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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0342
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摘要:
如何高效地实现对试件的平面波加载，是爆炸荷载模拟装置设计的核心技术问题之一。为研发安全、经济、可重复使用的爆炸荷载模拟装置，基于现有试验装置、大尺寸激波管试验数据和LS-DYNA软件，建立了装置内爆炸波传播的数值模型，提出了加载面处超压荷载的均匀性的定量评估方法，数值计算分析了扩大段形状、长度及整形段长度等参数对加载面超压荷载分布均匀性的影响；对扩大段和整形段的壁厚、环向加劲肋间距、高度等关键结构参数进行了数值优化，实现了激波管扩大段与整形段几何与结构的优化设计；开展了爆炸荷载模拟装置的验证试验。研究表明：建立的爆炸波传播数值模型能够准确模拟冲击波的演化过程，计算结果与试验数据吻合良好；基于超压峰值和峰值到达时间误差等指标，实现了对加载面超压荷载均匀性的定量评价；在兼顾经济性的前提下，研发的爆炸荷载模拟装置扩大段采用上下对称的形式，长度为3 m，整形段长度可根据实际投入尽可能延长；以多次重复使用为目标，经数值计算确定扩大段和整形段壁厚为30 mm，环向加劲肋高度和间距均为150 mm。设计方案的有效性通过了试验验证，产生的爆炸荷载及结构抗爆性能均符合要求，研发的装置可用于结构构件的抗爆试验。
如何高效地实现对试件的平面波加载，是爆炸荷载模拟装置设计的核心技术问题之一。为研发安全、经济、可重复使用的爆炸荷载模拟装置，基于现有试验装置、大尺寸激波管试验数据和LS-DYNA软件，建立了装置内爆炸波传播的数值模型，提出了加载面处超压荷载的均匀性的定量评估方法，数值计算分析了扩大段形状、长度及整形段长度等参数对加载面超压荷载分布均匀性的影响；对扩大段和整形段的壁厚、环向加劲肋间距、高度等关键结构参数进行了数值优化，实现了激波管扩大段与整形段几何与结构的优化设计；开展了爆炸荷载模拟装置的验证试验。研究表明：建立的爆炸波传播数值模型能够准确模拟冲击波的演化过程，计算结果与试验数据吻合良好；基于超压峰值和峰值到达时间误差等指标，实现了对加载面超压荷载均匀性的定量评价；在兼顾经济性的前提下，研发的爆炸荷载模拟装置扩大段采用上下对称的形式，长度为3 m，整形段长度可根据实际投入尽可能延长；以多次重复使用为目标，经数值计算确定扩大段和整形段壁厚为30 mm，环向加劲肋高度和间距均为150 mm。设计方案的有效性通过了试验验证，产生的爆炸荷载及结构抗爆性能均符合要求，研发的装置可用于结构构件的抗爆试验。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0355
摘要:
针对传统爆炸荷载模拟装置危险性高、成本较高、模拟荷载种类受限等问题，基于已有试验装置，研发安全、经济、适用于原型或大比例尺试验的甲烷-空气爆燃驱动爆炸荷载模拟装置。采用CFD软件OpenFOAM建立大尺寸管道内甲烷-空气爆燃数值计算模型，并通过试验数据验证其有效性；数值模拟分析了气云长度、泄爆条件和障碍物布置等参数对超压荷载特性的影响，揭示了装置内爆炸波传播与火焰演化机制，确定了优化的加载技术方案。研究表明，建立的数值模型可合理预测大尺寸管道内甲烷-空气爆燃的超压-时程和空间分布；增大气云长度、合理设置近点火点的障碍物可显著增强装置内燃气爆燃强度，侧向泄爆可得到较高的爆炸荷载并有效分离压力波和火焰，避免加载面处的高温干扰；最终提出了基于4个障碍物（障碍率为1×50%+3×25%，间距为3 m）及可变气云长度（1.5～6 m）的爆炸荷载模拟加载方案。试验验证表明产生的超压荷载峰值与数值预测结果的误差小于12%，荷载均匀性良好，重复性高，可用于RC（reinforced concrete）板等构件的抗爆性能试验。
针对传统爆炸荷载模拟装置危险性高、成本较高、模拟荷载种类受限等问题，基于已有试验装置，研发安全、经济、适用于原型或大比例尺试验的甲烷-空气爆燃驱动爆炸荷载模拟装置。采用CFD软件OpenFOAM建立大尺寸管道内甲烷-空气爆燃数值计算模型，并通过试验数据验证其有效性；数值模拟分析了气云长度、泄爆条件和障碍物布置等参数对超压荷载特性的影响，揭示了装置内爆炸波传播与火焰演化机制，确定了优化的加载技术方案。研究表明，建立的数值模型可合理预测大尺寸管道内甲烷-空气爆燃的超压-时程和空间分布；增大气云长度、合理设置近点火点的障碍物可显著增强装置内燃气爆燃强度，侧向泄爆可得到较高的爆炸荷载并有效分离压力波和火焰，避免加载面处的高温干扰；最终提出了基于4个障碍物（障碍率为1×50%+3×25%，间距为3 m）及可变气云长度（1.5～6 m）的爆炸荷载模拟加载方案。试验验证表明产生的超压荷载峰值与数值预测结果的误差小于12%，荷载均匀性良好，重复性高，可用于RC（reinforced concrete）板等构件的抗爆性能试验。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0352
