当期目录

封面
2020-11期封面
2020, 40(11): 0-0.
摘要:
目录
2020-11期目录
2020, (11): 1-2.
摘要:
特别约稿与研究综述
论心脏功能的“泵说”与“波说”
王晖, 王礼立, 缪馥星, 龚文波, 浣石, 徐冲
2020, 40(11): 111101. doi: 10.11883/bzycj-2020-0386
摘要:
分析了心脏功能的“泵说”和“波说”。研究表明,心脏扮演的角色实际上不是泵,而是脉搏波发生器,产生一系列携带能量的脉搏波。每个脉搏波由升支和降支组成。前者对应于加载过程:压力、粒子速度、能量和血氧饱和度均随时间升高。而后者则对应于卸载过程:压力、粒子速度、能量以及血氧饱和度都下降,直至为零。因此,“泵说”中诸如Windkessel效应、一机二泵和舒张泵等概念都难以成立。所谓约1.5 W的心脏功率实质上表征了每个脉搏波的功率。针对脉搏波是流-固耦合和纵波-横波耦合的复杂波之特征,研究表明,能量的主要部分(99.99%)由横波携带,它沿固体血管传播,损耗低,效率高。研究还表明,血管分支处广义波阻抗的增大有助于抵消脉搏波传播中的衰减耗散,升高传入血管分支的脉搏波脉压,可视为人体的一种自我调节机制。
专题: 水下爆炸
水下爆炸简介
朱锡
2020, 40(11): 111400.
摘要:
大型舰船在水下接触爆炸下的毁伤与防护研究综述
金键, 朱锡, 侯海量, 李典, 陈鹏宇, 高圣智
2020, 40(11): 111401. doi: 10.11883/bzycj-2020-0105
摘要:
大型舰船受到水中兵器的巨大威胁,尤其是在水下接触爆炸情况下,船体结构将产生严重的局部毁伤,给舰船的战斗力乃至生命力带来严峻挑战。本文以大型舰船水下防护结构为研究对象,简要概述了各国海军大型舰船水下防护结构形式的发展历程,分析了水下接触爆炸下的毁伤载荷以及对舷侧多舱防护结构的毁伤机理,总结了基于具体结构和不同毁伤元的防护措施;并针对目前的研究现状,提出了有待进一步研究的问题。以期为舰船的水下防护设计提供参考,从而提高我国大型舰船的结构抗毁伤能力
近场水下爆炸气泡与双层破口结构的相互作用
贺铭, 张阿漫, 刘云龙
2020, 40(11): 111402. doi: 10.11883/bzycj-2020-0110
摘要:
针对双层结构在水中受到水下爆炸冲击这一问题,利用欧拉有限元数值模型对近场水下爆炸气泡与双层破口结构的相互作用机理进行了研究,分析了舱室涌流及流场演化等规律。首先,通过放电实验对数值模型进行了验证,结果表明,数值结果和实验结果吻合较好;然后,总结了不同破口尺寸、不同起爆位置和不同壳间水位条件下的耦合作用规律。在内部空气、流体惯性以及破口的联合作用下,气泡演化过程中会出现气泡分割现象。当内层破口尺寸系数小于0.5时,内舱室内会出现二次涌流现象,且涌流形态较细长;炸药起爆位置系数小于0.1时,自由液面处会出现破碎和重闭合现象;壳内水位对舱室涌流量的影响作用较为复杂,当水位满舱时,急速涌流会减少船艇的应急时间。
空爆冲击波与破片群联合作用下聚脲涂覆陶瓷复合装甲结构毁伤特性
李茂, 高圣智, 侯海量, 李典, 李永清, 朱锡
2020, 40(11): 111403. doi: 10.11883/bzycj-2019-0119
摘要:
基于均质钢板、聚脲涂层材料、SiC陶瓷材料设计了4种聚脲涂覆复合装甲结构,采用装药驱动预制破片试验方法开展了近炸下复合装甲结构毁伤特性实验研究,提出了各组分的毁伤破坏模式,对比分析了4种防护装甲结构的防护性能,探讨了复合装甲结构的防护机理。结果表明:作用于目标结构的破片动能远大于冲击波能,聚脲涂覆复合装甲结构的防护效能明显优于多层均质钢装甲,增加陶瓷厚度较增加背板、前面板厚度对提高整体防护效能更有效,破片撞击将引起陶瓷块大面积损伤,严重影响了其对后续着靶破片的防护性能。
水下爆炸中气泡射流壁压特性实验研究
崔雄伟, 陈莹玉, 苏标, 马春龙
2020, 40(11): 111404. doi: 10.11883/bzycj-2020-0106
摘要:
水下爆炸气泡射流载荷是中近场水下爆炸壁压载荷的重要组成部分, 将水下爆炸气泡射流简化为一段高速水柱来研究水下爆炸气泡射流载荷特性是研究水下爆炸气泡射流载荷的主要手段。本文基于腔内爆炸提出了一种新的高速水射流实验方法,并给出了实验装置设计、实验方法以及实验系统。基于实验系统,开展了不同工况下高速水射流的实验研究,研究了腔口位置、腔深对水射流形态的影响,并对水射流的形态形成因素进行了分析。使用压电型壁压传感器测得了水射流冲击壁压,给出了水射流冲击壁压的特性及其特点。实验结果表明:腔口位置与腔深是影响水射流端面形态的重要因素;生成的高速水射流冲击壁压峰值满足水锤理论。基于腔内爆炸的高速水射流实验方法能够应用于包括水下爆炸气泡射流在内的高速水射流形态、壁压特性的研究。
舷侧近距离爆炸下舱段模型毁伤试验研究
伍星星, 刘建湖, 汪俊, 王海坤, 杲涛, 刘国振
2020, 40(11): 111405. doi: 10.11883/bzycj-2020-0066
摘要:
为探究舷侧近距离爆炸对水面舰船的毁伤效应,设计了大尺度舱段模型,并开展了舷侧近距离水下爆炸试验,试验后测量了舱段模型破坏范围及破坏模式、模型典型部位冲击环境数据、典型部位动态响应。综合对比可发现:(1)舷侧近距离水下爆炸下,在爆心区域可对舱段模型形成严重毁伤破坏,但毁伤范围有限,基本以局部破坏为主;(2)舷侧近距离水下爆炸下可形成较为明显的水射流载荷,主要是由气泡与非完整边界、自由面在耦合过程中形成的,与传统研究的气泡收缩失稳引起的水射流载荷形成机理存在一定的差异;(3)基于板格能量计算方法,建立了舷侧外近距离爆炸下舷侧爆炸破口计算公式,与试验结果吻合较好;(4)近距离爆炸下,舷侧外板的破坏模式与爆距存在较大的关系。本文的研究成果对舰船抗爆防护具有很强的指导意义。
底部近距离爆炸下舱段模型毁伤试验研究
伍星星, 汪俊, 刘建湖, 刘国振, 王海坤
2020, 40(11): 111406. doi: 10.11883/bzycj-2020-0067
摘要:
底部近距离爆炸可对水面舰船造成致命性打击,为探究其破坏机理,本文中开展了底部近距离爆炸下舱段模型的毁伤试验,获取了舱段模型破损区域试验数据、非破损区域的冲击环境数据。同时借助舷侧近距离爆炸试验结果、底部中远场爆炸试验结果,综合对比可发现:(1)底部近距离爆炸下,舱段模型会呈现整体隆起变形、爆心区域撕裂并伴有较大凹陷变形、舷侧外板大面积屈曲失稳等典型特征;(2)相比舷侧爆炸方位,底部爆炸对舱段模型具有很强的综合毁伤效果,底部爆炸相对舷侧爆炸对舱段模型的综合毁伤效果可提高40%以上;(3)在冲击环境方面,底部近距离爆炸下非破损区域测点中高频段的冲击谱曲线变化趋势基本与中远场爆炸一致,但在低频阶段,底部近距离爆炸下的谱位移要远高于中远场爆炸工况。
