当期目录

2020-06期封面
2020, 40(6)
摘要:
2020-6 目录
2020, 40(6): 1-2.
摘要:
特别约稿与研究综述
侵彻条件下两类靶体材料静阻力的探讨
程怡豪, 王明洋, 王德荣, 宋春明, 岳松林, 谭仪忠
2020, 40(6): 061101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0443
摘要:
以空腔膨胀理论为主要理论工具,通过比较侵彻近区塑性材料和脆性材料动力学行为的差异,对两类不同材料静阻力(Rt)的本质进行探讨,并对脆性材料侵彻的若干应用问题提出建议。研究表明:(1)Rt是靶体介质以固体特性抵抗局部扩孔、具有时间平均特性的弹体横截面平均应力,其具体取值随着材料的物理力学特性、侵彻模型、撞击速度等因素而变化,因此不是材料的固有特性。(2)对于塑性靶体的非变形侵彻问题,静态空腔膨胀理论的结果能够对Rt作出比较合理的预测;对于拟流体侵彻问题,一般需要对静态空腔膨胀理论的结果加以修正。(3)脆性材料的Rt主要取决于破碎后介质的力学特性而与完整材料的力学特性关系不大,且与单轴抗压强度之间不满足纯粹的单调关系;当侵彻速度较低时,应考虑侵彻速度对侵彻阻力的强化作用,这种强化作用的本质是内摩擦;当侵彻速度足够高时,脆性材料体现出恒定不变的“动力硬度”,其反映了材料的本征阻力特性。(4)提高脆性材料的侵彻阻力的关键在于减小应力波峰值后环向拉应力的幅值、抑制材料的破碎速度和程度,具体措施包括主动或被动地增加外围压、对基质中添加增韧增强纤维等;为了实现对脆性材料侵彻问题更高精度的数值模拟,建议更加重视对破碎介质动力学特性的研究。
爆炸物理
点火准则和稀释气体对乙烯点火延时的影响
刘二伟, 徐胜利
2020, 40(6): 062101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0402
摘要:
利用矩形截面激波管研究点火准则和稀释气体对乙烯点火延时的影响。采用压电传感器记录测点压力时间历程,采用光谱仪和光电倍增管记录自发光强时间历程,以压力、总自发光强与·OH和·CH自由基特定能级发射光强等信号判定是否发生自点火,给出自点火过程的时间起始点和终止点,得到了不同点火准则和稀释气体对应的乙烯/氧气/氮气和乙烯/氧气/氩气点火延时。结果表明:相同工况的乙烯点火延时测量数据相对误差约为15%,数据验证了本文实验和测量方法可靠性。针对当量比为1.0、压力为0.2 MPa,得到了温度范围为905~1 489 K,稀释气体的摩尔分数为75%氮气和75%氩气时的乙烯点火延时,给出点火延时和温度拟合的Arrhenius型表达式。不同点火准则会影响所测点火延时数据,但多次测量结果确定的点火延时和温度变化规律近似相同。不同稀释气体对激波管自点火流场的影响表现为和流场均匀性以及混合物比热相关。相同工况的乙烯/氧气/氮气点火延时大于乙烯/氧气/氩气点火延时。高温区和低温区的乙烯/氧气/氩气点火延时与温度的拟合关系不同,转折温度约为1 121 K。
多破片对柱壳装药冲击起爆速度阈值的数值模拟研究
郭淳, 郭尚生, 钱建平, 顾文彬
2020, 40(6): 062301. doi: 10.11883/bzycj-2019-0391
摘要:
为了研究实战环境中多个钨球破片对导弹战斗部(柱壳装药)的冲击起爆问题,采用AUTODYN-3D数值模拟软件,基于单破片撞击柱壳装药模型,建立多破片撞击柱壳装药的模型,开展了不同钨球个数、空间碰撞位置间隔(撞击角θ、轴向球心距l)及时间间隔对冲击起爆特性影响的数值模拟,获得了带壳B炸药的起爆速度阈值。结果表明:相同条件下,随着钨球个数的增加、空间碰撞位置间隔的减小,起爆速度阈值逐渐减小,6个钨球同时撞击的起爆速度阈值约为单个作用下的50%;双钨球作用下,柱壳装药相较于平板装药更难以起爆;双钨球间隔撞击柱壳装药时,起爆速度阈值均随着撞击时间间隔的增大而先减小后增大,最小起爆速度阈值约为同时撞击时的95%,且|θ2|<|θ1| (θ1为第1个钨球的撞击角,θ2为第2个钨球的撞击角)时更容易起爆柱壳装药。
冲击动力学
漂珠颗粒材料静动态力学性能与破碎机理研究
王壮壮, 徐鹏, 范志强, 苗雨中, 高玉波, 聂韬译
2020, 40(6): 063101. doi: 10.11883/bzycj-2019-0337
摘要:
为考察脆性空心颗粒材料冲击载荷下的力学特性,以具有不同粒径分布的粉煤灰漂珠为研究对象,对其静动态力学性能进行实验研究。通过限制颗粒材料压缩应变为50%,分析颗粒破碎率和破碎机理与材料宏观应变率效应的关系。结果表明:(1)不同粒径的漂珠颗粒材料在动态压缩下较准静态压缩下颗粒材料的强度均有明显的增强,在0.001和150 s−1大小颗粒的强度分别提高200%和195%,在150和300 s−1大小颗粒的强度分别提高39%和51.5%,在300和800 s−1大小颗粒的强度并未发生明显的变化;(2)在相同加载速度下粒径较小的颗粒比大粒径颗粒的强度和吸能效果分别提高35%~40%和35%~48%;(3)对破碎后颗粒粒径分布曲线分析可知,随着加载速度的增加,大小颗粒的破碎率和破碎程度都会增大,且在相同加载速度下大颗粒的破碎率较小颗粒的破碎率高;(4)Hardin破碎势分析表明,单位输入能量下颗粒的相对破碎势随冲击速度增大而减小,动态冲击下用于颗粒破碎的能量利用率降低,从而导致材料在相同压缩量下产生更高的能量耗散和应力水平,即表现为宏观的应变率效应。
聚乙烯泡沫单填充纸瓦楞管的轴向跌落冲击缓冲吸能特性
韩旭香, 郭彦峰, 韦青, 付云岗, 吉美娟, 张伟
2020, 40(6): 063102. doi: 10.11883/bzycj-2019-0341
摘要:
利用聚乙烯闭孔泡沫单填充纸瓦楞管开展轴向跌落冲击试验,对比分析了结构参数和冲击参数对其缓冲吸能特性参数(比吸能、行程利用率、压缩力效率、比总体效率)的影响。结果表明,X向单填充管的动态缓冲吸能特性优于Y向单填充管,而静态缓冲吸能特性差于Y向单填充管。正四边形单填充管的动态缓冲吸能特性优于正五、六边形单填充管,X向正四边形单填充管的比吸能相较于正五、六边形管分别提高了114.4%和182.3%。对于跌落冲击压缩,单填充管的比吸能、行程利用率、比总体效率随着管长比的增大而减小,管长比为1.4的X向单填充管的比吸能相较于管长比为2.2和3.0的单填充管分别增加了45.8%和117.9%,而压缩力效率随着管长比的增大而增大。随着跌落冲击质量或冲击能量的增加,比吸能、行程利用率、压缩力效率和比总体效率皆呈增大趋势,冲击质量对X向单填充管的影响较大,而冲击速度则对Y向单填充管的影响较大。
钨纤维增强金属玻璃复合材料分段弹体侵彻性能研究
陈建良, 李继承
2020, 40(6): 063201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0379
摘要:
结合穿甲实验,基于复合材料细观有限元模拟,系统开展针对钨纤维增强金属玻璃复合材料分段弹体侵彻性能的研究,并与复合材料长杆弹进行对比分析。结果表明,相对于复合材料长杆弹显著的穿甲“自锐”行为和优异的侵彻性能,复合材料分段弹体在侵彻过程中的“自锐”特性有所减弱,且弹体结构容易发生分散,进而导致弹体侵彻能力明显降低。另外,分段数目和分段间隔等因素对复合材料分段弹体的侵彻性能具有一定影响,但总体而言,不同构型分段弹体的侵彻能力均弱于复合材料长杆弹。
超材料混凝土的带隙特征及对冲击波的衰减效应
张恩, 路国运, 杨会伟, 曹瑞东, 陈鹏程
2020, 40(6): 063301. doi: 10.11883/bzycj-2019-0252
摘要:
借鉴超材料的研究思路,在混凝土中引入谐振骨料,设计出具有消波特性的超材料混凝土。首先,通过结构动力学方法计算超材料混凝土的有效质量,从而建立了超材料混凝土带隙起始频率及截止频率的简化模型,并给出了带隙起始频率及截止频率的理论表达式。然后,分析了涂层弹性模量、芯柱密度、基体密度、骨料体积占比和芯柱边长与软涂层厚度比对超材料混凝土带隙特征的影响。最后,采用数值模拟的方法,对比了超材料混凝土和普通混凝土对冲击波的衰减效应。研究结果表明:(1)低弹性模量涂层能够形成低频带隙,但带隙宽度较窄,而高弹性模量涂层能够形成较宽的带隙,但带隙起始频率较高;(2)通过选择高密度芯柱材料和低密度基体材料,可以得到低频、宽带隙特征;(3)通过增大骨料体积占比和芯柱边长与软涂层厚度比可以实现扩宽带隙的目的;(4)与普通混凝土相比,超材料混凝土对冲击波具有更好的衰减作用。
实验技术与数值方法
爆炸下球壳变形空间周期分布的理论计算方法
刘文祥, 张德志, 钟方平, 程帅, 张庆明
2020, 40(6): 064201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0340
摘要:
早期研究提出了对振动叠加应变增长现象的解剖式分析方法,进而发现爆炸加载下带扰动源球壳上的弯曲波和壳体变形呈空间周期分布的规律。参考Timoshenko梁的弯曲理论,基于平截面假定和壳体发生较小的弯曲变形的假设,推导出球壳上弯曲波波速和波长的关系,计算得到最短弯曲波和与膜振动频率相近的弯曲波的波速,还结合早期研究提出的壳体变形分布周期与弯曲波波速的关系,计算得到了壳体变形空间分布的周期。结果表明:(1)理论计算结果与数值仿真结果基本吻合,其中弯曲波波速的计算结果与数值仿真结果相差在15%以内,壳体变形空间分布周期的计算结果与数值仿真结果相差在12%以内;(2)弯曲波波长越短,波速越快,当波长无限短时,波速趋于极限值,约为声速的0.574倍。本计算方法为解剖式分析方法提供了一定的理论依据。
含双侧分支受限空间油气爆炸火焰行为与超压特性大涡模拟
刘冲, 杜扬, 梁建军, 张培理, 孟红
2020, 40(6): 064202. doi: 10.11883/bzycj-2019-0408
摘要:
为研究含分支结构狭长受限空间油气爆炸特性规律,基于大涡模拟WALE模型和Zimont预混火焰模型,对横截面为100 mm×100 mm的含双侧分支管道受限空间油气泄压爆炸特性进行了数值模拟。通过对火焰形态、火焰传播速度和动态超压3个物理量的对比,验证了所建立模型对于含分支结构受限空间油气爆炸计算的适用性。基于数值模拟结果,对爆炸过程中的流场结构、火焰形态和超压变化规律进行了分析,指出了“浪花状”火焰的形成原因。结果表明:(1)火焰传播进入分支管道前,在主管道和分支管道交界处会产生旋转方向相反的对称涡旋结构,并随着火焰传播不断向分支管道内部发展;(2)当火焰传播进入分支管道后,分支管道内部前期已建立流场决定了火焰的形态,火焰锋面在涡旋结构作用下呈“浪花状”,此后火焰和流场相互影响,流场向湍流转捩,火焰锋面褶皱变形;(3)爆炸超压升压过程可划分为4个阶段,受到火焰锋面面积和分支管道泄压共同作用,表明爆炸流场、火焰行为和动态超压呈现出显著耦合性。
