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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0108
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摘要:
为了探究水雾特性与爆炸载荷衰减效果之间的关系，在爆炸驱动的激波管内两种不同特性的水雾环境下进行了不同强度的爆炸实验，并评估了两种水雾对爆炸冲击波超压和比冲量的衰减效果。实验结果表明：喷雾区域内的压力分为两个上升阶段，第一个阶段为透射冲击波的压力，第二个阶段为液滴二次雾化和弛豫过程导致的压力上升；冲击波掠过的喷雾区域越长，水雾对压力峰值和比冲量的衰减效果越好；冲击波强度的增加将削弱水雾对爆炸载荷的衰减效果；Sauter平均直径为136.04 μm，体积分数为1.72×10−3的水雾使压力峰值衰减了34.2%~60.9%，使比冲量衰减了9%到54%；Sauter平均直径为255.34 μm，体积分数为3.43×10−3的水雾使压力峰值衰减了48.4%~78.6%，使比冲量衰减了14%~66%；冲击波压力峰值的衰减率随着冲击波-雾滴之间的比例交换面积增加而线性减少。
为了探究水雾特性与爆炸载荷衰减效果之间的关系，在爆炸驱动的激波管内两种不同特性的水雾环境下进行了不同强度的爆炸实验，并评估了两种水雾对爆炸冲击波超压和比冲量的衰减效果。实验结果表明：喷雾区域内的压力分为两个上升阶段，第一个阶段为透射冲击波的压力，第二个阶段为液滴二次雾化和弛豫过程导致的压力上升；冲击波掠过的喷雾区域越长，水雾对压力峰值和比冲量的衰减效果越好；冲击波强度的增加将削弱水雾对爆炸载荷的衰减效果；Sauter平均直径为136.04 μm，体积分数为1.72×10−3的水雾使压力峰值衰减了34.2%~60.9%，使比冲量衰减了9%到54%；Sauter平均直径为255.34 μm，体积分数为3.43×10−3的水雾使压力峰值衰减了48.4%~78.6%，使比冲量衰减了14%~66%；冲击波压力峰值的衰减率随着冲击波-雾滴之间的比例交换面积增加而线性减少。
, 最新更新时间 , 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、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，在采用不同波纹结构迎爆面阻隔爆材料的条件下，测定了管道内爆炸冲击波超压、火焰传播速度、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、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、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，在采用不同波纹结构迎爆面阻隔爆材料的条件下，测定了管道内爆炸冲击波超压、火焰传播速度、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、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。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2022-0562
摘要:
为探究组合多孔介质与氮气幕抑制瓦斯爆炸的协同作用，在自主设计的爆炸管道内开展了爆炸实验。氮气幕距离点火位置0.9 m。实验选择的组合多孔介质是由孔隙密度为10 ppi的泡沫铁镍与20、30、40 ppi的泡沫铁镍形成的组合体，以及10 ppi的泡沫铁镍与20、40 ppi的泡沫铜组成的组合体。研究表明：合理改变多孔介质的组合能提升与氮气幕共同抑制瓦斯爆炸的效果；第一层使用泡沫铁镍和第二层使用泡沫铜的组合显著削减火焰到达多孔介质时的强度，降低超压峰值，同时能够防止刚度低的泡沫铜形变而造成淬熄失败；抑爆效果最佳的组合为孔隙密度为10 ppi的泡沫铁镍与40 ppi的泡沫铜形成的组合多孔介质。
为探究组合多孔介质与氮气幕抑制瓦斯爆炸的协同作用，在自主设计的爆炸管道内开展了爆炸实验。氮气幕距离点火位置0.9 m。实验选择的组合多孔介质是由孔隙密度为10 ppi的泡沫铁镍与20、30、40 ppi的泡沫铁镍形成的组合体，以及10 ppi的泡沫铁镍与20、40 ppi的泡沫铜组成的组合体。研究表明：合理改变多孔介质的组合能提升与氮气幕共同抑制瓦斯爆炸的效果；第一层使用泡沫铁镍和第二层使用泡沫铜的组合显著削减火焰到达多孔介质时的强度，降低超压峰值，同时能够防止刚度低的泡沫铜形变而造成淬熄失败；抑爆效果最佳的组合为孔隙密度为10 ppi的泡沫铁镍与40 ppi的泡沫铜形成的组合多孔介质。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2022-0335