水下接触爆炸下沉箱码头毁伤效应
刘靖晗, 唐廷, 韦灼彬, 董琪, 李凌锋
2020, 40(11): 111407. doi: 10.11883/bzycj-2019-0378
摘要:
为研究水下接触爆炸下沉箱码头毁伤效应和毁伤机理,通过LS-DYNA有限元软件建立沉箱码头水下接触爆炸模型,进行数值模拟研究,并通过试验验证模型准确性。结果表明:运用有限元方法能够较好地模拟水下接触爆炸作用下沉箱码头的毁伤效应,沉箱码头的破坏过程可分为两个阶段:冲击波阶段,沉箱外墙产生初始破口和环状裂缝;气泡膨胀阶段,爆轰产物从破口涌入仓格加速了仓格的变形和毁伤,仓格顶部变形严重导致码头面板破坏,气泡由于冲出水面提前溃灭,码头毁伤在0.14倍的气泡第一次脉动周期基本停止。对比不同爆炸深度,水域中部接触爆炸下沉箱毁伤最为严重,近水面接触爆炸对码头面板的毁伤作用更强。
水下爆炸对高桩码头毁伤效应的试验研究
刘靖晗, 唐廷, 韦灼彬, 李凌锋
2020, 40(11): 111408. doi: 10.11883/bzycj-2019-0467
摘要:
为了研究水下爆炸作用下高桩码头的破坏模式和毁伤机理,考虑不同炸药位置,设计制作2个高桩码头模型,进行水下爆炸试验,记录了水下荷载数据和码头模型毁伤现象,探析了炸药位置对高桩码头毁伤效应和破坏机理的影响。研究表明:水下爆炸作用下码头受到2次超压荷载,分别为初始冲击波、水底反射波组成的冲击波载荷和气泡脉动载荷;水下爆炸作用下,高桩码头的主要毁伤部位为桩基的中部和顶部、面板、纵梁以及面板与纵、横梁连接处;炸药位置直接影响高桩码头破坏模式,减小爆距会加剧桩基毁伤效应,当炸药位于面板下方时,码头上部梁板结构的毁伤程度较大。
冲击动力学
内部爆炸薄圆板的变形及有效载荷
李芝绒, 张玉磊, 袁建飞, 王胜强
2020, 40(11): 113101. doi: 10.11883/bzycj-2020-0045
摘要:
为了研究内爆炸薄圆板的失效与作用载荷特性,在双圆筒装置内开展了铝质、钢质薄圆板内爆炸实验,分析了圆板破坏模式及比冲量载荷特性,并基于相同变形下载荷相等原理,得到了钢质圆板极限变形下的有效比冲量及作用时间,提出了该工况下圆板变形的预估模型。结果表明:在内爆炸载荷作用下,薄圆板的夹持边界和几何中心是应力集中区,产生了塑性大变形、拉伸撕裂、剪切断裂3种破坏模式;圆板的比冲量载荷由初始的波浪式增长逐渐转化为线性增长,30~80 g某温压装药使1 mm厚钢质圆板产生极限变形的有效比冲量作用时间在2.26~2.93 ms之间,经验证,圆钢板变形预估模型得到的装药质量与实验装药质量偏差小于13.3%。
鹿角骨单位仿生薄壁管斜向冲击耐撞性研究
霍鹏, 许述财, 范晓文, 李建平, 杨欣, 黄晗
2020, 40(11): 113102. doi: 10.11883/bzycj-2020-0035
摘要:
为提高薄壁管结构的耐撞性和吸能性,基于鹿角骨单位结构特征,结合结构仿生学原理设计出内径相同、外径等梯度逐层递减的仿生薄壁管。采用有限元法对75种仿生薄壁管结构进行10°、20°、30°等3种斜向冲击角度的吸能特性模拟;通过多项式回归元模型和多目标粒子群优化算法进行优化,以Pareto前沿最优原则得到各目标最优化的配置方案;采用最小距离选择法进行优化分析,得到各配置方案的最优结构设计参数。结果表明:仅考虑单一冲击角度时,在10°、20°、30°冲击角度下的仿生薄壁管耐撞性最优的仿生层数n均为6,最大壁厚与厚度梯度值参数组合tmax-a分别为2.84 mm-0.38 mm、2.89 mm-0.29 mm、2.91 mm-0.34 mm;综合考虑多种冲击角度权重因数不同配置方案时,仿生薄壁管耐撞性最优的仿生层数n均为6,最大壁厚与厚度梯度值参数组合tmax-a分别为2.95 mm-0.28 mm、2.92 mm-0.30 mm、2.85 mm-0.33 mm。
层状结构冰球的高速撞击特性实验
谭晓军, 冯晓伟, 胡艳辉, 谢若泽, 杨世全, 拜云山
2020, 40(11): 113301. doi: 10.11883/bzycj-2020-0047
摘要:
为研究冰雹在不同撞击速度下的破碎特性及致损能力,通过空气炮加载技术,开展了单一性状冰球和层状结构冰球高速撞击刚性靶实验,利用测力杆记录了两种类型冰球在不同撞击速度下的撞击力时程曲线,并结合高速摄影技术研究了两类冰球的高速撞击破碎特性。实验结果表明:两类冰球高速撞击刚性靶的宏观破碎特性相似,在碰撞初始阶段冰球已完全破碎,形成微颗粒团簇体,反向溅射角呈随撞击动能增大而增大的趋势;与单一性状冰球撞击力曲线相比,层状结构冰球撞击力曲线中出现二次上升信号,推测是由于破碎界面在层间界面发生偏折,小球未完全破碎再次撞击测力杆所导致;高速撞击下层状结构冰球的撞击力高于单一性状冰球,推测是由于层间结构的存在延缓了冰球的破碎进程,提升了其在冲击方向传递动量的能力,进而产生了更高的撞击力。研究结果有助于深化对冰雹在高速撞击下的破坏力学行为的认识,同时可为飞行器结构防护、冰雹撞击安全设计研究等提供参考。
应用爆炸力学
既有裂缝、空洞病害隧道爆破振动安全控制标准
郭新新, 刘锦超, 汪波, 喻炜, 王振宇, 李浩彬
2020, 40(11): 115201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0315
摘要:
爆破荷载作用下,既有隧道衬砌的振动安全振速控制标准制定,大多以既有隧道完好为前提条件,不考虑病害因子对结构动力响应的影响,与实际不相符。为此,以既有新岭隧道旁拟建新隧道为工程背景,基于既有隧道衬砌裂缝和背后空洞的实际分布特征与规律,建立带裂缝与空洞的二维、三维结构模型,分析裂缝、空洞对衬砌动力响应的影响,提出以振速为指标的标准管理体系。结果表明:裂缝的最不利分布位置为迎爆侧边墙处,裂缝的存在增强了既有衬砌对S1应力(拉应力)的响应,振速控制标准的制定应以S1应力和裂缝径向深度为控制指标;当裂缝径向深度为(0~1/8)h、(1/8~1/2)h和>(1/2)hh为衬砌厚度)时,控制标准分别为12、10和8 cm/s。空洞的最不利分布位置为拱顶,空洞的存在增强了既有衬砌对S1应力和振速的双重响应,以增强振速响应为主,振速控制标准的制定应以振速、空洞面积及纵向长度为控制指标,空洞工况下,控制标准为12 cm/s;空洞沿隧道纵向长度小于7 m时,监控范围为3~4倍纵长;空洞沿隧道纵向长度大于7 m时,监控范围为1~1.5倍纵长;纵向长度小时,倍数取大值。