炸，但随着壳体破裂解体，管内压力骤降，抑制了向爆轰行为转变。黑火药点燃条件下整个反应演化过程可以分为4个主要阶段，其中管壁附近炸药柱表面燃烧传播优先于炸药柱中心基体反应，是弱冲击点火反应演化过程的重要特征之一。
围绕长管强约束条件HMX基PBX炸药点火实验开展了数值模拟研究，分析了点火方式对炸药反应演化规律的影响，获得了弱冲击点火条件下炸药反应演化过程的特征图像。针对黑火药和雷管两种点火方式，分别构建了PBX炸药黑火药点燃和冲击起爆两类实验的唯像模型和数值模拟方法，通过数值模拟获得了钢管内炸药柱反应演化进程的特征图像，柱壳膨胀历程与实验结果符合较好。研究表明，不同的点火方式下炸药反应演化进程存在较大的差异。如果使用雷管点火，那么PBX炸药会在几微秒内发生爆轰反应；而使用黑火药点火，PBX炸药会在数毫秒时间内从缓慢燃烧转化为剧烈爆炸，但随着壳体破裂解体，管内压力骤降，抑制了向爆轰行为转变。黑火药点燃条件下整个反应演化过程可以分为4个主要阶段，其中管壁附近炸药柱表面燃烧传播优先于炸药柱中心基体反应，是弱冲击点火反应演化过程的重要特征之一。
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高熵合金(HEA)材料在高应变速率动态响应下产生不同的破坏模式及力学性能，其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释，需从微观研究其动态响应过程中的原子结构变化、演变机理及变形机制，为优化HEA防护材料的加工工艺、制备方法等提供参考。本文利用分子动力学模拟的方法，设计了[100]、[110]和[111]三种取向结构Al0.3CoCrFeNi高熵合金在不同应变速率下的压缩、拉伸及冲击试验，分析了动态响应过程中的原子结构变化、演变机理及变形机制。结果表明，压缩试验中，屈服强度[110]>[111]>[100]，[100]取向结构主要的变形机制为孪晶变形，[110]为滑移变形，[111]为位错变形；拉伸试验中，屈服强度[111]>[100]>[110]，[100]取向结构拉伸过程中孪晶结构较多，[110]产生较规则的HCP结构滑移面，[111]不会产生任何滑移面；随着应变速率的增加，压缩与拉伸屈服强度均大幅度提高，对应伸长量增长。较低应变速率(1×109)下的塑性变形机制主要为滑移变形，但滑移系数量较少，中应变速率下(1×1010)的塑性变形机制是以滑移为主的变形机制，但滑移系较多，高应变速率(1×1011)下的塑性变形机制是由原子排列无序化的非晶原子诱导的变形；[110]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金抗冲击性能最好，与其具有最高的屈服强度和高应力保持性能有关。
高熵合金(HEA)材料在高应变速率动态响应下产生不同的破坏模式及力学性能，其潜在机理从宏观角度已不能够完全解释，需从微观研究其动态响应过程中的原子结构变化、演变机理及变形机制，为优化HEA防护材料的加工工艺、制备方法等提供参考。本文利用分子动力学模拟的方法，设计了[100]、[110]和[111]三种取向结构Al0.3CoCrFeNi高熵合金在不同应变速率下的压缩、拉伸及冲击试验，分析了动态响应过程中的原子结构变化、演变机理及变形机制。结果表明，压缩试验中，屈服强度[110]>[111]>[100]，[100]取向结构主要的变形机制为孪晶变形，[110]为滑移变形，[111]为位错变形；拉伸试验中，屈服强度[111]>[100]>[110]，[100]取向结构拉伸过程中孪晶结构较多，[110]产生较规则的HCP结构滑移面，[111]不会产生任何滑移面；随着应变速率的增加，压缩与拉伸屈服强度均大幅度提高，对应伸长量增长。较低应变速率(1×109)下的塑性变形机制主要为滑移变形，但滑移系数量较少，中应变速率下(1×1010)的塑性变形机制是以滑移为主的变形机制，但滑移系较多，高应变速率(1×1011)下的塑性变形机制是由原子排列无序化的非晶原子诱导的变形；[110]取向结构的Al0.3CoCrFeNi高熵合金抗冲击性能最好，与其具有最高的屈服强度和高应力保持性能有关。
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随着结构配置和冲击能量等主要影响因素的变化，钢筋混凝土梁的冲击动力响应和破坏模式会发生转化。本文开展了不同配置的钢筋混凝土梁的落锤冲击试验，综合量测获得了冲击力、支座反力、钢筋与混凝土应变、冲击局部与结构整体变形等参数，重点分析了不同混凝土强度、不同纵筋/箍筋配置以及不同冲击速度对钢筋混凝土梁的动力响应以及破坏模式的影响规律。试验表明：低速撞击下钢筋混凝土梁的位移峰值、残余位移随冲击速度的增加而增大，均与冲击动能与极限静承载力之比存在近似线性关系；混凝土强度越高、纵筋配筋率越大，相同冲击条件下梁的所受撞击力峰值越大，但整体位移响应越小；配箍率的变化对结构的局部性应和整体响应的影响均较小；结构受到撞击时剪切效应在前，弯曲效应在后，斜裂缝先于垂直裂缝出现；对依据结构的破坏极限状态，判断梁在冲击作用下存在的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏四种破坏模式，结果表明：相同结构配置条件下，随冲击速度的不断增加，钢筋混凝土梁由弯曲破坏向弯剪破坏、剪切破坏、冲切破坏的转化；冲击速度相同时，提高混凝土强度、配箍率或降低纵向钢筋配筋率，梁的破坏模式逐步由冲切、剪切破坏向弯曲破坏模式转化。结构的冲击破坏模式及其转化规律能够为结构的抗撞设计与防护提供重要参考。
随着结构配置和冲击能量等主要影响因素的变化，钢筋混凝土梁的冲击动力响应和破坏模式会发生转化。本文开展了不同配置的钢筋混凝土梁的落锤冲击试验，综合量测获得了冲击力、支座反力、钢筋与混凝土应变、冲击局部与结构整体变形等参数，重点分析了不同混凝土强度、不同纵筋/箍筋配置以及不同冲击速度对钢筋混凝土梁的动力响应以及破坏模式的影响规律。试验表明：低速撞击下钢筋混凝土梁的位移峰值、残余位移随冲击速度的增加而增大，均与冲击动能与极限静承载力之比存在近似线性关系；混凝土强度越高、纵筋配筋率越大，相同冲击条件下梁的所受撞击力峰值越大，但整体位移响应越小；配箍率的变化对结构的局部性应和整体响应的影响均较小；结构受到撞击时剪切效应在前，弯曲效应在后，斜裂缝先于垂直裂缝出现；对依据结构的破坏极限状态，判断梁在冲击作用下存在的弯曲破坏、弯剪破坏、剪切破坏和冲切破坏四种破坏模式，结果表明：相同结构配置条件下，随冲击速度的不断增加，钢筋混凝土梁由弯曲破坏向弯剪破坏、剪切破坏、冲切破坏的转化；冲击速度相同时，提高混凝土强度、配箍率或降低纵向钢筋配筋率，梁的破坏模式逐步由冲切、剪切破坏向弯曲破坏模式转化。结构的冲击破坏模式及其转化规律能够为结构的抗撞设计与防护提供重要参考。
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城市雨污排水管道中泄漏燃气爆炸事故频发，给人们的生命财产安全造成了严重威胁。为研究城市地下排水管道中燃气爆炸传播特性与气液两相耦合作用规律，基于气液两相流理论和Computational Fluid Dynamics方法，对不同水深率下的天然气/空气混合物爆炸-加速-衰减过程进行了数值模拟。研究结果表明，当水深率小于0.7时，随着水深率的增加，气相空间的长径比增大，燃料燃烧加剧，火焰的加速现象逐渐显著，导致峰值超压逐渐增大，超压峰值显现时间逐渐缩短，且峰值超压沿轴向的提升效果更加显著；当水深率达到0.7时，火焰在管道内的传播明显受阻，水震荡产生的波动及细水柱迅速占据了有限的气相空间，阻断了火焰的自维持传播，使得爆炸超压仅在点火源附近显现。不同水深率条件下，管道中相同区域内，同一时刻水面被扬起的高度和气相区域的速度场不同，被卷扬起的低温液体对其相邻区域的高温火焰形成降温和阻断，之后由于气体的宏观流动，与液面相邻的低温气体流动至管道内高温区域，进而造成管道内火焰温度降低，同时，水的震荡和细水柱的飞扬大大降低了爆炸超压风险。
