2011年  31卷  第4期

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论文
旋转爆轰胞格结构的实验和数值研究
张旭东, 范宝春, 潘振华, 归明月
2011, 31(4): 337-342. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0337-06
摘要:
对爆轰波在环形圆管(预混气体为2H2/O2/Ar)内的传播分别进行了实验和数值研究。实验研究 采用烟迹板记录了环形圆管内爆轰波的胞格结构。数值计算利用二阶附加半隐的Runge-Kutta法和五阶 WENO格式分别离散欧拉方程的时间和空间导数项,采用基元反应简化模型描述化学反应过程,得到了旋转 爆轰的流场及数值胞格结构。实验和数值模拟结果表明:爆轰波在圆环管中传播时,由于圆环的内壁发散、外 壁收敛,圆环内侧爆轰强度小于外侧,胞格尺寸较大;内侧OH 的分布区域大于外侧,浓度较低。旋转爆轰的 这种性质,使爆轰波能以稳定的角速度绕轴旋转。
超高速碰撞相似律的数值模拟验证
沈雁鸣, 陈坚强
2011, 31(4): 343-348. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0343-06
摘要:
在量纲一分析的基础上,导出了超高速碰撞模拟中的相似律表达式,并利用光滑粒子流体动力学 方法进行了数值模拟验证,结果表明,符合超高速碰撞相似律的模型在碰撞过程模拟中具有较好的相似性。
基于分离式共结点模型的钢筋混凝土结构爆破拆除数值模拟
余德运, 杨军, 陈大勇, 杨忠华
2011, 31(4): 349-354. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0349-06
摘要:
通过大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA,充分考虑钢筋和混凝土在结构倒塌时各自的受力 状态和强度差异,运用分离式共节点模型模拟钢筋混凝土结构建筑物的爆破拆除倒塌过程。通过对倒塌过程 中钢筋混凝土支撑立柱内侧和外侧的钢筋单元、混凝土单元的承载失效过程分析研究,对数值模拟效果与实 际爆破效果对比分析得出:分离式共结点模型可以充分体现结构倒塌过程中钢筋和混凝土材料的承载失效 差异,可以用来准确地模拟结构的倒塌过程。
柱状药包爆炸应力场及在地下中深孔爆破中的应用
王德胜, 龚敏, 王子学, 张文哲
2011, 31(4): 355-360. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0355-06
摘要:
针对球形集中药包理论指导中深孔爆破设计时与实际情况严重不符的现状,设计了2种实验模 型,采用全息激光动光弹法进行了模型实验,研究了球形药包与柱状药包爆炸应力场、柱状药包在不同起爆位 置时的爆炸应力场。将实验结果与现场实际情况相结合,通过对排距(最小抵抗线)、孔底距和炸药在孔内起 爆位置进行的44排拟水平现场正交实验,确定了合理的爆破技术参数,取得了良好的爆破效果。
内部填充泡沫铝的柱壳力学响应数值模拟
陈成军, 谢若泽, 张方举
2011, 31(4): 361-366. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0361-06
摘要:
针对泡沫铝及其填充圆柱壳的变形模式复杂、理论分析困难的问题,在分析泡沫金属唯象本构模 型的基础上,用Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型描述泡沫铝的力学行为,用随机几何缺陷描述结构的可能缺 陷形式,采用有限元法对内部填充泡沫铝的圆柱壳结构在轴向载荷作用下的静、动态力学响应进行了数值模 拟。数值模拟结果与实验结果较一致,表明Bilkhu/Dubois可压缩泡沫模型可用来描述泡沫铝在复杂应力状 态下的力学特性,本文中采用的数值模拟方法是合理的。