摘要:
FRP-混凝土-钢双壁空心管柱（FRP-concrete-steel double skin tubular columns）目前已在桥梁墩柱中得到应用，抗冲击性能是其推广应用的重要指标。为此，基于前期试验，采用ABAQUS软件建立了考虑轴力与侧向冲击耦合影响的有限元模型。首先，分析了轴力-冲击联合作用下该类构件的抗冲击机理；其次，重点研究了FRP厚度和缠绕角度、轴压比、冲击速度、空心率、内钢管径厚比与材料强度对抗冲击性能的影响；最后，给出了轴力-冲击耦合作用下构件动力放大系数的计算公式。结果表明，混凝土的塑性变形是构件抗冲击的主要耗能机制；轴力对构件抗冲击性能有明显影响，当轴压比大于0.7时，轴力对抗冲击性能有削弱作用；内钢管径厚比对构件抗冲击性能影响较小；建议的计算公式可较好地预测该类构件的抗冲击承载力。
FRP-混凝土-钢双壁空心管柱（FRP-concrete-steel double skin tubular columns）目前已在桥梁墩柱中得到应用，抗冲击性能是其推广应用的重要指标。为此，基于前期试验，采用ABAQUS软件建立了考虑轴力与侧向冲击耦合影响的有限元模型。首先，分析了轴力-冲击联合作用下该类构件的抗冲击机理；其次，重点研究了FRP厚度和缠绕角度、轴压比、冲击速度、空心率、内钢管径厚比与材料强度对抗冲击性能的影响；最后，给出了轴力-冲击耦合作用下构件动力放大系数的计算公式。结果表明，混凝土的塑性变形是构件抗冲击的主要耗能机制；轴力对构件抗冲击性能有明显影响，当轴压比大于0.7时，轴力对抗冲击性能有削弱作用；内钢管径厚比对构件抗冲击性能影响较小；建议的计算公式可较好地预测该类构件的抗冲击承载力。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2022-0486
摘要:
辐照条件下，一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷，氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质，而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合，但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用，当初始孔洞数密度达到一定临界值时，材料内部没有新的孔洞成核，因此，层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文基于损伤早期演化的特征，给出了这一临界值的计算方法，并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时，在完善孔洞增长(void growth， VG)层裂损伤模型中参数的确定方法的基础上，借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果，对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大情况下，当氦泡浓度低于临界氦泡浓度时，需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响；反之，可以采用简单的层裂损伤模型，不需要计算孔洞成核，但由于增长孔洞之间的相互影响，损伤模型的初始损伤参数需要重新确定。
辐照条件下，一些材料内部产生大量的氦泡等微缺陷，氦泡的大小和数密度随着辐照年限的增长而增长。氦泡分布特征的变化不仅影响材料本身的物理、力学性质，而且直接影响材料层裂损伤演化后期材料破坏颗粒度的分布特征。延性材料的层裂损伤演化过程一般包括孔洞的成核、增长和汇合，但因已有孔洞对新成核孔洞存在抑制作用，当初始孔洞数密度达到一定临界值时，材料内部没有新的孔洞成核，因此，层裂损伤的计算可以不考虑新孔洞成核的影响。本文基于损伤早期演化的特征，给出了这一临界值的计算方法，并进一步探讨了含氦泡辐照老化钚材料层裂损伤的计算方法。同时，在完善孔洞增长(void growth， VG)层裂损伤模型中参数的确定方法的基础上，借助含氦泡常规铝材料的层裂实验结果，对此问题进行了定性的分析：在氦泡尺寸变化不大情况下，当氦泡浓度低于临界氦泡浓度时，需要考虑初始氦泡以及新增孔洞的综合影响；反之，可以采用简单的层裂损伤模型，不需要计算孔洞成核，但由于增长孔洞之间的相互影响，损伤模型的初始损伤参数需要重新确定。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2022-0375