城市雨污排水管道中泄漏燃气爆炸事故频发，给人们的生命财产安全造成了严重威胁。为研究城市地下排水管道中燃气爆炸传播特性与气液两相耦合作用规律，基于气液两相流理论和Computational Fluid Dynamics方法，对不同水深率下的天然气/空气混合物爆炸-加速-衰减过程进行了数值模拟。研究结果表明，当水深率小于0.7时，随着水深率的增加，气相空间的长径比增大，燃料燃烧加剧，火焰的加速现象逐渐显著，导致峰值超压逐渐增大，超压峰值显现时间逐渐缩短，且峰值超压沿轴向的提升效果更加显著；当水深率达到0.7时，火焰在管道内的传播明显受阻，水震荡产生的波动及细水柱迅速占据了有限的气相空间，阻断了火焰的自维持传播，使得爆炸超压仅在点火源附近显现。不同水深率条件下，管道中相同区域内，同一时刻水面被扬起的高度和气相区域的速度场不同，被卷扬起的低温液体对其相邻区域的高温火焰形成降温和阻断，之后由于气体的宏观流动，与液面相邻的低温气体流动至管道内高温区域，进而造成管道内火焰温度降低，同时，水的震荡和细水柱的飞扬大大降低了爆炸超压风险。
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为了研究UHMWPE背板厚度对铝复合板抗侵彻效果的影响，利用数字图像相关方法（DIC）与微观扫描分析（CT）得到UHMWPE（PE）受到侵彻后的应变动态响应及微观破坏。建立钨球破片侵彻Al/PE
为了研究UHMWPE背板厚度对铝复合板抗侵彻效果的影响，利用数字图像相关方法（DIC）与微观扫描分析（CT）得到UHMWPE（PE）受到侵彻后的应变动态响应及微观破坏。建立钨球破片侵彻Al/PE
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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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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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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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doi: 10.11883/bzycj-2023-0287
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为剔除混凝土侵彻深度试验数据异常点，提出了一种融合先验知识的异常检测算法。利用BP神经网络模型拟合试验样本数据的分布，结合偏差指标筛选离群样本点，并通过经验算法评价模型异常检测性能。针对试验数据特点选择全量梯度下降结合动量优化方法，从而提高模型迭代训练的稳定性和效率，并且在构建模型过程中创新性地融合领域先验知识约束对样本数据的拟合，使得模型在训练过程中能反映附加特征的影响。研究结果表明，BP神经网络模型适合于刚性弹对混凝土侵彻试验数据异常点检测，加入合理的领域先验知识可有效提高模型检测精度。
为剔除混凝土侵彻深度试验数据异常点，提出了一种融合先验知识的异常检测算法。利用BP神经网络模型拟合试验样本数据的分布，结合偏差指标筛选离群样本点，并通过经验算法评价模型异常检测性能。针对试验数据特点选择全量梯度下降结合动量优化方法，从而提高模型迭代训练的稳定性和效率，并且在构建模型过程中创新性地融合领域先验知识约束对样本数据的拟合，使得模型在训练过程中能反映附加特征的影响。研究结果表明，BP神经网络模型适合于刚性弹对混凝土侵彻试验数据异常点检测，加入合理的领域先验知识可有效提高模型检测精度。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0119
摘要:
芳纶纤维织物的抗冲击性能与其对应的纱线力学性能密切相关。为了能够清晰地表征芳纶纱线在不同应变率下的力学行为，进行了Kevlar29纱线的准静态和动态拉伸试验，结合分离式霍普金森拉杆理论和运动目标追踪法，准确地获得了Kevlar29纱线在不同应变率下的应力-应变曲线，分析了纱线动态拉伸的变形与断裂过程，揭示了Kevlar29纱线力学性能的应变率效应；通过最小二乘法拟合得到了基于纱线应变率效应的黏弹性本构方程，分析了三元件和五元件本构模型的差异及适用性。结果表明：随着应变率增大，Kevlar29纱线的断裂应变减小，拉伸强度和韧性先增大后减小，拉伸模量先增大后趋于稳定；五元件黏弹性本构模型能够较好地表征纱线力学性能的应变率效应，对芳纶织物弹道冲击的理论和仿真研究具有重要意义。
芳纶纤维织物的抗冲击性能与其对应的纱线力学性能密切相关。为了能够清晰地表征芳纶纱线在不同应变率下的力学行为，进行了Kevlar29纱线的准静态和动态拉伸试验，结合分离式霍普金森拉杆理论和运动目标追踪法，准确地获得了Kevlar29纱线在不同应变率下的应力-应变曲线，分析了纱线动态拉伸的变形与断裂过程，揭示了Kevlar29纱线力学性能的应变率效应；通过最小二乘法拟合得到了基于纱线应变率效应的黏弹性本构方程，分析了三元件和五元件本构模型的差异及适用性。结果表明：随着应变率增大，Kevlar29纱线的断裂应变减小，拉伸强度和韧性先增大后减小，拉伸模量先增大后趋于稳定；五元件黏弹性本构模型能够较好地表征纱线力学性能的应变率效应，对芳纶织物弹道冲击的理论和仿真研究具有重要意义。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0224
摘要:
在初始温度为400 K，不同的初始压力（0.1、0.2、0.4 MPa）、乙醇体积分数（20%，50%，80%）和当量比（0.8～1.4）下，采用定容燃烧弹对氢气-甲烷-乙醇的爆炸特性进行研究。将实验中获得的原始电压信号转换为压力数据并进行高斯滤波降噪处理，通过爆炸压力、压力上升率、爆炸指数和爆炸时间等相关参数来分析爆炸特性，这些参数可以用于评估可燃物爆炸强烈程度，同时对燃料的层流燃烧速度、敏感性和反应路径进行分析。结果表明：随着初始压力的增加，预混燃料的爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数和爆炸时间均显著增加。乙醇比例的增加会降低最大压力上升速率和爆炸指数，但会增加爆炸压力和爆炸时间。燃料在不同的初始压力和乙醇比例下，总在当量比为1.2～1.3之间达到爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数的极大值和爆炸时间的极小值。此外，灵敏度分析表明预混燃料的爆炸反应程度与燃烧过程中生成的H和OH自由基数量有很大关系。总体而言，研究获得的爆炸指数在大多数工况下均低于20 MPa·m/s，表明该燃料处于相对安全水平。
在初始温度为400 K，不同的初始压力（0.1、0.2、0.4 MPa）、乙醇体积分数（20%，50%，80%）和当量比（0.8～1.4）下，采用定容燃烧弹对氢气-甲烷-乙醇的爆炸特性进行研究。将实验中获得的原始电压信号转换为压力数据并进行高斯滤波降噪处理，通过爆炸压力、压力上升率、爆炸指数和爆炸时间等相关参数来分析爆炸特性，这些参数可以用于评估可燃物爆炸强烈程度，同时对燃料的层流燃烧速度、敏感性和反应路径进行分析。结果表明：随着初始压力的增加，预混燃料的爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数和爆炸时间均显著增加。乙醇比例的增加会降低最大压力上升速率和爆炸指数，但会增加爆炸压力和爆炸时间。燃料在不同的初始压力和乙醇比例下，总在当量比为1.2～1.3之间达到爆炸压力峰值、最大压力上升速率、爆炸指数的极大值和爆炸时间的极小值。此外，灵敏度分析表明预混燃料的爆炸反应程度与燃烧过程中生成的H和OH自由基数量有很大关系。总体而言，研究获得的爆炸指数在大多数工况下均低于20 MPa·m/s，表明该燃料处于相对安全水平。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0073
摘要:
