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, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0418
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摘要:
氢气在全球清洁能源转型中扮演着关键角色，但其可燃性和高爆炸危害性也使得氢气安全成为研究热点。聚焦氢气抑爆领域的最新研究成果，对不同种类抑爆材料及抑爆机理进行了综合评述。首先，介绍了气体、液体、固体以及多相复合抑爆材料的研究进展，对比分析了抑爆效果、关键参数及其变化规律。其次，探讨了抑爆材料影响氢气爆炸的物理、化学以及物理化学综合的作用过程，以揭示各类材料的抑爆机理。最后，展望了氢气抑爆材料的未来发展趋势，强调对高效能抑爆材料探索和机理研究的深化以及在实际应用中所面临的诸多挑战。
氢气在全球清洁能源转型中扮演着关键角色，但其可燃性和高爆炸危害性也使得氢气安全成为研究热点。聚焦氢气抑爆领域的最新研究成果，对不同种类抑爆材料及抑爆机理进行了综合评述。首先，介绍了气体、液体、固体以及多相复合抑爆材料的研究进展，对比分析了抑爆效果、关键参数及其变化规律。其次，探讨了抑爆材料影响氢气爆炸的物理、化学以及物理化学综合的作用过程，以揭示各类材料的抑爆机理。最后，展望了氢气抑爆材料的未来发展趋势，强调对高效能抑爆材料探索和机理研究的深化以及在实际应用中所面临的诸多挑战。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0083
摘要:
为了研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的抗爆性能，对聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构开展不同装药量下的接触爆炸实验，并对整体及局部的破坏特征进行分析。利用LS-DYNA有限元仿真软件研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的损伤过程及机理，并进一步分析了聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的破坏模式及特征。实验及有限元结果表明：接触爆炸荷载作用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构呈现6种破坏模式（正面成坑；层裂破坏；层裂鼓包；震塌破坏，聚脲涂层鼓包大变形；爆炸贯穿，聚脲涂层严重鼓包变形；贯穿和撕裂破坏）；在钢筋混凝土厚板背面涂覆聚脲有效增强了复合结构的抗爆性能。研究成果可为实际应用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构抗爆设计防护提供参考依据。
为了研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的抗爆性能，对聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构开展不同装药量下的接触爆炸实验，并对整体及局部的破坏特征进行分析。利用LS-DYNA有限元仿真软件研究聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的损伤过程及机理，并进一步分析了聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构的破坏模式及特征。实验及有限元结果表明：接触爆炸荷载作用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构呈现6种破坏模式（正面成坑；层裂破坏；层裂鼓包；震塌破坏，聚脲涂层鼓包大变形；爆炸贯穿，聚脲涂层严重鼓包变形；贯穿和撕裂破坏）；在钢筋混凝土厚板背面涂覆聚脲有效增强了复合结构的抗爆性能。研究成果可为实际应用下的聚脲/钢筋混凝土厚板复合结构抗爆设计防护提供参考依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0053
摘要:
为综合评估战后建筑结构的毁伤等级，针对爆炸作用下典型地面建筑，即含填充墙钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架结构，提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法，并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验证；其次，开展了典型3层原型RC框架结构在不同爆炸当量（25~200 kg TNT）下的内爆炸数值仿真，定量分析了爆炸冲击波在建筑结构内部的传播、结构损伤破坏和墙体飞散等。爆炸作用下建筑结构的高效毁伤评估流程为：结合镜像爆源和非线性叠加原理确定内爆炸荷载，基于等效单自由度方法评估梁、板、柱及墙体构件的毁伤等级，引入构件重要性系数加权确定房间毁伤等级，考虑房间功能及位置重要性评估整体结构的毁伤等级。高精度数值仿真分析与毁伤评估方法计算的典型RC框架结构的整体毁伤等级一致，即在25、100和200 kg TNT爆炸下RC结构分别呈现轻度、中度和重度毁伤，毁伤评估方法可缩短99%以上的计算耗时，兼具可靠性与时效性。
为综合评估战后建筑结构的毁伤等级，针对爆炸作用下典型地面建筑，即含填充墙钢筋混凝土（reinforced concrete，RC）框架结构，提出了损伤破坏和倒塌的高精度数值仿真分析方法，并通过RC结构爆炸试验、倒塌事故和砌体墙爆炸试验进行了充分验证；其次，开展了典型3层原型RC框架结构在不同爆炸当量（25~200 kg TNT）下的内爆炸数值仿真，定量分析了爆炸冲击波在建筑结构内部的传播、结构损伤破坏和墙体飞散等。爆炸作用下建筑结构的高效毁伤评估流程为：结合镜像爆源和非线性叠加原理确定内爆炸荷载，基于等效单自由度方法评估梁、板、柱及墙体构件的毁伤等级，引入构件重要性系数加权确定房间毁伤等级，考虑房间功能及位置重要性评估整体结构的毁伤等级。高精度数值仿真分析与毁伤评估方法计算的典型RC框架结构的整体毁伤等级一致，即在25、100和200 kg TNT爆炸下RC结构分别呈现轻度、中度和重度毁伤，毁伤评估方法可缩短99%以上的计算耗时，兼具可靠性与时效性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0061