冲击波和气泡作用下舰船结构动态响应的数值模拟
王诗平, 孙士丽, 张阿漫, 陈海龙
2011, 31(4): 367-372. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0367-06
摘要:
针对水下爆炸载荷、瞬态流固耦合效应在舰船水下爆炸数值模拟中的困难,在现有水下爆炸载荷 计算模型(GeersandHunter)的基础上,结合边界元法,修正水下爆炸气泡载荷计算方法。针对用二阶双渐近 法(thesecond-orderdoubly-asymptoticapproximation,DAA2)在处理低频大幅运动流固耦合问题时的局限 性,提出非线性双渐近法(nonlineardoubly-asymptoticapproximation,NDAA),计入了舰船大幅低频运动、自 由面效应等非线性因素,并与结构有限元程序相结合,形成一套适合于工程应用研究的舰船水下爆炸数值模 拟程序。数值模拟结果与实验结果的平均误差在16.8%左右,说明NDAA 方法可为冲击波和气泡对舰船结 构毁伤数值模拟提供参考。
陶瓷/金属复合装甲冲击响应的三维SPH 法分析
张伟, 胡德安, 韩旭, 谭柱华
2011, 31(4): 373-379. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0373-07
摘要:
采用自编三维SPH 程序对弹体侵彻陶瓷/金属复合装甲问题进行了数值模拟。为了描述金属和 陶瓷材料非线性变形及损伤特性,在程序中嵌入Johnson-Cook和Johnson-HolmquistII本构模型及Mie- Gruneisen状态方程。SPH 计算得到的典型位移随时间变化曲线与实验结果吻合较好。通过数值模拟合理 再现了弹体侵蚀、陶瓷锥形成、飞溅和背板隆起撕裂等物理过程。研究了倾角对复合装甲抗侵彻性能的影响, 结果表明,存在一个最优的靶板倾角,使得陶瓷/金属复合装甲的抗侵彻性能最佳。
抛撒药壳体对一次起爆型云爆弹威力的影响规律
高洪泉, 卢芳云, 王少龙, 罗永锋, 颜澎, 袁伟, 胡健
2011, 31(4): 380-384. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0380-05
摘要:
在对抛撒药壳体的变形及破裂后运动规律进行理论分析的基础上,对2种不同结构的一次起爆型 云爆装置进行静爆威力实验,实验结果表明:采用中心起爆抛撒结构时,适度减小中心抛撒药壳体的强度可以 提高云爆弹的威力;而采用中心与周边辅助抛撒药同时起爆结构,适度增加抛撒药壳体的强度可以提高云爆 弹的威力。
高导无氧铜杆的冲击拉伸断裂系列实验以及基于样本体积单元的分析
马东方, 侯延军, 陈大年, 吴善幸, 王焕然, 贾存威
2011, 31(4): 385-391. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0385-07
摘要:
采用Hopkinson装置和一种基于一级气体炮的高速冲击拉伸断裂装置,研究了无刻槽高导无氧铜 (OFHC)杆在一系列冲击拉伸速度下的断裂。当冲击拉伸速度大于40m/s时,断裂位置总在冲击拉伸端附 近,此速度被确定为OFHC的实验临界冲击拉伸速度。一种受单轴冲击拉伸荷载的、中心含椭球空穴的样本 体积单元被用于数值模拟所含空穴的增长与失稳的过程。OFHC的J-C与Z-A 本构关系用于描述基体材料 的动态响应。讨论了空穴失稳条件并提出以空穴形状演化为判据,比较了空穴失稳时的样本体积单元平均径 向应变与无刻槽杆的冲击断裂应变。也用这种样本体积单元模型分析了OFHC的实验临界冲击拉伸速度。
较低应变率大应变条件下聚氨脂泡沫材料的动态力学性能实验
吴昊, 姜锡权
2011, 31(4): 392-396. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0392-05
摘要:
利用加长型分离式霍普金森压杆(入射杆长6000mm、子弹长800mm)研究聚氨脂泡沫材料在较 低应变率大应变条件一维应力状态下的动态力学性能,获得了约550s的长加载脉冲,得到了该材料在应变 率520s-1、应变0.15条件下的应力应变曲线,对较低应变率条件下,应变率与动态应力平衡之间的关联进行 了讨论。
侧向稀疏波对非均质凝聚炸药冲击波起爆过程的影响
陶为俊, 浣石, 黄风雷, 蒋国平
2011, 31(4): 397-401. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0397-05
摘要:
以压装TNT为例,开展二维拉氏实验,利用二维锰铜-康铜组合拉氏量计测量了轴对称位置和径 向位置的压力时程曲线和径向位移曲线。同时利用二维拉格朗日分析计算程序RFLA 对压装TNT 的冲击 波起爆过程进行了计算,分别得到了在2个不同径向位置上各个Lagrange位置上的质点速度、相对比容、比 内能等时程曲线。研究结果展现了侧向稀疏波对非均质炸药冲击起爆过程中各个流场物理量的影响。
聚苯乙烯混凝土动态劈裂实验
胡俊, 巫绪涛
2011, 31(4): 402-406. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0402-05
摘要:
利用直径为74mm 的分离式Hopkinson压杆径向冲击巴西圆盘试样,测试了不同聚苯乙烯(expandedpolystyrene, EPS)颗粒粒径、不同体积含量的EPS混凝土的动态拉伸性能。为了保证实验的可靠性, 在试样和入射杆、透射杆之间加上精确设计的垫块,防止试样两端因应力集中而被压碎破坏;通过选择合适的 整形器,保证试样有足够的时间达到应力均匀。并分析了EPS混凝土劈裂破坏形态。实验结果表明:EPS混 凝土的劈裂强度随应力率的增大而增大;在EPS体积含量较低的EPS混凝土中,EPS混凝土的劈裂强度表 现出一定的粒子尺寸效应,随EPS颗粒体积含量的增加,这一现象逐渐消失。
激波绕射碰撞加速诱导爆轰的数值模拟
孙晓晖, 陈志华, 张焕好
2011, 31(4): 407-412. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0407-06
摘要:
基于单步化学反应的Euler方程和对激波(爆轰波)、接触间断具有良好捕捉效果的Roe/HLL混 合格式以及自适应网格技术,模拟了激波在方形管中与方块障碍物相互作用,并发生绕射碰撞来诱导爆轰的 过程。结果表明,弱激波在绕经方块时,形成上、下绕射激波并在方块尾部发生碰撞,生成局部高温高压点,可 加快爆轰的形成;而当管内阻塞比超过一定值时,由于碰撞激波太弱则不能触发爆轰。
GEL方法在一维双界面问题中的应用
姚阳
2011, 31(4): 413-417. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0413-05
摘要:
用ghost-fluidEuler-Lagrange(GEL )耦合数值方法,对二维GEL计算程序(其中Euler流场计算 采用以SCB格式编制的二阶计算程序,Lagrange域计算采用DEFEL二维动力有限元程序)进行扩展,将程序 应用于多界面问题。算例为空气和水的一维双界面黎曼问题,获得了密度、速度和压力结果,并通过isobaric 修正技术,有效地减小了界面处的overheating现象。
含诱导缺陷薄壁圆管耐撞性优化设计
殷之平, 李玉龙, 黄其青
2011, 31(4): 418-422. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0418-05
摘要:
运用移动最小二乘曲面拟合技术和遗传算法优化技术,建立一套完整的结构耐撞性优化设计技 术。设计了一个具有高效吸能能力的薄壁圆管结构含诱导缺陷薄壁圆管结构,给出了含缺陷薄壁圆管结 构耐撞性优化设计结果。结果显示,设计的薄壁圆管结构具有好的吸能效果,该结构设计简单,便于在结构设 计中使用。
脆性材料动态强度应变率效应