结构材料在重复冲击载荷下形成的疲劳失效行为一直备受关注，而掌握其在微观尺度的损伤积累过程及其演化机制是了解冲击疲劳失效影响机制的根本途径。由于冲击疲劳载荷自身的复杂性和当前实验设备的局限性，材料的冲击疲劳失效研究依然存在较大问题。基于传统的分离式霍普金森拉杆系统，设计了应变控制的冲击疲劳寿命测试实验，研究了冲击疲劳加载下纯钛的微观演化机制及冲击疲劳对材料宏观力学行为的影响。通过对不同冲击疲劳试验阶段的试样开展准静态力学性能测试，借助扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 和电子背散射衍射技术 (Electron Backscatter Diffraction, EBSD) 表征试样在不同阶段的微观组织以及冲击疲劳失效后的断口形貌，研究纯钛在冲击疲劳失效过程中的循环硬化/软化规律及其微观演化机制。结果表明：通过改变子弹长度可以实现应变控制的冲击疲劳寿命测试；Manson-Coffin疲劳寿命模型可以较好的反应纯钛的冲击疲劳寿命与应变幅值之间的关系；纯钛在冲击疲劳失效过程中表现出循环硬化的现象，这主要是疲劳过程中孪生变形引起的细晶强化和塑性变形引起的应变硬化共同作用的结果，纯钛的冲击疲劳损伤主要表现为变形能力的损失。
结构材料在重复冲击载荷下形成的疲劳失效行为一直备受关注，而掌握其在微观尺度的损伤积累过程及其演化机制是了解冲击疲劳失效影响机制的根本途径。由于冲击疲劳载荷自身的复杂性和当前实验设备的局限性，材料的冲击疲劳失效研究依然存在较大问题。基于传统的分离式霍普金森拉杆系统，设计了应变控制的冲击疲劳寿命测试实验，研究了冲击疲劳加载下纯钛的微观演化机制及冲击疲劳对材料宏观力学行为的影响。通过对不同冲击疲劳试验阶段的试样开展准静态力学性能测试，借助扫描电子显微镜 (Scanning Electron Microscopy, SEM) 和电子背散射衍射技术 (Electron Backscatter Diffraction, EBSD) 表征试样在不同阶段的微观组织以及冲击疲劳失效后的断口形貌，研究纯钛在冲击疲劳失效过程中的循环硬化/软化规律及其微观演化机制。结果表明：通过改变子弹长度可以实现应变控制的冲击疲劳寿命测试；Manson-Coffin疲劳寿命模型可以较好的反应纯钛的冲击疲劳寿命与应变幅值之间的关系；纯钛在冲击疲劳失效过程中表现出循环硬化的现象，这主要是疲劳过程中孪生变形引起的细晶强化和塑性变形引起的应变硬化共同作用的结果，纯钛的冲击疲劳损伤主要表现为变形能力的损失。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0052
摘要:
双钢板-混凝土组合墙（steel-concrete composite wall, SC wall）常用于核电站、超高层等重要结构的承重构件，其在偶然荷载作用下的力学性能也是其推广应用的关键指标。为此，针对火灾下SC墙的抗冲击性能进行研究并给出相关设计建议。首先建立了SC墙在火灾与冲击耦合作用下的有限元模型，在验证模型可靠性基础上，开展了火灾下SC墙抗冲击机理的分析；然后研究了轴力、受火时间、材料强度、冲击能量与抗剪连接件形式等参数对SC墙在火灾下抗冲击性能的影响规律；最后给出了该类构件在耦合工况下跨中峰值挠度的预测公式。结果表明：随着受火时间的增加，SC墙受冲击变形模式由局部冲切逐渐转变为整体弯曲破坏；火灾下，混凝土为SC墙受冲击的主要耗能部件；混凝土强度、轴力与抗剪连接件形式对SC墙在高温下的抗冲击性能影响显著，钢板强度的影响则较小；建议的公式可较合理地预测火灾下SC墙受冲击后的跨中峰值挠度。
双钢板-混凝土组合墙（steel-concrete composite wall, SC wall）常用于核电站、超高层等重要结构的承重构件，其在偶然荷载作用下的力学性能也是其推广应用的关键指标。为此，针对火灾下SC墙的抗冲击性能进行研究并给出相关设计建议。首先建立了SC墙在火灾与冲击耦合作用下的有限元模型，在验证模型可靠性基础上，开展了火灾下SC墙抗冲击机理的分析；然后研究了轴力、受火时间、材料强度、冲击能量与抗剪连接件形式等参数对SC墙在火灾下抗冲击性能的影响规律；最后给出了该类构件在耦合工况下跨中峰值挠度的预测公式。结果表明：随着受火时间的增加，SC墙受冲击变形模式由局部冲切逐渐转变为整体弯曲破坏；火灾下，混凝土为SC墙受冲击的主要耗能部件；混凝土强度、轴力与抗剪连接件形式对SC墙在高温下的抗冲击性能影响显著，钢板强度的影响则较小；建议的公式可较合理地预测火灾下SC墙受冲击后的跨中峰值挠度。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0156
摘要:
为分析空心弹高速入水的机理及其特性，基于雷诺时均Navier-Stokes方程、VOF（volume of fluid）多相流模型、Realizable k-ε湍流模型，引入Schnerr-Sauer空化模型和重叠网格技术对空心弹高速入水进行数值模拟研究，获得了通孔孔径和头部形状对空心弹的空化特性、空泡形态和入水运动特性的影响规律。研究显示数值计算的空泡形态和入水速度、位移曲线与实验结果吻合较好，验证了数值模拟方法的可行性。结果表明：当通孔孔径不同时，通孔孔径越大，空化现象越明显，通孔射流越长，但对空泡半径的影响不大；通孔孔径越小，空泡闭合时间越早，与水面碰撞产生的阻力系数峰值越高，空心弹入水稳定后其阻力系数也越大；无量纲直径在0.575~0.600之间时，空心弹的运动最为稳定。当头部锥角不同时，头部锥角越大，空泡直径越大，空化现象出现得越晚，但空化生成的速度更快；随着头部锥角的增大，阻力系数变大，空心弹的速度衰减变快，相同时间运动的距离较短；头部锥角越大，俯仰角的变化越小，空心弹的运动越稳定。
为分析空心弹高速入水的机理及其特性，基于雷诺时均Navier-Stokes方程、VOF（volume of fluid）多相流模型、Realizable k-ε湍流模型，引入Schnerr-Sauer空化模型和重叠网格技术对空心弹高速入水进行数值模拟研究，获得了通孔孔径和头部形状对空心弹的空化特性、空泡形态和入水运动特性的影响规律。研究显示数值计算的空泡形态和入水速度、位移曲线与实验结果吻合较好，验证了数值模拟方法的可行性。结果表明：当通孔孔径不同时，通孔孔径越大，空化现象越明显，通孔射流越长，但对空泡半径的影响不大；通孔孔径越小，空泡闭合时间越早，与水面碰撞产生的阻力系数峰值越高，空心弹入水稳定后其阻力系数也越大；无量纲直径在0.575~0.600之间时，空心弹的运动最为稳定。当头部锥角不同时，头部锥角越大，空泡直径越大，空化现象出现得越晚，但空化生成的速度更快；随着头部锥角的增大，阻力系数变大，空心弹的速度衰减变快，相同时间运动的距离较短；头部锥角越大，俯仰角的变化越小，空心弹的运动越稳定。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0020
摘要:
光伏电池由于具有较高的光电转化效率，在沙漠等太阳能充足的地方被广泛应用。但在沙尘长期冲击的环境下，光伏电池内部结构易出现累积损伤，使光电转化效率大幅降低。因此，研究颗粒群冲击条件下光伏电池的力-电行为具有重要意义。基于分离式霍普金森压杆，发展了一种驱动较大尺寸颗粒群高速冲击的实验方法，并系统测量了不同冲击条件下，多晶硅光伏电池的损伤行为与光电转化性能衰减规律。研究结果表明，随着颗粒直径、冲击速度和数密度的增加，光伏电池的光电转换效率快速降低；颗粒冲击后光伏电池表现出三种典型的损伤模式，并给出了对应的应力阈值条件。基于实验测试结果，发展了多晶硅光伏电池颗粒群冲击损伤诱导光电转化性能退化模型，为沙砾冲击环境下光伏电池光电性能衰减规律提供了有效的预测方法。
光伏电池由于具有较高的光电转化效率，在沙漠等太阳能充足的地方被广泛应用。但在沙尘长期冲击的环境下，光伏电池内部结构易出现累积损伤，使光电转化效率大幅降低。因此，研究颗粒群冲击条件下光伏电池的力-电行为具有重要意义。基于分离式霍普金森压杆，发展了一种驱动较大尺寸颗粒群高速冲击的实验方法，并系统测量了不同冲击条件下，多晶硅光伏电池的损伤行为与光电转化性能衰减规律。研究结果表明，随着颗粒直径、冲击速度和数密度的增加，光伏电池的光电转换效率快速降低；颗粒冲击后光伏电池表现出三种典型的损伤模式，并给出了对应的应力阈值条件。基于实验测试结果，发展了多晶硅光伏电池颗粒群冲击损伤诱导光电转化性能退化模型，为沙砾冲击环境下光伏电池光电性能衰减规律提供了有效的预测方法。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0232