摘要:
为了准确评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法，首先，开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验，获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据；然后，建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型，通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析，验证了有限元模型和分析方法的可靠性；最后，对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下，UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明：3种战斗部侵彻爆炸联合作用下，遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30～2.60 m和1.70～5.00 m，相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81～2.17和2.46～4.17；与普通混凝土遮弹层对比，3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%～42.4%，临界贯穿和震塌厚度分别降低了7.1%～31.6%和39.7%～52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。
为了准确评估超高性能混凝土（ultra-high performance concrete, UHPC）遮弹层在战斗部侵彻爆炸作用下的损伤破坏并建立可靠的计算方法，首先，开展了UHPC靶体抗105 mm口径弹体侵彻和5 kg TNT炸药爆炸联合作用试验，获取了侵彻作用后以及侵彻与爆炸联合作用后弹靶的损伤破坏数据；然后，建立了UHPC靶体抗弹体侵彻与爆炸作用的有限元模型，通过对上述试验和已有的有限厚UHPC板埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析，验证了有限元模型和分析方法的可靠性；最后，对比了SDB、WDU-43/B和BLU-109/B等3种典型原型战斗部侵彻与爆炸联合作用下，UHPC遮弹层和普通混凝土遮弹层的临界贯彻和震塌厚度。结果表明：3种战斗部侵彻爆炸联合作用下，遮弹层的临界贯穿厚度和震塌厚度范围分别为1.30～2.60 m和1.70～5.00 m，相应的临界贯穿系数和震塌系数范围分别为1.81～2.17和2.46～4.17；与普通混凝土遮弹层对比，3种战斗部侵彻爆炸联合作用下UHPC遮弹层的开坑直径减小了34.4%～42.4%，临界贯穿和震塌厚度分别降低了7.1%～31.6%和39.7%～52.8%。研究结果可为UHPC遮弹层的抗力评估和设计提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0070
摘要:
为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程，提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型，对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟，并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明，实验中硅橡胶发生了冲击分解反应，导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响，首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间，再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后，出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间，之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高，首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功，导致首次波传播至自由面时能量衰减、峰值压力降低，首次起跳速度峰值降低。
为了反映爆轰驱动下硅橡胶发生冲击分解反应的物理过程，提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型，对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟，并分析解读了钢板的自由面速度。结果表明，实验中硅橡胶发生了冲击分解反应，导致钢板的自由面速度曲线出现了首次起跳中间速度平台及首次起跳速度峰值降低的现象。受硅橡胶冲击分解影响，首次入射波压力将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间，再继续升高至最高压力。该压力波作用于钢板的自由面后，出现了自由面速度在中间速度平台停留一段时间，之后继续升高至速度峰值的现象。硅橡胶冲击分解后的气相物质可压缩性较高，首次加载波内较多的能量被用于压缩气体做功，导致首次波传播至自由面时能量衰减、峰值压力降低，首次起跳速度峰值降低。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0452
摘要:
为准确预测磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸下限，在密闭压力容器内开展了磷酸铁锂电池热失控试验，结合热失控特性和气相色谱-质谱联用技术，计算了热失控产物气体组分，基于能量守恒方程和绝热火焰温度，建立磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限的预测模型，并验证了绝热火焰温度法、Le Chatelier法和Jones法的准确性，考察了电解液蒸汽对热失控产物爆炸下限的影响。结果表明，常温下Le Chatelier法计算的爆炸下限偏差最小，为1.14%，绝热火焰温度法偏差最大，为10.02%。在60%~100%荷电状态（state of charge, SOC）范围内，磷酸铁锂电池泄放气体的爆炸下限先升后降。当热失控产物考虑电解液蒸汽时，60% SOC磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限仅为3.93%，较未考虑电解液蒸汽热失控气体的爆炸下限降低了22.49%，这说明电解液蒸汽增加了磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸风险。
为准确预测磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸下限，在密闭压力容器内开展了磷酸铁锂电池热失控试验，结合热失控特性和气相色谱-质谱联用技术，计算了热失控产物气体组分，基于能量守恒方程和绝热火焰温度，建立磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限的预测模型，并验证了绝热火焰温度法、Le Chatelier法和Jones法的准确性，考察了电解液蒸汽对热失控产物爆炸下限的影响。结果表明，常温下Le Chatelier法计算的爆炸下限偏差最小，为1.14%，绝热火焰温度法偏差最大，为10.02%。在60%~100%荷电状态（state of charge, SOC）范围内，磷酸铁锂电池泄放气体的爆炸下限先升后降。当热失控产物考虑电解液蒸汽时，60% SOC磷酸铁锂电池热失控产物爆炸下限仅为3.93%，较未考虑电解液蒸汽热失控气体的爆炸下限降低了22.49%，这说明电解液蒸汽增加了磷酸铁锂电池热失控产物的爆炸风险。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0063
摘要:
为了研究反应破片对带壳装药的冲击毁伤效应，通过弹道实验和AUTODYN有限元仿真，结合由等效破片初速和等效格尼速度表征的带壳装药各失效等级判据，获得并对比了惰性破片和反应破片冲击下带壳装药的等效破片初速、等效格尼速度、带壳装药的反应持续时间、鉴证靶破坏情况和炸药层峰值压力，分析了反应破片靶后释能特点对带壳装药失效的影响。结果表明：惰性破片可使带壳装药发生正常爆轰失效；反应破片穿靶后的动能与化学能叠加效应弱，只能使带壳装药发生爆燃失效或爆炸失效，带壳装药的等效格尼速度与格尼速度的比值为0.014~0.233，炸药层峰值压力为1.04~3.62 GPa。
为了研究反应破片对带壳装药的冲击毁伤效应，通过弹道实验和AUTODYN有限元仿真，结合由等效破片初速和等效格尼速度表征的带壳装药各失效等级判据，获得并对比了惰性破片和反应破片冲击下带壳装药的等效破片初速、等效格尼速度、带壳装药的反应持续时间、鉴证靶破坏情况和炸药层峰值压力，分析了反应破片靶后释能特点对带壳装药失效的影响。结果表明：惰性破片可使带壳装药发生正常爆轰失效；反应破片穿靶后的动能与化学能叠加效应弱，只能使带壳装药发生爆燃失效或爆炸失效，带壳装药的等效格尼速度与格尼速度的比值为0.014~0.233，炸药层峰值压力为1.04~3.62 GPa。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0199
摘要:
针对火球热辐射双脉冲极值特征问题，基于辐射流体热传导近似模型，理论推导了表征尺度效应的相似参数来界定热辐射极值特征的适用域。选取火球特征尺度和辐射自由程特征尺度差异较大的2类典型问题来验证尺度效应相似参数的有效性，并采用高精度Euler辐射流体计算程序来数值模拟火球热辐射对尺度效应相似参数的依赖性。理论和数值结果表明：尺度效应相似参数能较好描述不同条件下的火球热辐射演化规律，并可扩展到实验分析中；仅依靠爆炸高度来表征火球演化中的尺度效应存在一定局限性。
针对火球热辐射双脉冲极值特征问题，基于辐射流体热传导近似模型，理论推导了表征尺度效应的相似参数来界定热辐射极值特征的适用域。选取火球特征尺度和辐射自由程特征尺度差异较大的2类典型问题来验证尺度效应相似参数的有效性，并采用高精度Euler辐射流体计算程序来数值模拟火球热辐射对尺度效应相似参数的依赖性。理论和数值结果表明：尺度效应相似参数能较好描述不同条件下的火球热辐射演化规律，并可扩展到实验分析中；仅依靠爆炸高度来表征火球演化中的尺度效应存在一定局限性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0208
摘要:
为解决高性能轻质防弹插板受轻武器杀伤元侵彻防护问题，对超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）层压薄板进行了侵彻实验，分析了侵彻后UHMWPE薄板的变形失效特征并对比了轻武器杀伤元的破坏形貌。利用有限元软件LS-DYNA建立了UHMWPE薄板抗轻武器杀伤元侵彻数值模型，通过靶板破坏形态、凹陷深度以及弹头变形的实验结果对数值模型的有效性进行了验证。在此基础上，通过数值模拟方法研究了UHMWPE薄板受弹体斜侵彻失效模式，揭示了3种轻武器杀伤元侵彻下入射角度对跳弹现象和UHMWPE薄板破坏形态的影响规律。结果表明：7.62 mm×25 mm的钢芯弹与7.62 mm×39 mm的普通弹（钢芯）斜侵彻UHMWPE薄板的跳弹角均位于45°~50°范围内；7.62 mm×25 mm的铅芯弹在入射角大于70°时才可完整跳出，其余均以破损弹片形式飞溅，弹体破坏会对跳弹状况产生影响；入射角较小时，斜侵彻子弹会产生面积较大且具有一定深度的弹坑，连续击发的下一枚子弹会更容易击穿弹坑薄弱处的纤维板，斜侵彻作用对薄板受二次侵彻产生不利影响；入射角较大时，子弹会较完整地发生跳弹并具有高剩余速度，会对人员产生二次杀伤。研究成果可为UHMWPE薄板用于轻量化军用防弹插板设计提供参考。