摘要:
反应堆在服役过程中存在大量结构金属在预应力条件下被高能粒子辐照，同时还可能遭遇不可预知的冲击载荷，导致结构金属的力学性能发生显著退化，降低反应堆的安全与可靠。然而现有研究大多仅单独关注辐照或冲击效应对金属力学性能的影响规律与机理，较少研究辐照金属动力学的退化行为，更是极少考虑预应力这种典型工况的耦合影响效应。本文总结和评述了辐照、预应力和冲击载荷耦合作用下金属硬化与脆化性能的变化规律与微观机理实验研究现状，指出了当前研究中存在的不足与诸多挑战，并对后续研究需重点关注的科学问题和亟需突破的技术瓶颈等提出了意见和建议。希望为反应堆延寿与新型先进反应堆研发等大型国家工程建设涉及的辐照-预应力条件下金属硬化和脆化规律与机理研究提供科学依据与研究方法。
反应堆在服役过程中存在大量结构金属在预应力条件下被高能粒子辐照，同时还可能遭遇不可预知的冲击载荷，导致结构金属的力学性能发生显著退化，降低反应堆的安全与可靠。然而现有研究大多仅单独关注辐照或冲击效应对金属力学性能的影响规律与机理，较少研究辐照金属动力学的退化行为，更是极少考虑预应力这种典型工况的耦合影响效应。本文总结和评述了辐照、预应力和冲击载荷耦合作用下金属硬化与脆化性能的变化规律与微观机理实验研究现状，指出了当前研究中存在的不足与诸多挑战，并对后续研究需重点关注的科学问题和亟需突破的技术瓶颈等提出了意见和建议。希望为反应堆延寿与新型先进反应堆研发等大型国家工程建设涉及的辐照-预应力条件下金属硬化和脆化规律与机理研究提供科学依据与研究方法。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0419
摘要:
针对当前以橡皮弹为代表的传统防暴动能弹在应用过程中致伤致死概率较高问题，为提高防暴动能弹的使用安全性，基于现有非致命武器发射载具，设计一款兼具壳体可靠破碎和粉体分散释能特点的新型低动能易碎弹。通过对假人靶标和明胶靶标的射击试验，得到易碎弹钝击下2种靶标冲击动力响应。假人靶标试验中，该易碎弹破碎可靠，动能缓释效果明显。计算得到的假人不同部位损伤评估指标均在安全阈值内，与橡皮弹钝击试验结果的对比显示，该易碎弹在保证致痛性能的同时安全性明显高于橡皮弹。明胶靶标射击试验中，相同质量及着靶速度下，易碎弹和橡胶弹在明胶内部传感器产生的压强峰值相差约一个量级。试验结果表明，新型低动能易碎弹通过弹丸壳体破碎和弹丸内部填充粉体飞散，可有效衰减弹丸冲击压力峰值，大幅降低动能弹致伤威力，可为提高防暴动能弹药使用安全性提供技术支撑。
针对当前以橡皮弹为代表的传统防暴动能弹在应用过程中致伤致死概率较高问题，为提高防暴动能弹的使用安全性，基于现有非致命武器发射载具，设计一款兼具壳体可靠破碎和粉体分散释能特点的新型低动能易碎弹。通过对假人靶标和明胶靶标的射击试验，得到易碎弹钝击下2种靶标冲击动力响应。假人靶标试验中，该易碎弹破碎可靠，动能缓释效果明显。计算得到的假人不同部位损伤评估指标均在安全阈值内，与橡皮弹钝击试验结果的对比显示，该易碎弹在保证致痛性能的同时安全性明显高于橡皮弹。明胶靶标射击试验中，相同质量及着靶速度下，易碎弹和橡胶弹在明胶内部传感器产生的压强峰值相差约一个量级。试验结果表明，新型低动能易碎弹通过弹丸壳体破碎和弹丸内部填充粉体飞散，可有效衰减弹丸冲击压力峰值，大幅降低动能弹致伤威力，可为提高防暴动能弹药使用安全性提供技术支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0035
摘要:
针对富燃料炸药在封闭空间内爆炸载荷特性复杂、高精度求解与工程应用成本高昂的问题，首先建立了封闭空间内考虑燃热增强效应的爆炸载荷数值计算方法，与试验的准静态压力、饱和响应时间内的冲量及靶板残余变形进行对比，误差均在10%以内，验证了数值计算方法的可靠性。系统分析了封闭空间内爆炸载荷的时空分布规律，并提出一种同时考虑饱和响应时间与准静态压力的等效载荷简化方法，与全耦合计算的中心点首峰值变形与残余变形对比，误差均在10%以内，验证了等效载荷简化方法的可靠性。通过研究等效载荷空间分布形式及准静态压力对结构响应的影响，结果表明：在当前研究范围内，等效载荷空间分布对结构响应的影响相对较小，而准静态压力贡献不可忽略。根据上述认识，最终提出了基于靶板中心点载荷特性的两阶段载荷简化模型，对比10组简化模型与试验的残余变形值，误差均在15%以内，验证了简化模型的可靠性。研究表明，该模型在不同工况下均具有良好的适用性，能够在保证计算精度的同时显著提升计算效率，可为封闭空间爆炸相关工程问题的简化分析提供技术路径。