摘要:
为探究钽电容在冲击载荷作用下的失效机制，利用水下爆炸的方法设计并开展了5组不同强度的钽电容冲击实验，研究了冲击载荷作用下钽电容的电压瞬变特性，通过漏电、充电电流变化分析了钽电容的失效模式，利用扫描电镜观察钽电容的微观结构，讨论了冲击载荷作用下钽电容的失效机理。结果表明：钽电容受冲击后发生短路失效，电压大幅度降低，在自愈完成后电压缓慢上升。随着冲击波超压的增大，钽电容失效的概率增大，导致钽电容失效的临界超压约为32 MPa。不同类型的电压变化对应不同的失效模式，包括击穿后瞬间自愈、击穿后缓慢自愈和多次击穿自愈。不同类型电压变化的初始漏电电流峰值有较大差别，类Ⅰ电流峰值为2.5~5 A，类Ⅱ为1~2 A，类Ⅲ为8~9 A，且峰值越大，峰宽越小。冲击载荷作用下钽电容的微观失效机理与其氧化膜本身的瑕疵相关，机理包括氧化膜中微裂缝扩展使得局部电场强度过高导致击穿、氧化膜较薄区域杂质及晶态膜突出形成导电通道、贯穿型裂缝形成后气体电离导致的击穿。
为探究钽电容在冲击载荷作用下的失效机制，利用水下爆炸的方法设计并开展了5组不同强度的钽电容冲击实验，研究了冲击载荷作用下钽电容的电压瞬变特性，通过漏电、充电电流变化分析了钽电容的失效模式，利用扫描电镜观察钽电容的微观结构，讨论了冲击载荷作用下钽电容的失效机理。结果表明：钽电容受冲击后发生短路失效，电压大幅度降低，在自愈完成后电压缓慢上升。随着冲击波超压的增大，钽电容失效的概率增大，导致钽电容失效的临界超压约为32 MPa。不同类型的电压变化对应不同的失效模式，包括击穿后瞬间自愈、击穿后缓慢自愈和多次击穿自愈。不同类型电压变化的初始漏电电流峰值有较大差别，类Ⅰ电流峰值为2.5~5 A，类Ⅱ为1~2 A，类Ⅲ为8~9 A，且峰值越大，峰宽越小。冲击载荷作用下钽电容的微观失效机理与其氧化膜本身的瑕疵相关，机理包括氧化膜中微裂缝扩展使得局部电场强度过高导致击穿、氧化膜较薄区域杂质及晶态膜突出形成导电通道、贯穿型裂缝形成后气体电离导致的击穿。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0192
摘要:
为了获得环境温度对TATB/RDX传爆药起传爆性能及驱动性能的影响特性，采用激光多普勒测速技术及瞬态太赫兹波多普勒干涉测速技术，对TATB/RDX传爆药在隔层起爆条件下的起爆、传播及驱动性能开展实验研究，获取了–45~70 ℃温度环境中TATB/RDX传爆药的到爆轰距离、爆轰反应区时间宽度、爆轰传播速度及驱动飞片的飞行速度曲线。结果表明：TATB/RDX传爆药的到爆轰距离及爆轰反应区时间宽度随环境温度的降低均近乎呈线性增大趋势；爆轰传播速度随环境温度的降低而逐渐提高；驱动飞片的速度随环境温度的变化特性在飞片主体-层裂层融合前后存在明显不同。
为了获得环境温度对TATB/RDX传爆药起传爆性能及驱动性能的影响特性，采用激光多普勒测速技术及瞬态太赫兹波多普勒干涉测速技术，对TATB/RDX传爆药在隔层起爆条件下的起爆、传播及驱动性能开展实验研究，获取了–45~70 ℃温度环境中TATB/RDX传爆药的到爆轰距离、爆轰反应区时间宽度、爆轰传播速度及驱动飞片的飞行速度曲线。结果表明：TATB/RDX传爆药的到爆轰距离及爆轰反应区时间宽度随环境温度的降低均近乎呈线性增大趋势；爆轰传播速度随环境温度的降低而逐渐提高；驱动飞片的速度随环境温度的变化特性在飞片主体-层裂层融合前后存在明显不同。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0129
摘要:
在经典一维应力波理论基础上以及试件受力平衡假定成立的条件下，提出了一种利用标准霍普金森压杆实验实现杆中左、右行应力波分离的新方法，可简单有效地解决常规霍普金森压杆的长时实验中左、右行波信号重叠问题，从而保证实验中的全部应变测试数据都可以加以利用，显著提高了霍普金森压杆的测试能力。给出了新的基于杆中左、右行应力波信号的实验数据处理公式。作为霍普金森压杆实验中经典数据处理公式的扩展公式，在测试信号不需要进行波分离处理的情况下，新的数据处理公式等同于经典公式。利用ABAQUS 有限元软件对霍普金森压杆实验进行了数值模拟，采用虚拟实验的方式，利用模拟测试点的应变信号进行了多种实验条件下的数据处理，对该应力波分离方法的有效性及误差进行了验证与评价。数值模拟结果表明，该应力波分离方法可以给出很好的数据处理结果。在标准霍普金森压杆上进行了部分实验并利用新的波分离方法及公式对数据进行处理，所得结果令人满意。
在经典一维应力波理论基础上以及试件受力平衡假定成立的条件下，提出了一种利用标准霍普金森压杆实验实现杆中左、右行应力波分离的新方法，可简单有效地解决常规霍普金森压杆的长时实验中左、右行波信号重叠问题，从而保证实验中的全部应变测试数据都可以加以利用，显著提高了霍普金森压杆的测试能力。给出了新的基于杆中左、右行应力波信号的实验数据处理公式。作为霍普金森压杆实验中经典数据处理公式的扩展公式，在测试信号不需要进行波分离处理的情况下，新的数据处理公式等同于经典公式。利用ABAQUS 有限元软件对霍普金森压杆实验进行了数值模拟，采用虚拟实验的方式，利用模拟测试点的应变信号进行了多种实验条件下的数据处理，对该应力波分离方法的有效性及误差进行了验证与评价。数值模拟结果表明，该应力波分离方法可以给出很好的数据处理结果。在标准霍普金森压杆上进行了部分实验并利用新的波分离方法及公式对数据进行处理，所得结果令人满意。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0036
摘要:
为研究泡沫铜孔隙密度和H2体积分数对合成气爆炸特性的影响，在封闭的管道中安装了孔隙密度为15、25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H2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。但是孔隙密度和H2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，且孔隙密度越小，H2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和H2体积分数对合成气爆炸特性的影响，在封闭的管道中安装了孔隙密度为15、25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H2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。但是孔隙密度和H2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，且孔隙密度越小，H2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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doi: 10.11883/bzycj-2023-0160
摘要:
为构建爆炸荷载作用下超高性能混凝土（UHPC）板弯曲损伤等级评估的压力-冲量（p-I）曲线：采用条带法进行截面分析，建立了考虑材料拉/压软化和塑性铰影响的UHPC简支单向板的非线性抗力方程和等效单自由度（ESDOF）理论模型；通过与六炮次爆炸实验中UHPC板的挠度时程，以及UFC 3-340-02和FHWA规范推荐方法的计算结果对比，验证了本文理论模型的可靠性；基于验证的ESDOF模型，构建了评估UHPC板的不同弯曲损伤等级的p-I曲线并开展了参数影响分析，提出并验证了UHPC板弯曲损伤评估的p-I曲线经验公式。结果表明：提高混凝土强度等级和钢筋屈服强度，增加受拉钢筋配筋率和板厚，以及减小净跨均可提升UHPC板的抗爆性能。