为解决高性能轻质防弹插板受轻武器杀伤元侵彻防护问题，对超高分子量聚乙烯（ultra-high molecular weight polyethylene，UHMWPE）层压薄板进行了侵彻实验，分析了侵彻后UHMWPE薄板的变形失效特征并对比了轻武器杀伤元的破坏形貌。利用有限元软件LS-DYNA建立了UHMWPE薄板抗轻武器杀伤元侵彻数值模型，通过靶板破坏形态、凹陷深度以及弹头变形的实验结果对数值模型的有效性进行了验证。在此基础上，通过数值模拟方法研究了UHMWPE薄板受弹体斜侵彻失效模式，揭示了3种轻武器杀伤元侵彻下入射角度对跳弹现象和UHMWPE薄板破坏形态的影响规律。结果表明：7.62 mm×25 mm的钢芯弹与7.62 mm×39 mm的普通弹（钢芯）斜侵彻UHMWPE薄板的跳弹角均位于45°~50°范围内；7.62 mm×25 mm的铅芯弹在入射角大于70°时才可完整跳出，其余均以破损弹片形式飞溅，弹体破坏会对跳弹状况产生影响；入射角较小时，斜侵彻子弹会产生面积较大且具有一定深度的弹坑，连续击发的下一枚子弹会更容易击穿弹坑薄弱处的纤维板，斜侵彻作用对薄板受二次侵彻产生不利影响；入射角较大时，子弹会较完整地发生跳弹并具有高剩余速度，会对人员产生二次杀伤。研究成果可为UHMWPE薄板用于轻量化军用防弹插板设计提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0082
摘要:
高空强爆炸所产生的X射线辐照至导弹壳体结构时产生的汽化反冲冲量（blow-off impulse，BOI）及热激波，能够引起目标的动响应破坏。现有的Whitener、BBAY和MBBAY理论模型仅能给出一维近似BOI值，无法处理复杂三维情况并给出对应的热激波峰值压力p，因此对该问题的研究非常依赖数值计算。利用X射线热激波数值计算程序TSHOCK3D对矩形铝靶板在0.1~3.0 keV范围的普朗克黑体温度和220~400 J/cm2辐射能通量下的汽化反冲冲量及峰值压力进行计算，并与理论模型作了对比分析。结果表明，TSHOCK3D程序可以可靠地给出结果，正辐照靶板中心处近似一维工况下的BOI与Whitener、BBAY和MBBAY三个理论模型下的BOI基本相符。通过单变量分析可得，靶板中BOI和峰值压力p均与入射能通量呈近似线性关系；而对于不同的黑体温度，BOI和峰值压力则在1.5~2 keV处存在极大值。
高空强爆炸所产生的X射线辐照至导弹壳体结构时产生的汽化反冲冲量（blow-off impulse，BOI）及热激波，能够引起目标的动响应破坏。现有的Whitener、BBAY和MBBAY理论模型仅能给出一维近似BOI值，无法处理复杂三维情况并给出对应的热激波峰值压力p，因此对该问题的研究非常依赖数值计算。利用X射线热激波数值计算程序TSHOCK3D对矩形铝靶板在0.1~3.0 keV范围的普朗克黑体温度和220~400 J/cm2辐射能通量下的汽化反冲冲量及峰值压力进行计算，并与理论模型作了对比分析。结果表明，TSHOCK3D程序可以可靠地给出结果，正辐照靶板中心处近似一维工况下的BOI与Whitener、BBAY和MBBAY三个理论模型下的BOI基本相符。通过单变量分析可得，靶板中BOI和峰值压力p均与入射能通量呈近似线性关系；而对于不同的黑体温度，BOI和峰值压力则在1.5~2 keV处存在极大值。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0368
摘要:
形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变，而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则，推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论，得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数（如拉亚不对称性和混合相的模量）有关，还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言，拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速，而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α = 90°)，慢波的波速最低，并随混合相无量纲模量的增大而显著减低，混合相无量纲模量由2增加至5时，波速降低幅度为36.2%，而快波的波速达到最大值c0，和混合相的模量无关；在相变椭圆的长轴处(α = 180°)，慢波的速度达到最大值，而快波的波速达到最小值c2。
形状记忆合金在受到强冲击荷载作用时会发生相变，而相变对其结构件的动态力学响应影响显著。本文采用同时考虑静水压力和偏应力影响的相变临界准则，推导了增量型的相变本构模型。基于广义特征理论，得到了复杂应力状态下特征波速的解析表达式。特征波速不仅和材料本身的力学参数（如拉亚不对称性和混合相的模量）有关，还和材料所处的应力状态有关。对因相变导致体积膨胀的TiNi合金而言，拉压不对称性系数的增大会提高慢波的波速，而对快波几乎没有影响。在相变椭圆的短轴处(α = 90°)，慢波的波速最低，并随混合相无量纲模量的增大而显著减低，混合相无量纲模量由2增加至5时，波速降低幅度为36.2%，而快波的波速达到最大值c0，和混合相的模量无关；在相变椭圆的长轴处(α = 180°)，慢波的速度达到最大值，而快波的波速达到最小值c2。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0074
摘要:
为 减弱中空环形聚能装药中中心侵彻体对后级结构的破坏作用，通过改变环锥罩的偏心距离和壁厚，调整了装药和药型罩的质量分布，使之形成准直环形射流，研究了炸高对环形射流侵彻威力的影响规律。数值模拟结果表明：内壳为铝合金时的中心孔平均侵彻深度较内壳为钢时的平均侵彻深度低36.13%；非偏心环锥罩形成的射流存在径向偏移，侵彻能力较弱。当环锥罩顶向外侧偏移0.05d（d为环形装药厚度）时，射流准直性较好，环形射流侵彻深度较大；随着药型罩壁厚的增加，射流头部速度不断减小，当壁厚为0.045d时，偏心环锥罩形成的环形射流侵彻能力较强；环形射流侵彻深度对炸高较为敏感，在炸高为1.12d时，环形射流侵彻深度较大。针对非偏心环锥罩和偏心环锥罩两种药型罩结构开展的静破甲试验表明，环形射流侵彻深度和扩孔直径的试验结果与数值模拟结果误差小于12%，验证了数值模拟模型的可靠性。