摘要:
针对削弱爆炸恐怖袭击危害这一公共安全领域的热点难题，新型削/防爆结构的研究刻不容缓。聚氨酯泡沫具有微观结构易设计、密度低、在爆炸载荷作用下不会产生二次杀伤性破片等优点，在新型削爆结构方面具有良好的应用前景。基于削弱爆炸危害的研究背景，搭建了定向冲击波流场装置对聚氨酯平板进行爆炸加载实验，并通过流固耦合数值模拟对实验进行了验证。在此基础上，利用已验证的模拟方法针对聚氨酯(PU, polyurethane)/水体环形复合屏障面向内爆炸载荷的削弱效应进行了模拟分析。以屏障的总体积相等作为设计前提，对比了PU/水、水、水/PU这3种屏障的冲击波削弱性能，并分析了聚氨酯密度对性能的影响规律。结果表明：削爆屏障的存在迫使冲击波发生反射、绕射、透射以及波与波之间的相互作用。相比于纯水屏障，PU/水屏障在自重下降32%的同时，依然能够有效削减冲击波峰值(可达13.3%)，主要利用了内侧聚氨酯波的低阻抗来降低冲击波的反射强度。
针对削弱爆炸恐怖袭击危害这一公共安全领域的热点难题，新型削/防爆结构的研究刻不容缓。聚氨酯泡沫具有微观结构易设计、密度低、在爆炸载荷作用下不会产生二次杀伤性破片等优点，在新型削爆结构方面具有良好的应用前景。基于削弱爆炸危害的研究背景，搭建了定向冲击波流场装置对聚氨酯平板进行爆炸加载实验，并通过流固耦合数值模拟对实验进行了验证。在此基础上，利用已验证的模拟方法针对聚氨酯(PU, polyurethane)/水体环形复合屏障面向内爆炸载荷的削弱效应进行了模拟分析。以屏障的总体积相等作为设计前提，对比了PU/水、水、水/PU这3种屏障的冲击波削弱性能，并分析了聚氨酯密度对性能的影响规律。结果表明：削爆屏障的存在迫使冲击波发生反射、绕射、透射以及波与波之间的相互作用。相比于纯水屏障，PU/水屏障在自重下降32%的同时，依然能够有效削减冲击波峰值(可达13.3%)，主要利用了内侧聚氨酯波的低阻抗来降低冲击波的反射强度。
, 最新更新时间 , 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进行了入水角为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与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进行了入水角为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与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。
, 最新更新时间 , 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，试样大体上从一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，试样大体上从一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。
, 最新更新时间 , 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算法模拟明胶鸟弹，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算法模拟明胶鸟弹，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。
, 最新更新时间 , 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%。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2022-0199
摘要:
首先，以蓝宝石（Al2O3）陶瓷为迎弹层、二氧化硅无机玻璃和聚碳酸酯有机玻璃为吸能层和聚氨酯为胶结材料的透明夹层结构为研究对象，采用一级轻气炮对试样进行了冲击实验，试样呈现陶瓷层弯曲失效破坏主导和冲击压缩破坏主导的两种破坏模式，通过高速摄像详细记录裂纹动态扩展过程。然后，采用Abaqus有限元软件对多组结构层厚度配比的透明夹层结构进行120、150、180 m/s速度的弹体冲击模拟，针对陶瓷材料引入了基于JH-2本构模型的子程序，并结合单元删除法，对裂纹扩展和碎片飞溅过程进行了数值模拟。模拟结果与实验结果吻合较好。最后，采用BP神经网络算法对冲击点后侧位移峰值进行了预测，单层和多层神经网络模型平均计算耗时分别为1和3 min，与位移峰值的数值模拟结果相比，两种神经网络模型预测结果的平均相对误差分别为7.6%和3.2%。该BP神经网络模型计算时效和精度都满足要求，相比传统消耗5 h的有限元计算，节省大量时间，可对透明夹层结构的设计开发提供指导。
首先，以蓝宝石（Al2O3）陶瓷为迎弹层、二氧化硅无机玻璃和聚碳酸酯有机玻璃为吸能层和聚氨酯为胶结材料的透明夹层结构为研究对象，采用一级轻气炮对试样进行了冲击实验，试样呈现陶瓷层弯曲失效破坏主导和冲击压缩破坏主导的两种破坏模式，通过高速摄像详细记录裂纹动态扩展过程。然后，采用Abaqus有限元软件对多组结构层厚度配比的透明夹层结构进行120、150、180 m/s速度的弹体冲击模拟，针对陶瓷材料引入了基于JH-2本构模型的子程序，并结合单元删除法，对裂纹扩展和碎片飞溅过程进行了数值模拟。模拟结果与实验结果吻合较好。最后，采用BP神经网络算法对冲击点后侧位移峰值进行了预测，单层和多层神经网络模型平均计算耗时分别为1和3 min，与位移峰值的数值模拟结果相比，两种神经网络模型预测结果的平均相对误差分别为7.6%和3.2%。该BP神经网络模型计算时效和精度都满足要求，相比传统消耗5 h的有限元计算，节省大量时间，可对透明夹层结构的设计开发提供指导。
, 最新更新时间 , 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。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0065
摘要:
压缩荷载作用下岩石裂纹扩展应力阈值的识别是理解岩石渐进破坏过程和分析岩石宏观破坏机制的重要基础。本文对大理岩、粗花岗岩和细花岗岩开展了单轴压缩和动态冲击试验，引入岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变两个参数，根据岩石单轴压缩破坏时裂纹径向面积应变曲线斜率的不同，把以上三种岩石分成类型Ι（大理岩）和类型Ⅱ（粗花岗岩和细花岗岩）岩石。研究表明，对于类型Ι和类型Ⅱ岩石，分别利用其裂纹轴向应变和裂纹轴向应变刚度曲线特征点能准确识别出岩石在静态压缩荷载下裂纹稳定扩展应力σsd、裂纹不稳定扩展应力σusd以及裂纹相互贯通应力σct，证明了仅利用轴向应变数据就可对类型Ⅰ和类型Ⅱ岩石静荷载下应力阈值进行识别。而后将裂纹轴向应变法推广至动态冲击荷载下岩石的应力阈值识别，解决了动态冲击压缩载荷作用下试样难以进行裂纹扩展应力阈值识别的问题。与静态荷载下岩石的裂纹扩展应力阈值不同，在动态冲击荷载下，岩石裂纹稳定扩展应力与峰值强度的比值有所减小，裂纹不稳定扩展应力和裂纹相互贯通应力阈值相等，且与峰值强度的比值也有所减小，岩石产生更多的贯通裂纹，试样破坏时更为破碎。
压缩荷载作用下岩石裂纹扩展应力阈值的识别是理解岩石渐进破坏过程和分析岩石宏观破坏机制的重要基础。本文对大理岩、粗花岗岩和细花岗岩开展了单轴压缩和动态冲击试验，引入岩石裂纹轴向应变和裂纹径向面积应变两个参数，根据岩石单轴压缩破坏时裂纹径向面积应变曲线斜率的不同，把以上三种岩石分成类型Ι（大理岩）和类型Ⅱ（粗花岗岩和细花岗岩）岩石。研究表明，对于类型Ι和类型Ⅱ岩石，分别利用其裂纹轴向应变和裂纹轴向应变刚度曲线特征点能准确识别出岩石在静态压缩荷载下裂纹稳定扩展应力σsd、裂纹不稳定扩展应力σusd以及裂纹相互贯通应力σct，证明了仅利用轴向应变数据就可对类型Ⅰ和类型Ⅱ岩石静荷载下应力阈值进行识别。而后将裂纹轴向应变法推广至动态冲击荷载下岩石的应力阈值识别，解决了动态冲击压缩载荷作用下试样难以进行裂纹扩展应力阈值识别的问题。与静态荷载下岩石的裂纹扩展应力阈值不同，在动态冲击荷载下，岩石裂纹稳定扩展应力与峰值强度的比值有所减小，裂纹不稳定扩展应力和裂纹相互贯通应力阈值相等，且与峰值强度的比值也有所减小，岩石产生更多的贯通裂纹，试样破坏时更为破碎。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0047
摘要:
为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，进一步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。进一步基于数值模拟结果，提出了最小厚度的计算公式。