为构建爆炸荷载作用下超高性能混凝土（UHPC）板弯曲损伤等级评估的压力-冲量（p-I）曲线：采用条带法进行截面分析，建立了考虑材料拉/压软化和塑性铰影响的UHPC简支单向板的非线性抗力方程和等效单自由度（ESDOF）理论模型；通过与六炮次爆炸实验中UHPC板的挠度时程，以及UFC 3-340-02和FHWA规范推荐方法的计算结果对比，验证了本文理论模型的可靠性；基于验证的ESDOF模型，构建了评估UHPC板的不同弯曲损伤等级的p-I曲线并开展了参数影响分析，提出并验证了UHPC板弯曲损伤评估的p-I曲线经验公式。结果表明：提高混凝土强度等级和钢筋屈服强度，增加受拉钢筋配筋率和板厚，以及减小净跨均可提升UHPC板的抗爆性能。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0128
摘要:
为了探究泡沫金属恒定应变率动态拉伸力学行为，本文基于3D Voronoi模型，采用双向拉伸加载方式和1.55倍等效胞孔直径高度的试件，实现了5000 s−1恒定高应变率动态拉伸条件下泡沫金属力学性能测试数值模拟实验，模拟结果显示：动态拉伸过程满足应力均匀性和变形均匀性要求，且试件破坏位置合理；在恒定应变率（0.5～5000 s−1）动态拉伸时，泡沫金属的破坏应变基本不受应变率的影响；当应变率不超过500 s−1 时，破坏应力受应变率影响很小，当应变率在 500～5000 s−1 时，破坏应力随着加载速率的增大而线性增大。
为了探究泡沫金属恒定应变率动态拉伸力学行为，本文基于3D Voronoi模型，采用双向拉伸加载方式和1.55倍等效胞孔直径高度的试件，实现了5000 s−1恒定高应变率动态拉伸条件下泡沫金属力学性能测试数值模拟实验，模拟结果显示：动态拉伸过程满足应力均匀性和变形均匀性要求，且试件破坏位置合理；在恒定应变率（0.5～5000 s−1）动态拉伸时，泡沫金属的破坏应变基本不受应变率的影响；当应变率不超过500 s−1 时，破坏应力受应变率影响很小，当应变率在 500～5000 s−1 时，破坏应力随着加载速率的增大而线性增大。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0033
摘要:
为研究多孔材料高聚物对水下混凝土结构的抗爆防护性能，对含高聚物防护层的钢筋混凝土板开展了水下爆炸实验，并设置了对照组。利用AUTODYN有限元程序建立了含高聚物防护层的钢筋混凝土板水下爆炸全耦合模型，并通过仿真结果与实验的对比，验证了所建模型的可靠性。在此基础上，通过数值仿真，进一步分析了前置钢板对高聚物层防护性能的提升效果。以钢筋混凝土板跨中残余位移为指标，参数化分析了起爆药量和复合结构层厚比对高聚物层水下防护效果的影响规律。结果表明：水下爆炸下，高聚物防护层能够有效降低混凝土结构的毁伤程度；在高聚物层外侧布置钢质薄板，可以更好地发挥高聚物层的吸能效果，对钢筋混凝土板起到更好的防护效果，且当高聚物层与前置钢板层厚比为20时，防护效果最佳。
为研究多孔材料高聚物对水下混凝土结构的抗爆防护性能，对含高聚物防护层的钢筋混凝土板开展了水下爆炸实验，并设置了对照组。利用AUTODYN有限元程序建立了含高聚物防护层的钢筋混凝土板水下爆炸全耦合模型，并通过仿真结果与实验的对比，验证了所建模型的可靠性。在此基础上，通过数值仿真，进一步分析了前置钢板对高聚物层防护性能的提升效果。以钢筋混凝土板跨中残余位移为指标，参数化分析了起爆药量和复合结构层厚比对高聚物层水下防护效果的影响规律。结果表明：水下爆炸下，高聚物防护层能够有效降低混凝土结构的毁伤程度；在高聚物层外侧布置钢质薄板，可以更好地发挥高聚物层的吸能效果，对钢筋混凝土板起到更好的防护效果，且当高聚物层与前置钢板层厚比为20时，防护效果最佳。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0237
摘要:
为了研究不同微结构陶瓷材料的冲击破坏特征，以从微结构角度出发、描述陶瓷材料非弹性变形和断裂行为的Deshpande-Evan模型为基础构建本构模型，计算了无约束条件下材料应力状态。为了验证改进模型的有效性，将VUMAT子程序编程方法将与ABAQUS有限元软件相结合，并将其应用于典型陶瓷材料（YAG透明陶瓷）冲击破坏过程的分析模拟。采用改进模型分析应变率、应力三轴度、晶粒尺寸及初始缺陷分布密度对YAG透明陶瓷动态力学行为和损伤演化机制的影响规律。结果表明：随着晶粒尺寸和裂纹分布密度增加，YAG透明陶瓷破坏程度随之加剧，完全损伤区域面积也随之增加，晶粒尺寸对YAG透明陶瓷宏观破坏特征的影响程度要大于裂纹分布密度；YAG透明陶瓷失效强度以及断裂应变随着晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度增大而减小；随着应变率不断增加，YAG透明陶瓷在不同晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度下的峰值应力和断裂应变均随之增加；裂纹扩展速度会随着晶粒尺寸的增加呈现出先增加而后平缓的趋势，裂纹扩展速度与初始缺陷分布密度系数成线性关系。改进模型可以描述YAG透明陶瓷微结构对其宏观破坏特征的影响，为进一步分析微结构对陶瓷材料宏观破坏特征的影响提供支撑。
为了研究不同微结构陶瓷材料的冲击破坏特征，以从微结构角度出发、描述陶瓷材料非弹性变形和断裂行为的Deshpande-Evan模型为基础构建本构模型，计算了无约束条件下材料应力状态。为了验证改进模型的有效性，将VUMAT子程序编程方法将与ABAQUS有限元软件相结合，并将其应用于典型陶瓷材料（YAG透明陶瓷）冲击破坏过程的分析模拟。采用改进模型分析应变率、应力三轴度、晶粒尺寸及初始缺陷分布密度对YAG透明陶瓷动态力学行为和损伤演化机制的影响规律。结果表明：随着晶粒尺寸和裂纹分布密度增加，YAG透明陶瓷破坏程度随之加剧，完全损伤区域面积也随之增加，晶粒尺寸对YAG透明陶瓷宏观破坏特征的影响程度要大于裂纹分布密度；YAG透明陶瓷失效强度以及断裂应变随着晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度增大而减小；随着应变率不断增加，YAG透明陶瓷在不同晶粒尺寸以及初始缺陷分布密度下的峰值应力和断裂应变均随之增加；裂纹扩展速度会随着晶粒尺寸的增加呈现出先增加而后平缓的趋势，裂纹扩展速度与初始缺陷分布密度系数成线性关系。改进模型可以描述YAG透明陶瓷微结构对其宏观破坏特征的影响，为进一步分析微结构对陶瓷材料宏观破坏特征的影响提供支撑。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0170
摘要:
为探究带气囊航行体下落入水过程中的运动演化过程以及载荷作用特性，基于VOF（Volume of Fluid）多相流模型和k-ω SST湍流模型，开展了带气囊航行体倾斜下落入水冲击过程的数值模拟。通过将数值计算得到的水平圆柱入水过程空泡形态以及下落位移与试验结果进行对比，验证了所采用的数值方法的适用性与准确性，并分析了带气囊航行体倾斜下落入水过程中航行体的运动演化过程以及载荷作用特性。结果表明，航行体下落入水过程分为了冲击入水阶段与升沉衰减阶段，其中航行体尾部砰击，气囊砰击以及气囊加速展开等过程均会形成局部冲击加速度峰值，并且气囊加速展开砰击水体造成的加速度峰值最大；其次，气囊冲击入水过程中的气囊冲击受力会导致气囊与航行体之间的设计连杆出现较大的拉力峰值；最后，入水空泡溃灭载荷会造成航行体局部压力波动，极大影响航行体的入水姿态变化。综合分析认为气囊装置可以为航行体下落入水提供较好的缓冲保护，计算所得到的带气囊航行体下落冲击响应数据可以为航行体缓冲回收装置设计提供参考依据。
为探究带气囊航行体下落入水过程中的运动演化过程以及载荷作用特性，基于VOF（Volume of Fluid）多相流模型和k-ω SST湍流模型，开展了带气囊航行体倾斜下落入水冲击过程的数值模拟。通过将数值计算得到的水平圆柱入水过程空泡形态以及下落位移与试验结果进行对比，验证了所采用的数值方法的适用性与准确性，并分析了带气囊航行体倾斜下落入水过程中航行体的运动演化过程以及载荷作用特性。结果表明，航行体下落入水过程分为了冲击入水阶段与升沉衰减阶段，其中航行体尾部砰击，气囊砰击以及气囊加速展开等过程均会形成局部冲击加速度峰值，并且气囊加速展开砰击水体造成的加速度峰值最大；其次，气囊冲击入水过程中的气囊冲击受力会导致气囊与航行体之间的设计连杆出现较大的拉力峰值；最后，入水空泡溃灭载荷会造成航行体局部压力波动，极大影响航行体的入水姿态变化。综合分析认为气囊装置可以为航行体下落入水提供较好的缓冲保护，计算所得到的带气囊航行体下落冲击响应数据可以为航行体缓冲回收装置设计提供参考依据。