为 减弱中空环形聚能装药中中心侵彻体对后级结构的破坏作用，通过改变环锥罩的偏心距离和壁厚，调整了装药和药型罩的质量分布，使之形成准直环形射流，研究了炸高对环形射流侵彻威力的影响规律。数值模拟结果表明：内壳为铝合金时的中心孔平均侵彻深度较内壳为钢时的平均侵彻深度低36.13%；非偏心环锥罩形成的射流存在径向偏移，侵彻能力较弱。当环锥罩顶向外侧偏移0.05d（d为环形装药厚度）时，射流准直性较好，环形射流侵彻深度较大；随着药型罩壁厚的增加，射流头部速度不断减小，当壁厚为0.045d时，偏心环锥罩形成的环形射流侵彻能力较强；环形射流侵彻深度对炸高较为敏感，在炸高为1.12d时，环形射流侵彻深度较大。针对非偏心环锥罩和偏心环锥罩两种药型罩结构开展的静破甲试验表明，环形射流侵彻深度和扩孔直径的试验结果与数值模拟结果误差小于12%，验证了数值模拟模型的可靠性。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0007
摘要:
在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先，在微振动的情况下，分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播，得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次，分别以碳晶格和硅晶格为例，应用有限差分方法，研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程，对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异，并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响，揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后，分别以金刚石和碳化硅为例，采用分子动力学模拟方法，研究了多晶体系中的波动传播特性，讨论了不同空间位置原子的运动差异。结果表明：多晶体系中晶格结构更复杂，其中的波动传播特性与单晶体系存在差异；缺陷的存在对波动传播规律影响显著，这种影响在多晶体系中表现得更加突出。
在晶格间的Tersoff势作用下分别研究了单晶体系和多晶体系中的波动传播特性。首先，在微振动的情况下，分别基于晶格间线性作用、Tersoff势作用以及含缺陷的Tersoff势作用3种势能函数研究了单晶体系中格波的传播，得到了晶格中的色散关系以及格波波速的表达式。其次，分别以碳晶格和硅晶格为例，应用有限差分方法，研究了3种势能作用下单晶体系中的波动传播过程，对比了压缩和拉伸冲击下晶格的运动差异，并讨论了入射速度对位移峰值和受力峰值的影响，揭示了单晶体系中波动传播与连续介质中波动传播的差异。最后，分别以金刚石和碳化硅为例，采用分子动力学模拟方法，研究了多晶体系中的波动传播特性，讨论了不同空间位置原子的运动差异。结果表明：多晶体系中晶格结构更复杂，其中的波动传播特性与单晶体系存在差异；缺陷的存在对波动传播规律影响显著，这种影响在多晶体系中表现得更加突出。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0195
摘要:
基于电磁感应的基本原理，提出了一种由电磁力驱动产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，弥补了现阶段地面冲击试验技术的缺陷。使用电磁Hopkinson杆进行了加速度冲击试验，得到了应力和加速度载荷。根据一维应力波原理，推导出细长杆中加速度与应力之间的关系式，计算结果表明试验值和理论值吻合较好，验证了试验方法的准确性。使用COMSOL有限元软件对电磁Hopkinson杆加速度冲击试验进行了数值模拟，模拟结果与试验结果一致性较好，验证了数值模型和方法的准确性。基于此有限元模型，提出了产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，并对该装置进行了不同电压和电容下的数值模拟。结果表明，提出的试验装置能够产生长脉宽高幅值的加速度过载环境，且电容电压越大则加速度幅值越大，电容值越大加速度脉宽越宽。通过调控装置中的电路参数，可产生不同幅值和脉宽的加速度载荷。
基于电磁感应的基本原理，提出了一种由电磁力驱动产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，弥补了现阶段地面冲击试验技术的缺陷。使用电磁Hopkinson杆进行了加速度冲击试验，得到了应力和加速度载荷。根据一维应力波原理，推导出细长杆中加速度与应力之间的关系式，计算结果表明试验值和理论值吻合较好，验证了试验方法的准确性。使用COMSOL有限元软件对电磁Hopkinson杆加速度冲击试验进行了数值模拟，模拟结果与试验结果一致性较好，验证了数值模型和方法的准确性。基于此有限元模型，提出了产生高幅值长脉宽加速度载荷的冲击试验装置，并对该装置进行了不同电压和电容下的数值模拟。结果表明，提出的试验装置能够产生长脉宽高幅值的加速度过载环境，且电容电压越大则加速度幅值越大，电容值越大加速度脉宽越宽。通过调控装置中的电路参数，可产生不同幅值和脉宽的加速度载荷。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0455
摘要:
为了研制超大型真空爆炸焊接容器，探索覆土真空爆炸容器内的冲击载荷及结构动态响应，设计了一座可以满足实验需要的0.55 m3小型真空爆炸容器，在其内部开展了一系列真空爆炸实验；应用AUTODYN有限元应用程序，对真空爆炸实验进行了数值模拟分析，深入探索了冲击波在容器内部的传播规律、冲击载荷分布状态、结构动态响应以及覆土厚度对平板结构消振作用的影响等问题。实验和数值模拟结果表明：爆炸容器内冲击载荷时程曲线的第2次脉冲峰值明显高于第1次脉冲峰值，且冲击波的叠加和反射总是发生在封盖内壁；随着容器内部真空度的不断下降，冲击载荷的峰值也被明显削弱；容器封盖的动态响应分为阶跃上升、脉冲随动、惯性滞后和静压稳定4个发展阶段；随着真空度的下降以及覆土厚度的增加，爆炸容器的动态响应逐渐被削弱。降低容器内部环境压力和增加覆土厚度均可削减爆炸容器的受迫振动，可为超大型真空爆炸容器的结构设计提供参考。