针对富燃料炸药在封闭空间内爆炸载荷特性复杂、高精度求解与工程应用成本高昂的问题，首先建立了封闭空间内考虑燃热增强效应的爆炸载荷数值计算方法，与试验的准静态压力、饱和响应时间内的冲量及靶板残余变形进行对比，误差均在10%以内，验证了数值计算方法的可靠性。系统分析了封闭空间内爆炸载荷的时空分布规律，并提出一种同时考虑饱和响应时间与准静态压力的等效载荷简化方法，与全耦合计算的中心点首峰值变形与残余变形对比，误差均在10%以内，验证了等效载荷简化方法的可靠性。通过研究等效载荷空间分布形式及准静态压力对结构响应的影响，结果表明：在当前研究范围内，等效载荷空间分布对结构响应的影响相对较小，而准静态压力贡献不可忽略。根据上述认识，最终提出了基于靶板中心点载荷特性的两阶段载荷简化模型，对比10组简化模型与试验的残余变形值，误差均在15%以内，验证了简化模型的可靠性。研究表明，该模型在不同工况下均具有良好的适用性，能够在保证计算精度的同时显著提升计算效率，可为封闭空间爆炸相关工程问题的简化分析提供技术路径。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0386
摘要:
为探究水下接触爆炸作用下混凝土拱板的毁伤特性，对三块混凝土拱板开展了水下接触爆炸试验，并对剥落的拱板碎片进行了质量分区统计。基于耦合欧拉-拉格朗日算法（coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）建立了“水-混凝土-TNT”三维数值仿真模型，通过与试验结果的对比，验证了模型的可靠性。在此基础上，研究了爆炸荷载下拱板内部应力波的传播过程，阐明了混凝土拱板的损伤机理，并进一步探究了爆炸荷载以及拱板跨度对拱板损伤特性的影响。结果表明：在水下接触爆炸作用下，拱板迎爆面形成由辐射状裂纹和环状裂纹组成的环形破碎带；爆炸荷载增大，拱板剥落碎片增多且趋于细化；拱板跨度增大，结构更易产生大块碎片；随着TNT药量由0.4 g增加至1.6 g，拱板迎爆面形成的环状破碎带由局部区域扩展至贯穿拱板全宽度，拱板的破坏模式由局部损伤演变为整体失效；随着拱板跨度的增大，拱端处的破坏程度减轻，而跨中区域的破坏范围扩大；相较于跨度为400 mm的拱板，跨度为600 mm的拱板总耗散能增加了4.3%。
为探究水下接触爆炸作用下混凝土拱板的毁伤特性，对三块混凝土拱板开展了水下接触爆炸试验，并对剥落的拱板碎片进行了质量分区统计。基于耦合欧拉-拉格朗日算法（coupled Eulerian-Lagrangian, CEL）建立了“水-混凝土-TNT”三维数值仿真模型，通过与试验结果的对比，验证了模型的可靠性。在此基础上，研究了爆炸荷载下拱板内部应力波的传播过程，阐明了混凝土拱板的损伤机理，并进一步探究了爆炸荷载以及拱板跨度对拱板损伤特性的影响。结果表明：在水下接触爆炸作用下，拱板迎爆面形成由辐射状裂纹和环状裂纹组成的环形破碎带；爆炸荷载增大，拱板剥落碎片增多且趋于细化；拱板跨度增大，结构更易产生大块碎片；随着TNT药量由0.4 g增加至1.6 g，拱板迎爆面形成的环状破碎带由局部区域扩展至贯穿拱板全宽度，拱板的破坏模式由局部损伤演变为整体失效；随着拱板跨度的增大，拱端处的破坏程度减轻，而跨中区域的破坏范围扩大；相较于跨度为400 mm的拱板，跨度为600 mm的拱板总耗散能增加了4.3%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0056
摘要:
为明确典型爆炸作用下预应力T型梁桥的极限承载力，解决爆炸后桥梁承载力评估难题，采用“爆炸毁伤-静力加载”两步法，以1:1全尺寸预应力T型梁桥为靶标，开展了大当量爆炸试验和爆炸损伤后多级静力加载试验；根据试验结构破坏状态和挠度响应等数据，构建并校验了预应力T型梁桥精细化数值仿真模型，系统探究了桥面中心接触爆炸、桥面中心爆炸叠加梁间内爆、双侧梁间内爆3种典型爆炸工况下桥梁的极限承载力。结果表明：接触爆炸桥梁主要发生桥面破孔及塑性变形；梁间内爆除桥面发生层裂破碎外，T梁腹板及横隔梁发生侧凸、混凝土崩塌破坏；3种典型爆炸破坏状态中，桥面中心爆炸后叠加梁间内爆，极限承载力衰减最严重；合理选择荷载位置可有效规避爆炸损伤的不利影响，大幅提升桥梁的极限承载能力。
为明确典型爆炸作用下预应力T型梁桥的极限承载力，解决爆炸后桥梁承载力评估难题，采用“爆炸毁伤-静力加载”两步法，以1:1全尺寸预应力T型梁桥为靶标，开展了大当量爆炸试验和爆炸损伤后多级静力加载试验；根据试验结构破坏状态和挠度响应等数据，构建并校验了预应力T型梁桥精细化数值仿真模型，系统探究了桥面中心接触爆炸、桥面中心爆炸叠加梁间内爆、双侧梁间内爆3种典型爆炸工况下桥梁的极限承载力。结果表明：接触爆炸桥梁主要发生桥面破孔及塑性变形；梁间内爆除桥面发生层裂破碎外，T梁腹板及横隔梁发生侧凸、混凝土崩塌破坏；3种典型爆炸破坏状态中，桥面中心爆炸后叠加梁间内爆，极限承载力衰减最严重；合理选择荷载位置可有效规避爆炸损伤的不利影响，大幅提升桥梁的极限承载能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0294