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doi: 10.11883.bzycj-2023-0130
摘要:
通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能，探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验，基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料（vectorized user-material，VUMAT）子程序，采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹，运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟，在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面，模拟结果与实验结果基本一致，吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段，三种不同层数的叶片都有较大的变形，且叶片的变形模式相近；冲击衰减阶段与恒流稳定阶段，不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中，叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主，其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明，碳纤维叶片损伤模式主要表现为：（1）叶根部边缘损伤，（2）叶根部完全断裂，（3）叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大，通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析，可为碳纤维叶片的工程设计和应用提供参考。
通过实验和数值模拟研究了T300碳纤维叶片的抗冲击性能，探讨了碳纤维叶片的变形损伤模式及纤维层数对叶片抗冲击性能的影响。采用明胶鸟弹对不同层数碳纤维叶片开展了冲击实验，基于宏观连续损伤力学理论和Hashin失效准则针对碳纤维材料的失效形式编写了用户材料（vectorized user-material，VUMAT）子程序，采用光滑粒子流体动力学方法模拟明胶鸟弹，运用ABAQUS有限元软件对不同层数碳纤维叶片的动态响应过程进行了数值模拟，在鸟弹冲击过程中叶片变形、鸟流状态、冲击持续时间等方面，模拟结果与实验结果基本一致，吻合较好。在鸟撞叶片初始冲击阶段，三种不同层数的叶片都有较大的变形，且叶片的变形模式相近；冲击衰减阶段与恒流稳定阶段，不同层数碳纤维叶片的挠度与断裂位置都有较大差别。在鸟弹冲击叶片过程中，叶片以弯曲和扭转耦合变形模式为主，其中弯曲变形对其损伤破坏起主导作用。实验结果表明，碳纤维叶片损伤模式主要表现为：（1）叶根部边缘损伤，（2）叶根部完全断裂，（3）叶根部与叶顶部完全断裂。碳纤维抗冲击性能受层数的影响较大，通过实验和数值模拟对鸟弹冲击叶片进行机理分析，可为碳纤维叶片的工程设计和应用提供参考。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0022
摘要:
为研究不同夹层材料下软硬介质组合岩体的动态力学性能及变形破坏特征，以砂岩和花岗岩为软硬岩基质，利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar，SHPB)装置。并通过离散格子弹簧法(discrete lattice spring method，DLSM)数值模拟进一步探究不同夹层材料下岩体裂纹扩展、夹层界面处的反、透射及岩体中能量分配特性。结果表明：不同夹层材料岩体动态强度增长因子随着岩体动态抗压强度增大而增大，表现出明显的动态抗压强度依赖性。不同夹层材料岩体在加载初始阶段存在明显的非线性段，无夹层岩体砂岩内部闭合的孔隙及裂隙在应力开始作用阶段最久非线性段最长。随着夹层材料强度的增大，夹层对岩体的裂纹扩展和发育的阻碍能力逐渐较弱，岩体产生裂纹和破坏需要消耗能量逐渐降低。夹层岩体的破坏发端于夹层胶结面处，随着夹层材料强度的增大，软岩靠近胶结面一侧破坏逐渐加剧，硬岩无明显破坏。含夹层岩体具有很好削波作用，随着夹层材料强度的降低，两端面应力峰值逐渐拉大同时数值在逐渐降低。随着夹层材料强度的降低，夹层岩体短时间内获得的能量吸收密度增大，稳定性越差，容易被破坏。
为研究不同夹层材料下软硬介质组合岩体的动态力学性能及变形破坏特征，以砂岩和花岗岩为软硬岩基质，利用分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar，SHPB)装置。并通过离散格子弹簧法(discrete lattice spring method，DLSM)数值模拟进一步探究不同夹层材料下岩体裂纹扩展、夹层界面处的反、透射及岩体中能量分配特性。结果表明：不同夹层材料岩体动态强度增长因子随着岩体动态抗压强度增大而增大，表现出明显的动态抗压强度依赖性。不同夹层材料岩体在加载初始阶段存在明显的非线性段，无夹层岩体砂岩内部闭合的孔隙及裂隙在应力开始作用阶段最久非线性段最长。随着夹层材料强度的增大，夹层对岩体的裂纹扩展和发育的阻碍能力逐渐较弱，岩体产生裂纹和破坏需要消耗能量逐渐降低。夹层岩体的破坏发端于夹层胶结面处，随着夹层材料强度的增大，软岩靠近胶结面一侧破坏逐渐加剧，硬岩无明显破坏。含夹层岩体具有很好削波作用，随着夹层材料强度的降低，两端面应力峰值逐渐拉大同时数值在逐渐降低。随着夹层材料强度的降低，夹层岩体短时间内获得的能量吸收密度增大，稳定性越差，容易被破坏。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0057
摘要:
为研究火灾条件下开敞空间液化石油气（liquefied petroleum gas, LPG）储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（boiling liquid expansion vapor explosion，BLEVE）的荷载特征及爆炸波传播规律，研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置，开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验，分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征，讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响，总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型，对比试验数据与简化模型预测结果，给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明：次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限；BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小，随储存介质质量的增大而增大；在BLEVE超压荷载简化计算模型中，使用Brode模型计算爆炸能量最为保守，Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果，Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果，但其结果略低于实验结果；规范建议的超压荷载计算方法中，Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。