为了研制超大型真空爆炸焊接容器，探索覆土真空爆炸容器内的冲击载荷及结构动态响应，设计了一座可以满足实验需要的0.55 m3小型真空爆炸容器，在其内部开展了一系列真空爆炸实验；应用AUTODYN有限元应用程序，对真空爆炸实验进行了数值模拟分析，深入探索了冲击波在容器内部的传播规律、冲击载荷分布状态、结构动态响应以及覆土厚度对平板结构消振作用的影响等问题。实验和数值模拟结果表明：爆炸容器内冲击载荷时程曲线的第2次脉冲峰值明显高于第1次脉冲峰值，且冲击波的叠加和反射总是发生在封盖内壁；随着容器内部真空度的不断下降，冲击载荷的峰值也被明显削弱；容器封盖的动态响应分为阶跃上升、脉冲随动、惯性滞后和静压稳定4个发展阶段；随着真空度的下降以及覆土厚度的增加，爆炸容器的动态响应逐渐被削弱。降低容器内部环境压力和增加覆土厚度均可削减爆炸容器的受迫振动，可为超大型真空爆炸容器的结构设计提供参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0433
摘要:
针对充填体试样SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验测试中存在的透射波测量的难点问题，采用岩石长杆代替钢杆作为入射杆和透射杆的方法改进摆锤冲击加载SHPB试验系统，探讨了SHPB试验中黏弹性波的传播及波阻抗匹配问题；基于应力波在岩石杆件系统中的传播规律研究，定义了应力波在入射杆和透射杆上传播的黏性衰减系数、试样-岩杆界面的透反射衰减系数；基于Kelvin-Voigt模型，利用一维波动分析程序，得到了岩石杆件-充填体的波阻抗匹配系数与透反射衰减系数的关系；依据现场充填体特性、波阻抗匹配系数和透反射衰减系数，选取了四种岩石长杆改进摆锤冲击加载SHPB试验装置；利用一维波动分析程序，计算了岩杆的黏性系数、充填体和岩杆界面的应力和应变，分析了透射波的波形特征和信噪比，发现四种岩石与充填体波阻抗的匹配程度从好到差依次为绿砂岩、花岗岩、大理岩、玄武岩；建立了以绿砂岩为入射杆和透射杆的摆锤冲击加载SHPB试验系统，开展了充填体的动态冲击试验，验证了试样中的应力平衡。
针对充填体试样SHPB(split Hopkinson pressure bar)试验测试中存在的透射波测量的难点问题，采用岩石长杆代替钢杆作为入射杆和透射杆的方法改进摆锤冲击加载SHPB试验系统，探讨了SHPB试验中黏弹性波的传播及波阻抗匹配问题；基于应力波在岩石杆件系统中的传播规律研究，定义了应力波在入射杆和透射杆上传播的黏性衰减系数、试样-岩杆界面的透反射衰减系数；基于Kelvin-Voigt模型，利用一维波动分析程序，得到了岩石杆件-充填体的波阻抗匹配系数与透反射衰减系数的关系；依据现场充填体特性、波阻抗匹配系数和透反射衰减系数，选取了四种岩石长杆改进摆锤冲击加载SHPB试验装置；利用一维波动分析程序，计算了岩杆的黏性系数、充填体和岩杆界面的应力和应变，分析了透射波的波形特征和信噪比，发现四种岩石与充填体波阻抗的匹配程度从好到差依次为绿砂岩、花岗岩、大理岩、玄武岩；建立了以绿砂岩为入射杆和透射杆的摆锤冲击加载SHPB试验系统，开展了充填体的动态冲击试验，验证了试样中的应力平衡。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0077
摘要:
为研究燃气爆炸作用下配筋砌体墙的抗爆能力及聚脲对墙体的加固性能，采用LS-DYNA软件，对无配筋砌体墙、配筋砌体墙、聚脲加固无筋砌体墙、聚脲加固配筋砌体墙的抗燃气爆炸性能进行数值模拟，得到了不同墙体在峰值为5、10、20、30 kPa的燃气爆炸荷载作用下的动态响应，并对灰缝竖向配筋增强效果和聚脲加固效果进行了对比分析。结果表明：（1）无筋墙体抗燃气爆炸能力较弱，一般在20 kPa荷载作用下发生不可修复破坏，在30 kPa荷载作用下发生倒塌破坏；（2）在砌体墙灰缝中，竖向配置钢筋和在墙体表面喷涂聚脲均可增强砌体墙的抗爆能力。在20 kPa荷载作用下，各加固墙体跨中峰值位移均较无筋墙体的减小，破坏均较轻，均可修复，其中双面喷涂聚脲加固无筋墙体的抗爆效果最好，其在30 kPa荷载作用下也未发生倒塌破坏，配筋加强和背爆面喷涂聚脲加固的次之；（3）三组聚脲加固配筋墙体均可承受30 kPa燃气爆炸荷载的作用，迎爆面喷涂加固的墙体中间发生开裂，有碎块飞溅，跨中峰值位移最大，背爆面以及双面喷涂加固的墙体两端出现局部破坏，两者墙体基本完整，且双面喷涂的墙体跨中峰值位移最小，说明在灰缝竖向配筋的基础上再双面喷涂聚脲，抗爆加固效果最优，还可以承受更大的燃气爆炸荷载。
为研究燃气爆炸作用下配筋砌体墙的抗爆能力及聚脲对墙体的加固性能，采用LS-DYNA软件，对无配筋砌体墙、配筋砌体墙、聚脲加固无筋砌体墙、聚脲加固配筋砌体墙的抗燃气爆炸性能进行数值模拟，得到了不同墙体在峰值为5、10、20、30 kPa的燃气爆炸荷载作用下的动态响应，并对灰缝竖向配筋增强效果和聚脲加固效果进行了对比分析。结果表明：（1）无筋墙体抗燃气爆炸能力较弱，一般在20 kPa荷载作用下发生不可修复破坏，在30 kPa荷载作用下发生倒塌破坏；（2）在砌体墙灰缝中，竖向配置钢筋和在墙体表面喷涂聚脲均可增强砌体墙的抗爆能力。在20 kPa荷载作用下，各加固墙体跨中峰值位移均较无筋墙体的减小，破坏均较轻，均可修复，其中双面喷涂聚脲加固无筋墙体的抗爆效果最好，其在30 kPa荷载作用下也未发生倒塌破坏，配筋加强和背爆面喷涂聚脲加固的次之；（3）三组聚脲加固配筋墙体均可承受30 kPa燃气爆炸荷载的作用，迎爆面喷涂加固的墙体中间发生开裂，有碎块飞溅，跨中峰值位移最大，背爆面以及双面喷涂加固的墙体两端出现局部破坏，两者墙体基本完整，且双面喷涂的墙体跨中峰值位移最小，说明在灰缝竖向配筋的基础上再双面喷涂聚脲，抗爆加固效果最优，还可以承受更大的燃气爆炸荷载。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0036
摘要:
为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响，开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验，利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维数的影响，分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明：饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少，高岭石占比显著提高；随着初始损伤的增大，花岗岩的动态峰值应力逐渐减小，而破碎程度和块度分形维数逐渐增大，且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响；随着初始损伤的增加，断口出现更多的微裂纹和碎屑，断口图像的分形维数也逐渐增加；放大倍数在400~3200范围内时，断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加，超过3200后，分形维数减小。