摘要:
镁粉作为一种常用金属材料，生产过程中具有极大爆炸风险，亟需开发高效靶向抑爆剂。本研究通过共沉淀法成功合成了不同类型的双金属超分子化合物抑爆剂，并利用哈特曼管实验研究了其对镁粉爆炸的抑制效果。发现双金属超分子化合物材料的抑爆效果优于传统抑爆剂碳酸氢钠，且当金属阳离子一致时，碳酸根离子抑爆效果优于氯离子。抑爆效果钙铁碳酸根材料优于铜铝碳酸根材料优于镁铝碳酸根材料优于钙铁氯离子材料优于锌铬碳酸根材料优于镁铝氯离子材料。明确其抑爆机理为吸热分解、物理包裹、惰性气体稀释及金属阳离子/层间阴离子协同清除关键自由基从而实现物理-化学的双重抑爆。本研究对比了不同双金属超分子化合材料对镁粉燃爆的抑制效果，为镁粉意外燃爆的安全防护提供了新思路。
镁粉作为一种常用金属材料，生产过程中具有极大爆炸风险，亟需开发高效靶向抑爆剂。本研究通过共沉淀法成功合成了不同类型的双金属超分子化合物抑爆剂，并利用哈特曼管实验研究了其对镁粉爆炸的抑制效果。发现双金属超分子化合物材料的抑爆效果优于传统抑爆剂碳酸氢钠，且当金属阳离子一致时，碳酸根离子抑爆效果优于氯离子。抑爆效果钙铁碳酸根材料优于铜铝碳酸根材料优于镁铝碳酸根材料优于钙铁氯离子材料优于锌铬碳酸根材料优于镁铝氯离子材料。明确其抑爆机理为吸热分解、物理包裹、惰性气体稀释及金属阳离子/层间阴离子协同清除关键自由基从而实现物理-化学的双重抑爆。本研究对比了不同双金属超分子化合材料对镁粉燃爆的抑制效果，为镁粉意外燃爆的安全防护提供了新思路。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0313
摘要:
传统均质化模型难以准确描述混凝土中骨料分布、骨料粒径和钢筋配置对应力波传播路径及能量耗散机制的细观影响，限制了对钢筋混凝土靶板抗爆破坏机理的深入理解。针对这一问题，联合MATLAB与LS-DYNA建立了包含钢筋、骨料和基体的钢筋混凝土靶板三维细观有限元模型，并通过接触爆炸试验对模型进行了对比验证，结果表明该模型可以较准确地预测钢筋混凝土板在接触爆炸荷载作用下的破坏模式和开坑尺寸。在此基础上，通过细观数值模拟参数分析，研究了骨料（分布模式、粒径）和钢筋布置对钢筋混凝土抗爆性能及应力波传播的影响。对于骨料参数，骨料的粒径分布特征和粒径大小确定了应力波的演化规律及能量耗散特征，进而影响混凝土迎爆面开坑和背爆面层裂坑的几何尺寸。当骨料粒径沿迎爆面至背爆面方向呈递减分布时，可有效抑制迎爆面开坑扩展及背爆面层裂发展，呈递增分布则会加剧表面开坑和内部层裂损伤。粒径方面，小粒径骨料靶板背爆面层裂坑呈现浅而广特征，大粒径骨料靶板则表现为深而小形态。相较于骨料，钢筋对靶板整体破坏模式及应力波传播的影响弱，低配筋率下钢筋几乎不影响压应力峰值的动态传递过程，而在高爆炸荷载下钢筋抑制了靶板的碎裂进程并缓解了弯曲破坏，提升了靶板的结构完整性和抗毁伤能力。
传统均质化模型难以准确描述混凝土中骨料分布、骨料粒径和钢筋配置对应力波传播路径及能量耗散机制的细观影响，限制了对钢筋混凝土靶板抗爆破坏机理的深入理解。针对这一问题，联合MATLAB与LS-DYNA建立了包含钢筋、骨料和基体的钢筋混凝土靶板三维细观有限元模型，并通过接触爆炸试验对模型进行了对比验证，结果表明该模型可以较准确地预测钢筋混凝土板在接触爆炸荷载作用下的破坏模式和开坑尺寸。在此基础上，通过细观数值模拟参数分析，研究了骨料（分布模式、粒径）和钢筋布置对钢筋混凝土抗爆性能及应力波传播的影响。对于骨料参数，骨料的粒径分布特征和粒径大小确定了应力波的演化规律及能量耗散特征，进而影响混凝土迎爆面开坑和背爆面层裂坑的几何尺寸。当骨料粒径沿迎爆面至背爆面方向呈递减分布时，可有效抑制迎爆面开坑扩展及背爆面层裂发展，呈递增分布则会加剧表面开坑和内部层裂损伤。粒径方面，小粒径骨料靶板背爆面层裂坑呈现浅而广特征，大粒径骨料靶板则表现为深而小形态。相较于骨料，钢筋对靶板整体破坏模式及应力波传播的影响弱，低配筋率下钢筋几乎不影响压应力峰值的动态传递过程，而在高爆炸荷载下钢筋抑制了靶板的碎裂进程并缓解了弯曲破坏，提升了靶板的结构完整性和抗毁伤能力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0139
摘要:
为对比不同直径钨纤维增强金属玻璃复合材料长杆弹的侵彻/穿甲“自锐”行为以及相应弹道性能的异同，综合侵彻/穿甲试验结果和细观有限元模拟，系统开展了不同长杆弹在侵彻/穿甲钢靶过程中的弹靶变形和破坏特性研究，并详细分析长杆弹在不同撞击速度下变形和破坏模式的转变。分析表明：由于不同直径钨纤维在抗弯曲、抗剪切等方面性能的差异，相应复合材料弹体在侵彻过程中表现出不同的破坏特征，从而影响其侵彻/穿甲性能。撞击速度对弹体的变形和破坏模式及其侵彻/穿甲性能也具有显著影响：速度较低时，在钨纤维直径较小情形下，弹体头部纤维在侵彻过程中表现出屈曲失稳现象且逐渐分散，使得弹头发生一定程度钝粗，并导致侵彻阻力增加和侵彻性能下降；随撞击速度增大，在纤维直径较小情形下弹体外侧纤维发生回流，而直径较大时纤维则主要发生剪切破坏，使得弹头进一步锐化并导致侵彻/穿甲性能提升；当撞击速度和钨纤维直径达到某一上限阈值时，弹体头部“边缘层”厚度急剧减小，“自锐”性能有所弱化，侵彻/穿甲能力再次降低。相关研究有助于预测不同直径钨纤维增强的金属玻璃复合材料长杆弹在不同撞击速度条件下的侵彻/穿甲性能，以及优化弹体结构设计和撞击速度等。
为对比不同直径钨纤维增强金属玻璃复合材料长杆弹的侵彻/穿甲“自锐”行为以及相应弹道性能的异同，综合侵彻/穿甲试验结果和细观有限元模拟，系统开展了不同长杆弹在侵彻/穿甲钢靶过程中的弹靶变形和破坏特性研究，并详细分析长杆弹在不同撞击速度下变形和破坏模式的转变。分析表明：由于不同直径钨纤维在抗弯曲、抗剪切等方面性能的差异，相应复合材料弹体在侵彻过程中表现出不同的破坏特征，从而影响其侵彻/穿甲性能。撞击速度对弹体的变形和破坏模式及其侵彻/穿甲性能也具有显著影响：速度较低时，在钨纤维直径较小情形下，弹体头部纤维在侵彻过程中表现出屈曲失稳现象且逐渐分散，使得弹头发生一定程度钝粗，并导致侵彻阻力增加和侵彻性能下降；随撞击速度增大，在纤维直径较小情形下弹体外侧纤维发生回流，而直径较大时纤维则主要发生剪切破坏，使得弹头进一步锐化并导致侵彻/穿甲性能提升；当撞击速度和钨纤维直径达到某一上限阈值时，弹体头部“边缘层”厚度急剧减小，“自锐”性能有所弱化，侵彻/穿甲能力再次降低。相关研究有助于预测不同直径钨纤维增强的金属玻璃复合材料长杆弹在不同撞击速度条件下的侵彻/穿甲性能，以及优化弹体结构设计和撞击速度等。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2026-0054
摘要:
冲击疲劳是指材料/结构在反复冲击载荷的作用下，局部应力集中和应变快速累积引发材料/结构内部微损伤，并最终发生断裂失效的现象。冲击疲劳载荷具有作用时间短、加载速度快和应变率较高等特点，比常规疲劳具有更大的危害性。高速铁路轮轨动态接触载荷具有典型的冲击疲劳载荷特征，会引起冲击疲劳损伤累积，加剧服役性能劣化，从而影响高速列车运行的安全性。基于此，本文结合轮轨材料冲击疲劳损伤耦合本构模型，开展了三维轮轨滚动接触有限元模拟，厘清了高速铁路轮轨瞬时滚滑接触应力/应变状态和黏滑特性，分析了轮轨冲击疲劳损伤的分布特征和累积演化规律，探讨了列车速度、摩擦因数和牵引系数对冲击疲劳损伤的影响，比较了材料本构模型对轮轨滚滑接触力学行为的影响。结果表明，本文提出的轮轨材料冲击疲劳本构模型可以较好地模拟轮轨滚滑接触力学响应、黏滑分布特征和冲击疲劳损伤累积规律；轮轨多次滚动接触时，钢轨冲击疲劳损伤随滚动次数的增加呈现出非线性累积增长的趋势，但增长速率逐渐减小并近似趋于稳定；与弹塑性本构模型相比，冲击疲劳本构模型预测的轮轨接触力学响应更偏危险，且随着车轮滚动次数的增加，冲击疲劳损伤耦合影响逐渐增大。研究结果可为高速轮轨系统的疲劳损伤评估与寿命预测提供理论指导和技术支持。
冲击疲劳是指材料/结构在反复冲击载荷的作用下，局部应力集中和应变快速累积引发材料/结构内部微损伤，并最终发生断裂失效的现象。冲击疲劳载荷具有作用时间短、加载速度快和应变率较高等特点，比常规疲劳具有更大的危害性。高速铁路轮轨动态接触载荷具有典型的冲击疲劳载荷特征，会引起冲击疲劳损伤累积，加剧服役性能劣化，从而影响高速列车运行的安全性。基于此，本文结合轮轨材料冲击疲劳损伤耦合本构模型，开展了三维轮轨滚动接触有限元模拟，厘清了高速铁路轮轨瞬时滚滑接触应力/应变状态和黏滑特性，分析了轮轨冲击疲劳损伤的分布特征和累积演化规律，探讨了列车速度、摩擦因数和牵引系数对冲击疲劳损伤的影响，比较了材料本构模型对轮轨滚滑接触力学行为的影响。结果表明，本文提出的轮轨材料冲击疲劳本构模型可以较好地模拟轮轨滚滑接触力学响应、黏滑分布特征和冲击疲劳损伤累积规律；轮轨多次滚动接触时，钢轨冲击疲劳损伤随滚动次数的增加呈现出非线性累积增长的趋势，但增长速率逐渐减小并近似趋于稳定；与弹塑性本构模型相比，冲击疲劳本构模型预测的轮轨接触力学响应更偏危险，且随着车轮滚动次数的增加，冲击疲劳损伤耦合影响逐渐增大。研究结果可为高速轮轨系统的疲劳损伤评估与寿命预测提供理论指导和技术支持。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0357