为研究火灾条件下开敞空间液化石油气（liquefied petroleum gas, LPG）储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（boiling liquid expansion vapor explosion，BLEVE）的荷载特征及爆炸波传播规律，研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置，开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验，分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征，讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响，总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型，对比试验数据与简化模型预测结果，给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明：次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限；BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小，随储存介质质量的增大而增大；在BLEVE超压荷载简化计算模型中，使用Brode模型计算爆炸能量最为保守，Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果，Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果，但其结果略低于实验结果；规范建议的超压荷载计算方法中，Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0058
摘要:
为了揭示微米/纳米PMMA粉尘爆炸的抑制机理，利用同步热分析仪和20 L爆炸试验装置，对微米/纳米PMMA粉尘在抑爆粉剂NaHCO3干预下的热解动力学特性和爆炸特性展开了实验研究，分析了惰化爆炸混合体系的爆炸压力特性参数与热化学动力学参数的相关性，并探讨了基于热化学动力学的粉尘爆炸抑制机理。结果表明：NaHCO3通过物理化学协同抑制作用影响了微米/纳米PMMA粉尘的热解及氧化进程，提高了爆炸混合体系的活化能，减弱了爆炸强度；且抑爆剂粒度越小、添加比例越大，爆炸混合体系的表观活化能越大。与最大爆炸压力相比较，最大爆炸压力上升速率对爆炸体系活化能的敏感度较高，而纳米PMMA粉尘对爆炸混合体系活化能的敏感度大于微米PMMA粉尘，抑爆效果也更加显著。
为了揭示微米/纳米PMMA粉尘爆炸的抑制机理，利用同步热分析仪和20 L爆炸试验装置，对微米/纳米PMMA粉尘在抑爆粉剂NaHCO3干预下的热解动力学特性和爆炸特性展开了实验研究，分析了惰化爆炸混合体系的爆炸压力特性参数与热化学动力学参数的相关性，并探讨了基于热化学动力学的粉尘爆炸抑制机理。结果表明：NaHCO3通过物理化学协同抑制作用影响了微米/纳米PMMA粉尘的热解及氧化进程，提高了爆炸混合体系的活化能，减弱了爆炸强度；且抑爆剂粒度越小、添加比例越大，爆炸混合体系的表观活化能越大。与最大爆炸压力相比较，最大爆炸压力上升速率对爆炸体系活化能的敏感度较高，而纳米PMMA粉尘对爆炸混合体系活化能的敏感度大于微米PMMA粉尘，抑爆效果也更加显著。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0227
摘要:
为了研究二氧化碳爆破射流温度场的演化规律，构建了二氧化碳爆破红外热成像实验系统，开展了二氧化碳爆破实验，分析了二氧化碳爆破射流的空间发展和温度演变过程。研究结果表明：在出现超温现象之前，二氧化碳射流的温度梯度分别为外圈最高、内圈稍低，核心区域温度最低；当出现超温现象时，射流的温度梯度分别为外圈最低、内圈稍高，核心区域温度最高；射流周围的环境温度呈现先降低，后升高的现象。初始泄能压力越高，二氧化碳爆破射流的温度峰值越高，最高温度达到了133.7 ℃，到达温度峰值所需的时间越长；初始泄能压力越低，温度谷值越低，最低温度为−3.4 ℃，到达温度谷值所需的时间越短；射流温度的峰值基本出现在二氧化碳爆破器泄能的初始阶段，随后小幅度上升，再跌入谷值。射流升温的主要阶段在管内，二氧化碳爆破射流的温度总体呈现先上升后下降的趋势。
为了研究二氧化碳爆破射流温度场的演化规律，构建了二氧化碳爆破红外热成像实验系统，开展了二氧化碳爆破实验，分析了二氧化碳爆破射流的空间发展和温度演变过程。研究结果表明：在出现超温现象之前，二氧化碳射流的温度梯度分别为外圈最高、内圈稍低，核心区域温度最低；当出现超温现象时，射流的温度梯度分别为外圈最低、内圈稍高，核心区域温度最高；射流周围的环境温度呈现先降低，后升高的现象。初始泄能压力越高，二氧化碳爆破射流的温度峰值越高，最高温度达到了133.7 ℃，到达温度峰值所需的时间越长；初始泄能压力越低，温度谷值越低，最低温度为−3.4 ℃，到达温度谷值所需的时间越短；射流温度的峰值基本出现在二氧化碳爆破器泄能的初始阶段，随后小幅度上升，再跌入谷值。射流升温的主要阶段在管内，二氧化碳爆破射流的温度总体呈现先上升后下降的趋势。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0223
摘要:
为探究冲击荷载作用下层理对石墨矿石动力学特性的影响规律，采用直径为50 mm 的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）系统，对0°、45°和90°层理角度的石墨矿石开展了不同冲击荷载（0.3、0.4和0.5 MPa）下的动态压缩实验，并结合高速摄影和电子扫描技术分析了不同层理角度石墨矿石的动态力学特性和冲击破坏模式。研究结果表明：石墨矿石中矿物多呈同形粒状定向排列，接触界限不规则，白云母和石英含量较高，与石墨伴生，沿层理面富集；层理面的存在对石墨矿石的力学性质存在劣化作用，45°层理劣化作用最强；能耗特性随层理角度增大呈“U”形变化，与强度特征相似；同一应变率下，矿石破碎尺寸与能耗密度具有明显的相关性，0°层理破碎平均尺寸较小，能耗密度较大，45°层理破碎后块度最大，能耗密度最小；受外力作用时，石墨鳞片不仅从内部断裂，也易被伴生矿物撕裂，随层理角度的增大，试样破坏形式可归纳为张拉破坏—剪切破坏—张拉劈裂破坏的演化过程。冲击荷载作用下，石墨鳞片破坏程度主要受压力大小和作用方向控制，拉伸破坏可减少石墨鳞片内部断裂，低应变率可减少岩粉产生，因此可通过调整冲击波传播方向、降低峰值应力和增大矿石拉应力破坏区域，减少爆破冲击对石墨鳞片的破坏作用。
为探究冲击荷载作用下层理对石墨矿石动力学特性的影响规律，采用直径为50 mm 的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）系统，对0°、45°和90°层理角度的石墨矿石开展了不同冲击荷载（0.3、0.4和0.5 MPa）下的动态压缩实验，并结合高速摄影和电子扫描技术分析了不同层理角度石墨矿石的动态力学特性和冲击破坏模式。研究结果表明：石墨矿石中矿物多呈同形粒状定向排列，接触界限不规则，白云母和石英含量较高，与石墨伴生，沿层理面富集；层理面的存在对石墨矿石的力学性质存在劣化作用，45°层理劣化作用最强；能耗特性随层理角度增大呈“U”形变化，与强度特征相似；同一应变率下，矿石破碎尺寸与能耗密度具有明显的相关性，0°层理破碎平均尺寸较小，能耗密度较大，45°层理破碎后块度最大，能耗密度最小；受外力作用时，石墨鳞片不仅从内部断裂，也易被伴生矿物撕裂，随层理角度的增大，试样破坏形式可归纳为张拉破坏—剪切破坏—张拉劈裂破坏的演化过程。冲击荷载作用下，石墨鳞片破坏程度主要受压力大小和作用方向控制，拉伸破坏可减少石墨鳞片内部断裂，低应变率可减少岩粉产生，因此可通过调整冲击波传播方向、降低峰值应力和增大矿石拉应力破坏区域，减少爆破冲击对石墨鳞片的破坏作用。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0113