严成, 欧卓成, 段卓平, 黄风雷
2011, 31(4): 423-427. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0423-05
摘要:
通过求解波动方程,结合有限结构-时间破坏准则,得到了动态载荷下脆性材料单轴拉伸强度应变 率效应的解析表达式。分析结果表明:材料动态强度的应变率效应具有明显的结构响应特征,即材料动态强 度除与应变率和静态参数相关外,还显著地依赖于外载荷结构及其与材料间的相互作用,因而动态强度不是 表征材料动态破坏的内禀材料性质;此外,由于在不同的外载荷条件下材料将表现出不同的动态强度,这是导 致实验结果离散性大的内在因素。
金属导爆索的爆炸水声特性
贾虎, 沈兆武
2011, 31(4): 428-432. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0428-05
摘要:
为了研究金属导爆索的水声特性,进行了水下爆炸压力测试和气泡脉动实验,获得了金属导爆索 水下爆炸冲击波传播和衰减特性及气泡脉动特性。研究了金属导爆索水下爆炸的声压级、声持续时间、混响 效应和功率谱特性,结果表明:(1)金属导爆索水下爆炸声压级较高,具有很强的声功率;(2)金属导爆索水下 爆炸后产生的气泡脉动和随后产生的大量小气泡持续时间长,能够显著提高水下爆炸的混响效应和持续时 间;(3)金属导爆索水下爆炸声的频率范围非常广,在各频率范围内都有很强的能量,尤以低频段能量最高。 可见,金属导爆索具有声压级高、频率范围广、混响效应强和声持续时间长的特点。
石墨包覆纳米镍颗粒的结构及磁性能的表征
罗宁, 李晓杰, 孙贵磊, 王海涛
2011, 31(4): 433-438. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0433-06
摘要:
在密闭容器中,用爆轰分解掺杂含有镍离子的混合炸药前驱体合成了核壳结构石墨包覆镍纳米颗 粒。调整混合炸药前驱体中碳源材料和金属源材料的有效摩尔比合成了球形、不同尺寸、核壳结构的磁性石 墨包覆纳米镍颗粒。采用X 射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、能谱分析仪(EDX)和振动样品磁强计 (VSM)表征化学构成、结构形貌及磁性能。结果表明:颗粒大小主要分布在10~55nm 之间,复合纳米颗粒 主要由面心立方镍纳米晶体和石墨碳构成,常温下这些复合纳米颗粒主要表现出超顺磁性和铁磁性能。
HMX/TNT炸药爆速与曲率及组分关系实验研究
张宏亮, ShakeelAR, 黄风雷
2011, 31(4): 439-443. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0439-05
摘要:
为了确定爆轰波法向速度Dn与当地曲率 的定量关系,用光电联合测试法研究质量配比分别为 60/40、50/50及40/60时HMX/TNT 炸药的Dn- 关系。结果表明,爆轰波延滞距离z 随TNT 含量的增加 而增大;爆轰波延滞距离z 随着炸药密度 的增大而减小;随着TNT 的含量增加,Dn- 曲线的斜率逐渐增 大,且斜率增大的速率为正值。为了减少实验标定费用,引入了新变量Rt,将Dn- 关系推广为Dn(,Rt)关 系,并给出相应Rt-z-r 关系。
平面飞片下气体绝热压缩后的聚能效应 两次不寻常的爆炸实验结果
张凯, 张路青
2011, 31(4): 444-448. doi: 10.11883/1001-1455(2011)04-0444-05
摘要:
揭示了可以展现垂直高速飞行的飞片在碰撞目的物的瞬间会产生极高速气流的聚能效应现象。 在一般的爆炸压实实验中,飞片下的空间都是大气状态下的空气,空气量都很少,不会超过1g,但在飞片高速 飞行状态下,大多数气体很难向四周排出,最后形成绝热压缩气体,气流以万米/秒以上高速向四周喷射而出, 能量可切断很厚的钢板。这是从未被注意过的、可能也是不寻常的重要实验结果。