摘要:
由于侵彻花岗岩试验存在原料获取难度大、费用高的问题，开展了钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）与花岗岩靶标的等效性研究。为确定钢筋混凝土与花岗岩靶板之间的等效关系，使用量纲分析与修正补偿法，以剩余速度作为等效前提，获得等效厚度计算方法。依据现有试验研究，使用LS-DYNA软件，结合数值模拟方法，建立弹体中速侵彻靶标的数值模型，以弹体侵彻速度和靶标厚度为变量设计典型工况，数据拟合得到花岗岩靶体与钢筋混凝土靶体的具体等效设计公式。研究表明：建立的数值仿真模型能够较为准确地模拟弹体侵彻花岗岩和钢筋混凝土靶体过程中弹体的剩余速度以及靶体的破坏特征；在弹体侵彻过程中，相较于钢筋混凝土靶体，花岗岩靶体的压实区和隧道区直径更小，裂纹更细、更长、扩展速度更快，靶面上裂纹面积更大，容易形成较大的剥落弹坑；在相同侵彻条件下，花岗岩与等效厚度钢筋混凝土靶体的破坏特征相近，破坏区域均可划分为5个部分；基于量纲分析与补偿修正法获得了弹体在侵彻钢筋混凝土和花岗岩时的无量纲剩余速度函数表达式以及钢筋混凝土和花岗岩靶体的等效厚度公式；拟合得到的花岗岩和钢筋混凝土等效靶厚系数为1.69966 ，并使用等效靶厚系数对靶厚等效设计公式进行验证，原型靶体与模型靶体弹体剩余速度误差不超过5%。研究结果可为弹体中速侵彻岩石靶板的等效设计提供参考。
由于侵彻花岗岩试验存在原料获取难度大、费用高的问题，开展了钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）与花岗岩靶标的等效性研究。为确定钢筋混凝土与花岗岩靶板之间的等效关系，使用量纲分析与修正补偿法，以剩余速度作为等效前提，获得等效厚度计算方法。依据现有试验研究，使用LS-DYNA软件，结合数值模拟方法，建立弹体中速侵彻靶标的数值模型，以弹体侵彻速度和靶标厚度为变量设计典型工况，数据拟合得到花岗岩靶体与钢筋混凝土靶体的具体等效设计公式。研究表明：建立的数值仿真模型能够较为准确地模拟弹体侵彻花岗岩和钢筋混凝土靶体过程中弹体的剩余速度以及靶体的破坏特征；在弹体侵彻过程中，相较于钢筋混凝土靶体，花岗岩靶体的压实区和隧道区直径更小，裂纹更细、更长、扩展速度更快，靶面上裂纹面积更大，容易形成较大的剥落弹坑；在相同侵彻条件下，花岗岩与等效厚度钢筋混凝土靶体的破坏特征相近，破坏区域均可划分为5个部分；基于量纲分析与补偿修正法获得了弹体在侵彻钢筋混凝土和花岗岩时的无量纲剩余速度函数表达式以及钢筋混凝土和花岗岩靶体的等效厚度公式；拟合得到的花岗岩和钢筋混凝土等效靶厚系数为
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0348
摘要:
为有效控制跨海工程中爆破开挖对基岩的损伤，研究了水下钻孔爆破中孔底复合垫层装药结构的损伤控制效果。结合某跨海大桥嵌入式沉井爆破开挖工程实例，通过现场取样和水下爆炸模型试验，利用压电陶瓷检测系统定量分析了孔底复合垫层中不同波阻抗铁砂混凝土对岩样损伤的影响；基于实测压电信号，运用小波包分析方法计算了炮孔轴向损伤因子；并结合分形维数与损伤理论，对不同工况下岩样顶部裂纹的扩展行为进行了量化评估。结果表明：孔底复合垫层能有效抑制岩样宏观裂纹扩展，减少顶部裂纹数量，并降低裂纹的轴向扩展深度。对岩样轴向损伤的分析表明，随着波阻抗的提高，炮孔区（0～12 cm）轴向损伤因子最大降幅约为10.70%；基岩底部测点损伤因子降幅高达95.7%～95.8%。水下钻孔爆破中采用孔底复合垫层装药结构可显著减轻基岩的爆破损伤，通过调节铁砂混凝土波阻抗可实现对岩样轴向损伤的有效控制。
为有效控制跨海工程中爆破开挖对基岩的损伤，研究了水下钻孔爆破中孔底复合垫层装药结构的损伤控制效果。结合某跨海大桥嵌入式沉井爆破开挖工程实例，通过现场取样和水下爆炸模型试验，利用压电陶瓷检测系统定量分析了孔底复合垫层中不同波阻抗铁砂混凝土对岩样损伤的影响；基于实测压电信号，运用小波包分析方法计算了炮孔轴向损伤因子；并结合分形维数与损伤理论，对不同工况下岩样顶部裂纹的扩展行为进行了量化评估。结果表明：孔底复合垫层能有效抑制岩样宏观裂纹扩展，减少顶部裂纹数量，并降低裂纹的轴向扩展深度。对岩样轴向损伤的分析表明，随着波阻抗的提高，炮孔区（0～12 cm）轴向损伤因子最大降幅约为10.70%；基岩底部测点损伤因子降幅高达95.7%～95.8%。水下钻孔爆破中采用孔底复合垫层装药结构可显著减轻基岩的爆破损伤，通过调节铁砂混凝土波阻抗可实现对岩样轴向损伤的有效控制。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0263
摘要:
为评估柱形装药接触爆炸对钢纤维钢筋混凝土（steel fiber reinforced concrete, SFRC）结构的成坑效应，采用光滑粒子伽辽金与结构化任意拉格朗日-欧拉流固耦合算法建立了SFRC靶体数值模型，研究了不同装药量Q和长径比l/d联合作用下SFRC靶体的破坏模式和损伤程度，基于接触爆炸理论与量纲分析，引入爆坑系数K1与 K2构建了爆坑直径D与深度H随有效装药量Qe变化的预测模型。结果表明：不同装药量和长径比联合作用下，SFRC靶体主要呈爆炸成坑破坏。不同装药量情况下，当l/d由1增大至5时，爆坑直径D与深度H均减小了约50%。在Qe小于16 kg范围内，K1与\begin{document}$ \sqrt{{K}_{2}} $\end{document}
为评估柱形装药接触爆炸对钢纤维钢筋混凝土（steel fiber reinforced concrete, SFRC）结构的成坑效应，采用光滑粒子伽辽金与结构化任意拉格朗日-欧拉流固耦合算法建立了SFRC靶体数值模型，研究了不同装药量Q和长径比l/d联合作用下SFRC靶体的破坏模式和损伤程度，基于接触爆炸理论与量纲分析，引入爆坑系数K1与 K2构建了爆坑直径D与深度H随有效装药量Qe变化的预测模型。结果表明：不同装药量和长径比联合作用下，SFRC靶体主要呈爆炸成坑破坏。不同装药量情况下，当l/d由1增大至5时，爆坑直径D与深度H均减小了约50%。在Qe小于16 kg范围内，K1与
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0336
摘要:
为探讨纳米铝热剂替代雷管起爆混合生物质爆破剂的可行性和差异性，选取数码电子雷管（S0）、Al/CuO铝热剂（S1）和Al/Bi2O3铝热剂（S2）分别起爆木粉与花生壳粉（质量比为1∶1）混合生物质爆破剂，并基于理论分析及工业炸药性能测试方法探究其爆炸性能规律。结果表明：雷管与铝热剂分属两个完全不同的能量释放功率等级体系，雷管可实现MW量级的瞬时功率输出，而铝热剂仅为kW量级；铝热剂起爆属于典型的高温爆燃型能量释放过程，能量密度高，可在有限约束内实现有效能量耦合，具备可靠的起爆能力；氧气压力是影响爆速与猛度的主导因素，钢管壁厚次之，起爆方式影响较弱，起爆方式具备可替代性，提升氧气压力和优化约束条件，可实现爆速与猛度的协同增强；3种起爆方式的激发效能呈现出一致的排序，即S0最强、S2次之、S1最弱，在冲击波参数与爆坑体积（0.33、0.24和0.21m3）两方面均得到验证。研究可为生物质爆破技术的优化与应用提供实验支撑。
为探讨纳米铝热剂替代雷管起爆混合生物质爆破剂的可行性和差异性，选取数码电子雷管（S0）、Al/CuO铝热剂（S1）和Al/Bi2O3铝热剂（S2）分别起爆木粉与花生壳粉（质量比为1∶1）混合生物质爆破剂，并基于理论分析及工业炸药性能测试方法探究其爆炸性能规律。结果表明：雷管与铝热剂分属两个完全不同的能量释放功率等级体系，雷管可实现MW量级的瞬时功率输出，而铝热剂仅为kW量级；铝热剂起爆属于典型的高温爆燃型能量释放过程，能量密度高，可在有限约束内实现有效能量耦合，具备可靠的起爆能力；氧气压力是影响爆速与猛度的主导因素，钢管壁厚次之，起爆方式影响较弱，起爆方式具备可替代性，提升氧气压力和优化约束条件，可实现爆速与猛度的协同增强；3种起爆方式的激发效能呈现出一致的排序，即S0最强、S2次之、S1最弱，在冲击波参数与爆坑体积（0.33、0.24和0.21m3）两方面均得到验证。研究可为生物质爆破技术的优化与应用提供实验支撑。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0308
摘要:
为研究多发动机并联火箭橇的复杂尾流场特性，重点分析了喷管水平中心距和冲击高度对流动结构和地面效应的作用机制。通过对比大间距（l=7d）、小间距（l=1d）、低冲击高度（h=2d）及高冲击高度（h=5.5d）4种工况（l为喷管水平中心距，h为冲击高度，d为喷管出口直径，d=275 mm），系统揭示了不同构型下流场结构、压力分布与对地面的热冲刷行为。结果表明：小间距布局在无地效时会诱发强烈的射流干涉，导致压力恢复呈现“多波峰-慢恢复”特性，显著延缓了流场弛豫过程。地面效应与干涉的耦合作用由冲击高度主导：低冲击高度工况下，射流冲击地面诱发涡结构剧烈重组与破碎，形成速度高达960 m/s的壁面射流，地表温度峰值达1286.6 K且持续高温，轨道烧蚀风险显著增大；而高冲击高度可有效抑制地效作用，流场结构更趋均匀稳定，地表温度峰值降低约65%，最大流速降低58%，烧蚀风险显著缓解。火箭橇起始段（0~8 m）为热-力载荷最恶劣区间，该阶段平均加速度高达832.7 m/s2且单位距离作用时间长为1.84 ms/m，与瞬态复杂流场耦合，构成了轨道烧蚀的极高风险。数值模拟结果与高速摄影试验结果在流场形态、冲击高度及涡核位置等方面高度吻合，验证了所建立“内弹道-外弹道-流场”耦合模型的可靠性。