应用爆炸力学
炸药类型对富铁矿爆破效果影响的试验研究
杨仁树, 李炜煜, 杨国梁, 马鑫民
2020, 40(6): 065201. doi: 10.11883/bzycj-2019-0396
摘要:
为探究炸药类型对铁矿石爆破效果的影响,选用相同药量的3种炸药对铁矿石试样进行爆破试验。对比研究了不同炸药爆炸作用后试样表面裂纹分形维数和碎块块度分布特征,进而对试样的破坏程度和爆破效果进行了定量的对比与评价。同时,从爆炸应力波叠加、能量释放与传递角度,对爆破效果的差异进行了理论分析。研究结果表明:(1)松散装药以及混合装药均会导致爆源相同距离处爆炸应力场分布的均匀性变差;(2)炸药爆热越大、炸药铁矿石波阻抗匹配程度越高,炸药爆炸后释放的能量越大且能量传递效率越高,铁矿石破坏程度越大;(3)爆破工程中炸药选型时,应重点考虑炸药密度、爆热和爆速3个参数,选择与矿(岩)体波阻抗匹配程度高且爆热合适的炸药,使得爆破后产生的大块和小块均较少。
基于实测爆破振动计算岩体介质P波品质因子
杨招伟, 卢文波, 陈明, 严鹏, 胡英国, 刘美山, 吴新霞, 冷振东
2020, 40(6): 065202. doi: 10.11883/bzycj-2019-0333
摘要:
爆破地震波传播衰减研究对爆破振动预测及安全控制有着重要的指导意义。针对爆破振动实测信号,结合P波、S波的初至识别结果,计算P波、S波在岩体中的传播速度及P波的上升时间,进一步得出岩体介质P波品质因子。结合现场实测振动数据,计算丰宁抽水蓄能电站及舟山绿色石化基地试验区域内岩体介质P波品质因子,计算结果分别为19.02和14.07。结果表明,通过实测地表爆破振动计算得到的P波品质因子远小于经验公式的计算值及一般原岩的品质因子,说明地表疏松层对爆破地震波的传播衰减有较大影响。
氢气泄爆作用下结构动力响应特性研究
郝腾腾, 王昌建, 颜王吉, 任伟新
2020, 40(6): 065401. doi: 10.11883/bzycj-2019-0412
摘要:
氢能因具有环保高效等优点,被公认为21世纪最具发展前景的清洁能源,缺点是在使用过程中极易发生爆炸事故。泄爆作为爆炸防护的重要手段,可以有效提高结构在爆炸过程中的安全性和可靠性。为获得结构在氢气泄爆作用下的动力响应特性,本文从实验和数值模拟两个方面展开研究。在12 m×2.5 m×2.5 m的大尺度ISO标准容器中开展了一系列氢气泄爆实验,主要考虑氢气体积分数、点火位置、障碍物布置等参数的影响,并对结构内部超压荷载特征和动力响应演化规律进行了分析。结果表明,结构位移由首个超压峰值主导,并在该阶段与方舱内超压趋势保持一致,且两者峰值之间保持线性关系;加速度则由不稳定燃烧引起的超压高频振荡主导。在实验范围内,位移峰值受氢气体积分数影响显著,且随着氢气体积分数增大而增大。加速度峰值则还受到点火位置的影响,中心点火的情景要大于后端点火的情景。障碍物数量对结构动力响应的影响并非单调关系。此外,基于现场环境振动测试结果,建立了该结构的基准有限元模型。数值模拟及实验结果吻合良好,因此该基准有限元模型可进一步用于不同工况下氢气泄爆荷载作用下结构动力响应的预测和分析。