为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，进一步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。进一步基于数值模拟结果，提出了最小厚度的计算公式。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2022-556
摘要:
为了建立钙质砂场地爆炸成坑效应的计算方法，首先在开挖出的钙质砂模型场地开展了不同当量、不同埋深的野外爆炸实验，然后基于有限元与光滑粒子流耦合算法建立了适用于钙质砂爆炸成坑计算的数值模型，并分析了炸药形状和土体参数对爆坑形态的影响，最后建立了适用于钙质砂场地中的爆坑计算公式。结果表明：埋置爆下，钙质砂场地爆坑尺寸大于硅质砂土中的爆坑尺寸；光滑粒子流算法能较好地揭示钙质砂场地中爆坑轮廓的形成机理；炸药形状和土体密实度等参数对于钙质砂爆坑形态具有不同程度的影响，拟合得到的钙质砂场地接触爆和埋置爆抛掷型爆坑尺寸计算公式，可较好地预测不同爆炸当量作用下的爆炸成坑尺寸。
为了建立钙质砂场地爆炸成坑效应的计算方法，首先在开挖出的钙质砂模型场地开展了不同当量、不同埋深的野外爆炸实验，然后基于有限元与光滑粒子流耦合算法建立了适用于钙质砂爆炸成坑计算的数值模型，并分析了炸药形状和土体参数对爆坑形态的影响，最后建立了适用于钙质砂场地中的爆坑计算公式。结果表明：埋置爆下，钙质砂场地爆坑尺寸大于硅质砂土中的爆坑尺寸；光滑粒子流算法能较好地揭示钙质砂场地中爆坑轮廓的形成机理；炸药形状和土体密实度等参数对于钙质砂爆坑形态具有不同程度的影响，拟合得到的钙质砂场地接触爆和埋置爆抛掷型爆坑尺寸计算公式，可较好地预测不同爆炸当量作用下的爆炸成坑尺寸。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0030
摘要:
Chapman-Jougeut理论是预测波后爆轰物理量状态的有力工具。但以往的研究未考虑模型中的不确定因素及其影响。事实上，不确定度会影响数值模拟的预测能力和可靠性。首先剖析爆轰机理，深入挖掘爆轰建模与模拟中的不确定因素。假设PBX-9502的初始密度和爆速服从对数正态分布，结合真实的试验数据，通过参数估计和Anderson-Darling假设检验法标定初始密度和爆速的概率密度函数。Beta分布用以定量刻画没有物理意义的、唯象参数的不确定度，形状参数和支集源于工程经验。Rosenblatt变换将相关的、非Gauss随机变量转化成相互独立的标准正态分布。进而使用非嵌入多项式混沌研究高维爆轰不确定度传播。具体而言，针对一元多项式混沌，正交多项式通过Gauss-Hilbert空间中的Gram-Schmidt方法导出，6点Gauss求积方法用以计算多项式混沌的系数。使用权重和Gauss求积点的全张量积计算多元多项式混沌。从而，感兴趣量的概率密度函数，以及对应的期望、标准差、置信区间等Gauss统计量通过多元多项式混沌得到。研究结果表明：波后压力波动较大，置信区间较宽，与孙承纬院士“爆轰压力测量值分散性较大”的结论相吻合。同时感兴趣量的试验结果落入模拟结果的置信区间内，研究结果能增强模型的可靠性和鲁棒性。所用方法可扩展到更加复杂状态方程的爆轰系统。
Chapman-Jougeut理论是预测波后爆轰物理量状态的有力工具。但以往的研究未考虑模型中的不确定因素及其影响。事实上，不确定度会影响数值模拟的预测能力和可靠性。首先剖析爆轰机理，深入挖掘爆轰建模与模拟中的不确定因素。假设PBX-9502的初始密度和爆速服从对数正态分布，结合真实的试验数据，通过参数估计和Anderson-Darling假设检验法标定初始密度和爆速的概率密度函数。Beta分布用以定量刻画没有物理意义的、唯象参数的不确定度，形状参数和支集源于工程经验。Rosenblatt变换将相关的、非Gauss随机变量转化成相互独立的标准正态分布。进而使用非嵌入多项式混沌研究高维爆轰不确定度传播。具体而言，针对一元多项式混沌，正交多项式通过Gauss-Hilbert空间中的Gram-Schmidt方法导出，6点Gauss求积方法用以计算多项式混沌的系数。使用权重和Gauss求积点的全张量积计算多元多项式混沌。从而，感兴趣量的概率密度函数，以及对应的期望、标准差、置信区间等Gauss统计量通过多元多项式混沌得到。研究结果表明：波后压力波动较大，置信区间较宽，与孙承纬院士“爆轰压力测量值分散性较大”的结论相吻合。同时感兴趣量的试验结果落入模拟结果的置信区间内，研究结果能增强模型的可靠性和鲁棒性。所用方法可扩展到更加复杂状态方程的爆轰系统。