为研究饱水和初始损伤对冲击荷载下花岗岩宏观和微观破坏特征的影响，开展了X射线衍射、霍普金森和扫描电镜试验，利用分形维数对花岗岩的破碎块度和断口形貌进行了分析，探讨了图像放大倍数对分形维数的影响，分析了冲击荷载下饱水后花岗岩的微观致裂机制。结果表明：饱水后花岗岩中角闪石、钠长石、微斜长石和石英的占比减少，高岭石占比显著提高；随着初始损伤的增大，花岗岩的动态峰值应力逐渐减小，而破碎程度和块度分形维数逐渐增大，且初始损伤对块度分形维数的影响大于饱水的影响；随着初始损伤的增加，断口出现更多的微裂纹和碎屑，断口图像的分形维数也逐渐增加；放大倍数在400~3200范围内时，断口图像分形维数随着图像放大倍数的增大而增加，超过3200后，分形维数减小。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0472
摘要:
首先，用二级轻气炮发射Q235钢质弹丸，对连续纤维增强高孔隙复合材料开展弹道侵彻实验，计算了弹道极限，归纳和分析了其损伤的形态和模式，并将这种复合材料的侵彻防护性能与其他材料进行了比较；然后，对弹道侵彻连续纤维增强高孔隙复合材料进行了数值模拟，比较了剩余速度、损伤的形态和范围，模拟结果与实验结果吻合较好；进而通过观察有限元模拟的弹孔形态、应力分布和损伤分布等方式，对侵彻过程的损伤机理进行了分析。研究结果可为复合材料在防热、冲击防护与承受外载荷等多功能一体化的应用提供参考依据。
首先，用二级轻气炮发射Q235钢质弹丸，对连续纤维增强高孔隙复合材料开展弹道侵彻实验，计算了弹道极限，归纳和分析了其损伤的形态和模式，并将这种复合材料的侵彻防护性能与其他材料进行了比较；然后，对弹道侵彻连续纤维增强高孔隙复合材料进行了数值模拟，比较了剩余速度、损伤的形态和范围，模拟结果与实验结果吻合较好；进而通过观察有限元模拟的弹孔形态、应力分布和损伤分布等方式，对侵彻过程的损伤机理进行了分析。研究结果可为复合材料在防热、冲击防护与承受外载荷等多功能一体化的应用提供参考依据。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0045
摘要:
为了研究均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合响应过程和多胞子弹对夹芯梁的加载效果，对该冲击过程开展了理论分析、数值模拟和试验研究：通过将泡沫夹芯梁等效为单梁以简化分析，基于多胞子弹的冲击波模型和泡沫夹芯梁的等效单梁响应模型，构建了多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合分析模型，给出了冲击过程中各响应阶段的控制方程，并结合龙格-库塔方法对方程进行了数值求解；基于三维Voronoi技术，开展了均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的细观有限元模拟；在多胞子弹的冲击测试平台上进行了试验研究，结合高速摄影技术获取了多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度响应。结果表明：耦合分析模型可以准确地预测多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度历程曲线以及多胞子弹产生的冲击压强；在初始动量相同但密度分布或初速度不同的多胞子弹冲击下，同一构型的泡沫夹芯梁展现出不同的力学响应，这说明多胞子弹的加载不能简单地等效为脉冲加载，多胞子弹与夹芯梁之间的耦合效应不可忽略；相较于均匀多胞子弹，梯度多胞子弹的冲击压力波形更加尖锐，在其衰减过程中展现出更强的非线性特征。
为了研究均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合响应过程和多胞子弹对夹芯梁的加载效果，对该冲击过程开展了理论分析、数值模拟和试验研究：通过将泡沫夹芯梁等效为单梁以简化分析，基于多胞子弹的冲击波模型和泡沫夹芯梁的等效单梁响应模型，构建了多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的耦合分析模型，给出了冲击过程中各响应阶段的控制方程，并结合龙格-库塔方法对方程进行了数值求解；基于三维Voronoi技术，开展了均匀/梯度多胞子弹冲击泡沫夹芯梁的细观有限元模拟；在多胞子弹的冲击测试平台上进行了试验研究，结合高速摄影技术获取了多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度响应。结果表明：耦合分析模型可以准确地预测多胞子弹和泡沫夹芯梁的速度历程曲线以及多胞子弹产生的冲击压强；在初始动量相同但密度分布或初速度不同的多胞子弹冲击下，同一构型的泡沫夹芯梁展现出不同的力学响应，这说明多胞子弹的加载不能简单地等效为脉冲加载，多胞子弹与夹芯梁之间的耦合效应不可忽略；相较于均匀多胞子弹，梯度多胞子弹的冲击压力波形更加尖锐，在其衰减过程中展现出更强的非线性特征。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0404
摘要:
为研究气相爆轰合成碳-铁纳米材料的爆炸过程，采用氢氧爆炸试验与数值模拟相结合的方式研究了不同氢氧摩尔比（2∶1、3∶1和4∶1）对爆轰参数（爆速、爆温、爆压）峰值时程曲线与碳-铁纳米材料形貌的影响。研究表明：爆轰管内氢氧爆炸包括爆轰波的传播与燃烧波的衰减两个过程，且氢氧摩尔比对爆速、爆温、爆压的峰值时程曲线影响十分显著。随着氢氧摩尔比的提高，爆轰波的爆速、爆温、爆压及其衰减速率均呈减小趋势。氢氧摩尔比通过影响爆轰波的传播与衰减而作用于碳-铁纳米材料形貌的生长。零氧平衡时，样品为碳包铁纳米颗粒，随着氢氧摩尔比的提高，样品中碳纳米管的数量逐渐增多。调整氢氧摩尔比可实现对爆轰波传播与衰减过程的控制，达到气相爆轰控制性制备特定形貌的碳-铁纳米材料目的。