为研究多发动机并联火箭橇的复杂尾流场特性，重点分析了喷管水平中心距和冲击高度对流动结构和地面效应的作用机制。通过对比大间距（l=7d）、小间距（l=1d）、低冲击高度（h=2d）及高冲击高度（h=5.5d）4种工况（l为喷管水平中心距，h为冲击高度，d为喷管出口直径，d=275 mm），系统揭示了不同构型下流场结构、压力分布与对地面的热冲刷行为。结果表明：小间距布局在无地效时会诱发强烈的射流干涉，导致压力恢复呈现“多波峰-慢恢复”特性，显著延缓了流场弛豫过程。地面效应与干涉的耦合作用由冲击高度主导：低冲击高度工况下，射流冲击地面诱发涡结构剧烈重组与破碎，形成速度高达960 m/s的壁面射流，地表温度峰值达
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0401
摘要:
耦合系数与填塞系数广泛应用于地下爆炸地冲击大小预测及爆炸破坏范围评估，随着埋深增加，爆炸地冲击耦合机制发生变化，不同耦合系数呈现不同演化规律。系统总结了地下爆炸耦合系数和填塞系数的试验与理论研究成果，介绍了常用耦合系数类型及换算关系，分析了现有试验中不同耦合系数及不同介质中耦合系数随埋深的变化规律，讨论了耦合系数计算方法及临界埋深确定方法，对比了不同介质中的等效当量系数和填塞系数，并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。
耦合系数与填塞系数广泛应用于地下爆炸地冲击大小预测及爆炸破坏范围评估，随着埋深增加，爆炸地冲击耦合机制发生变化，不同耦合系数呈现不同演化规律。系统总结了地下爆炸耦合系数和填塞系数的试验与理论研究成果，介绍了常用耦合系数类型及换算关系，分析了现有试验中不同耦合系数及不同介质中耦合系数随埋深的变化规律，讨论了耦合系数计算方法及临界埋深确定方法，对比了不同介质中的等效当量系数和填塞系数，并对目前研究中尚有待解决的问题和下一步的研究方向进行了展望。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2025-0140
摘要:
氢能作为一种零碳能源，凭借其高能量密度和零碳排放的特性，在国防关键系统中具有广阔的应用前景。为提高能源的利用效率并保障安全，采用试验与数值模拟相结合的方法，系统研究了受限空间内氢气浓度对爆炸动力学特性的影响；在圆柱形容器中进行试验，使用压力传感器和高速摄像机记录爆炸过程中的压力变化和火焰传播规律；同时，结合CFD数值模拟技术，采用包含19步反应的氢气/空气详细化学反应机理，准确捕捉了预混气体爆炸过程中气流速度的时空演化过程。结果表明：最大爆炸压力出现在氢气体积分数为30%时，峰值达到0.623 94 MPa；火焰面积峰值在氢气体积分数为30%和45%工况下最大，相比体积分数为15%和60%时分别提高了14.6%和6.3%，其中，氢气体积分数为30%时，火焰面积在8.2 ms时最快达到峰值。此外，在圆柱侧壁与端壁交界区域，由于几何约束导致未燃氢气积聚，造成局部密度和压力升高，在流场中形成4个明显的高速区。在9 ms时，流场中心线上的气流速度呈对称分布，且单侧出现双峰值结构。在氢气体积分数为45%工况下，初期气流速度因局部热释放较强而呈现瞬态速度优势；而氢气体积分数为30%时，凭借其持续稳定的燃烧过程，气流在后期实现速度反超，体现出近化学计量比条件下的高效燃烧稳定性，为高效氢气燃烧系统的设计与性能提升提供了科学依据。
氢能作为一种零碳能源，凭借其高能量密度和零碳排放的特性，在国防关键系统中具有广阔的应用前景。为提高能源的利用效率并保障安全，采用试验与数值模拟相结合的方法，系统研究了受限空间内氢气浓度对爆炸动力学特性的影响；在圆柱形容器中进行试验，使用压力传感器和高速摄像机记录爆炸过程中的压力变化和火焰传播规律；同时，结合CFD数值模拟技术，采用包含19步反应的氢气/空气详细化学反应机理，准确捕捉了预混气体爆炸过程中气流速度的时空演化过程。结果表明：最大爆炸压力出现在氢气体积分数为30%时，峰值达到0.623 94 MPa；火焰面积峰值在氢气体积分数为30%和45%工况下最大，相比体积分数为15%和60%时分别提高了14.6%和6.3%，其中，氢气体积分数为30%时，火焰面积在8.2 ms时最快达到峰值。此外，在圆柱侧壁与端壁交界区域，由于几何约束导致未燃氢气积聚，造成局部密度和压力升高，在流场中形成4个明显的高速区。在9 ms时，流场中心线上的气流速度呈对称分布，且单侧出现双峰值结构。在氢气体积分数为45%工况下，初期气流速度因局部热释放较强而呈现瞬态速度优势；而氢气体积分数为30%时，凭借其持续稳定的燃烧过程，气流在后期实现速度反超，体现出近化学计量比条件下的高效燃烧稳定性，为高效氢气燃烧系统的设计与性能提升提供了科学依据。