摘要:
高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动，水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法，考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力，建立了水-冰-闸墩耦合模型，探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性，设计了冰-砼碰撞实验。结果表明：冰-砼碰撞实验中，撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好；对流固耦合的水动力效应分析发现，水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性，在流冰撞击闸墩近场逼近过程中，初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能，撞击楔入闸墩过程中，水介质形成一个瞬态高压力场，产生“水垫效应”吸收冰体部分动能，从而抑制流冰运动；在不同流冰体积和压缩强度工况下，闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大，流冰压缩强度对冰力的影响较小，流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区，流冰撞击闸墩结构引起冰激振动，流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大，相同体积的流冰随着压缩强度的增大，振动幅值差异不明显，表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。
高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动，水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法，考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力，建立了水-冰-闸墩耦合模型，探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性，设计了冰-砼碰撞实验。结果表明：冰-砼碰撞实验中，撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好；对流固耦合的水动力效应分析发现，水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性，在流冰撞击闸墩近场逼近过程中，初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能，撞击楔入闸墩过程中，水介质形成一个瞬态高压力场，产生“水垫效应”吸收冰体部分动能，从而抑制流冰运动；在不同流冰体积和压缩强度工况下，闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大，流冰压缩强度对冰力的影响较小，流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区，流冰撞击闸墩结构引起冰激振动，流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大，相同体积的流冰随着压缩强度的增大，振动幅值差异不明显，表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0025
摘要:
为了研究炸药多点协同爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性、动力响应和破坏机理，设计了柱身单节点、邻面双节点、邻面四节点和全包围四节点4种爆炸试验工况，对4根钢筋混凝土方柱开展爆炸试验。基于试验结果，利用显式动力分析软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型，系统分析了炸药中心截面毁伤特性和应力发展时程。研究结果表明：相同爆炸总当量下，炸药节点数量和布置位置对方柱毁伤效果有显著影响；多点爆炸下方柱毁伤效果均大于单点爆炸工况且钢筋混凝土方柱均产生贯穿破坏，邻侧四节点爆炸钢筋混凝土方柱混凝土破坏程度及加速度响应最大；对比邻侧多点爆炸工况发现，炸药节点数量的增加可以有效提高爆炸对方柱的毁伤效应；全包围四节点爆炸工况方柱最早进入全截面高应力状态，并出现4处角部混凝土应力集中，而邻面多点爆炸工况进入全截面高应力状态较晚，仅有3处截面角部混凝土应力集中；单点爆炸时混凝土内部测点应力随到爆心距离增大而减小，多点爆炸工况多个爆炸冲击波在方柱截面内部叠加，中心混凝土应力相较领域混凝土应力显著增大；受到应力波空间耦合叠加的影响，邻面四节点爆炸工况下方柱截面中心混凝土峰值应力达37.3 MPa，相较其他3个爆炸工况应力增幅达到3.82倍、1.21倍和0.67倍，应力耦合力度增大是导致该工况方柱毁伤最严重的直接原因。
为了研究炸药多点协同爆炸对钢筋混凝土方柱构件的毁伤特性、动力响应和破坏机理，设计了柱身单节点、邻面双节点、邻面四节点和全包围四节点4种爆炸试验工况，对4根钢筋混凝土方柱开展爆炸试验。基于试验结果，利用显式动力分析软件LS-DYNA建立了精细化有限元模型，系统分析了炸药中心截面毁伤特性和应力发展时程。研究结果表明：相同爆炸总当量下，炸药节点数量和布置位置对方柱毁伤效果有显著影响；多点爆炸下方柱毁伤效果均大于单点爆炸工况且钢筋混凝土方柱均产生贯穿破坏，邻侧四节点爆炸钢筋混凝土方柱混凝土破坏程度及加速度响应最大；对比邻侧多点爆炸工况发现，炸药节点数量的增加可以有效提高爆炸对方柱的毁伤效应；全包围四节点爆炸工况方柱最早进入全截面高应力状态，并出现4处角部混凝土应力集中，而邻面多点爆炸工况进入全截面高应力状态较晚，仅有3处截面角部混凝土应力集中；单点爆炸时混凝土内部测点应力随到爆心距离增大而减小，多点爆炸工况多个爆炸冲击波在方柱截面内部叠加，中心混凝土应力相较领域混凝土应力显著增大；受到应力波空间耦合叠加的影响，邻面四节点爆炸工况下方柱截面中心混凝土峰值应力达37.3 MPa，相较其他3个爆炸工况应力增幅达到3.82倍、1.21倍和0.67倍，应力耦合力度增大是导致该工况方柱毁伤最严重的直接原因。
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doi: 10.11883/bzycj-2023-0153
摘要:
采用量纲分析的方法，分析了两装药同时爆炸加载下金属薄板动态响应过程中的相关独立变量，并使用有限元软件进行数值计算，研究了两装药同时起爆情况下装药量、装药间距及炸距对45钢靶板响应特性的影响。基于数值模拟和量纲分析的结果，分别建立了相关参量与金属靶板最大变形挠度的函数关系，获得了适用于一定范围的靶板挠度计算模型。该研究能够在一定程度上实现不同分布装药的爆炸效应快速计算。
采用量纲分析的方法，分析了两装药同时爆炸加载下金属薄板动态响应过程中的相关独立变量，并使用有限元软件进行数值计算，研究了两装药同时起爆情况下装药量、装药间距及炸距对45钢靶板响应特性的影响。基于数值模拟和量纲分析的结果，分别建立了相关参量与金属靶板最大变形挠度的函数关系，获得了适用于一定范围的靶板挠度计算模型。该研究能够在一定程度上实现不同分布装药的爆炸效应快速计算。
2023, 43(11).
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摘要:
2023, 43(11): 1-2.
摘要:
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。