为研究气相爆轰合成碳-铁纳米材料的爆炸过程，采用氢氧爆炸试验与数值模拟相结合的方式研究了不同氢氧摩尔比（2∶1、3∶1和4∶1）对爆轰参数（爆速、爆温、爆压）峰值时程曲线与碳-铁纳米材料形貌的影响。研究表明：爆轰管内氢氧爆炸包括爆轰波的传播与燃烧波的衰减两个过程，且氢氧摩尔比对爆速、爆温、爆压的峰值时程曲线影响十分显著。随着氢氧摩尔比的提高，爆轰波的爆速、爆温、爆压及其衰减速率均呈减小趋势。氢氧摩尔比通过影响爆轰波的传播与衰减而作用于碳-铁纳米材料形貌的生长。零氧平衡时，样品为碳包铁纳米颗粒，随着氢氧摩尔比的提高，样品中碳纳米管的数量逐渐增多。调整氢氧摩尔比可实现对爆轰波传播与衰减过程的控制，达到气相爆轰控制性制备特定形貌的碳-铁纳米材料目的。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2-23-0466
摘要:
珊瑚混凝土是一种拉压强度严重不对称的材料，研究其动态拉伸力学性能对岛礁防护工程具有重要意义。为了探究碳纤维（carbon fiber, CF）和不锈钢纤维（stainless steel fiber, SSF）增强珊瑚砂水泥砂浆在冲击荷载作用下的动态拉伸力学性能，采用ø100 mm的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置进行动态劈裂试验，对比分析不同纤维掺量的珊瑚砂水泥砂浆在不同应变率下的动态抗拉强度和能量耗散规律，并结合扫描电镜测试揭示混杂纤维的作用机理。结果表明：复掺CF与SSF的珊瑚砂水泥砂浆试样的静、动态抗拉强度都有明显的提高，最大动态抗拉强度增长率为66.03%。在相同应变率下，试样的动态抗拉强度与纤维掺量呈正相关，其破碎程度与纤维掺量呈负相关，纤维的桥接作用对试样裂缝开展具有良好的抑制效果。在同一纤维掺量下，动态增长因子随应变率的升高明显增大，动态增长因子最大值为2.44，表现出明显的拉伸应变率效应。珊瑚砂水泥砂浆试样的破碎程度及耗散能量均与应变率呈正相关，且纤维掺量越高，试样破坏时需要耗散的能量越多。
珊瑚混凝土是一种拉压强度严重不对称的材料，研究其动态拉伸力学性能对岛礁防护工程具有重要意义。为了探究碳纤维（carbon fiber, CF）和不锈钢纤维（stainless steel fiber, SSF）增强珊瑚砂水泥砂浆在冲击荷载作用下的动态拉伸力学性能，采用ø100 mm的分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar, SHPB）装置进行动态劈裂试验，对比分析不同纤维掺量的珊瑚砂水泥砂浆在不同应变率下的动态抗拉强度和能量耗散规律，并结合扫描电镜测试揭示混杂纤维的作用机理。结果表明：复掺CF与SSF的珊瑚砂水泥砂浆试样的静、动态抗拉强度都有明显的提高，最大动态抗拉强度增长率为66.03%。在相同应变率下，试样的动态抗拉强度与纤维掺量呈正相关，其破碎程度与纤维掺量呈负相关，纤维的桥接作用对试样裂缝开展具有良好的抑制效果。在同一纤维掺量下，动态增长因子随应变率的升高明显增大，动态增长因子最大值为2.44，表现出明显的拉伸应变率效应。珊瑚砂水泥砂浆试样的破碎程度及耗散能量均与应变率呈正相关，且纤维掺量越高，试样破坏时需要耗散的能量越多。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0459
摘要:
针对以中粗砂为分配层的传统成层式结构难以可靠控制作用于主体结构上荷载的缺陷，以及以泡沫混凝土为夹层的组合式防护结构抗爆机制不明等问题，开展了组合式防护结构预制孔装药爆炸试验，测得了特定位置处的爆炸波时程曲线和结构损伤破坏情况。然后基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的光滑粒子伽辽金（SPG）算法，开展了爆炸波在组合式防护结构中传播衰减规律和损伤破坏的数值模拟研究。试验和数值模拟结果表明：组合式防护结构的抗爆机制在于遮弹层和泡沫混凝土层之间的强波阻抗失配关系，通过“调控”爆炸能量的分配，使得爆炸能量大部分耗散在遮弹层中，大幅减少经泡沫混凝土层到达主体结构上的荷载和能量。研究结果可为抗新型钻地弹的防护设计提供重要参考。
针对以中粗砂为分配层的传统成层式结构难以可靠控制作用于主体结构上荷载的缺陷，以及以泡沫混凝土为夹层的组合式防护结构抗爆机制不明等问题，开展了组合式防护结构预制孔装药爆炸试验，测得了特定位置处的爆炸波时程曲线和结构损伤破坏情况。然后基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA中的光滑粒子伽辽金（SPG）算法，开展了爆炸波在组合式防护结构中传播衰减规律和损伤破坏的数值模拟研究。试验和数值模拟结果表明：组合式防护结构的抗爆机制在于遮弹层和泡沫混凝土层之间的强波阻抗失配关系，通过“调控”爆炸能量的分配，使得爆炸能量大部分耗散在遮弹层中，大幅减少经泡沫混凝土层到达主体结构上的荷载和能量。研究结果可为抗新型钻地弹的防护设计提供重要参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2024-0041
摘要:
为研究椭圆截面战斗部在不同起爆方式下破片速度的分布特性，建立了5种具有不同短长轴比的椭圆截面战斗部数值模拟模型。开展了端面中心单点、短(长)轴中点双点、短长轴中点4点以及端面面起爆5种起爆方式数值模拟研究，分析了不同起爆方式下椭圆截面战斗部破片的速度分布及能量输出特性。研究结果表明：在径向方向，战斗部在不同起爆方式下破片最大径向速度变化规律基本一致，均呈现由长轴至短轴方向对数增长，且随着短长轴比的增大，短长轴方向破片速度差值逐渐减小。然而，不同起爆方式下椭圆截面战斗部最大速度截面上破片速度平均值存在明显差异，具体表现为端面起爆时的破片径向平均速度最高，单点起爆最低，且随着起爆点数量的增加，最大速度截面上的破片的整体平均速度逐渐增大。在轴向方向，受端面稀疏波的影响，不同方位角最大破片速度均出现在靠近非起爆端1/4处，且起爆点在短轴轴线上相较于在长轴轴线上会提高靠近起爆端长轴方向的破片速度，但短轴方向沿轴向的破片速度分布无明显差异。此外，不同起爆方式对椭圆截面装药爆炸能量输出特性无明显影响，其中27%的装药能量转化为壳体动能，有50%的能量被壳体断裂变形以及空气冲击波消耗。
为研究椭圆截面战斗部在不同起爆方式下破片速度的分布特性，建立了5种具有不同短长轴比的椭圆截面战斗部数值模拟模型。开展了端面中心单点、短(长)轴中点双点、短长轴中点4点以及端面面起爆5种起爆方式数值模拟研究，分析了不同起爆方式下椭圆截面战斗部破片的速度分布及能量输出特性。研究结果表明：在径向方向，战斗部在不同起爆方式下破片最大径向速度变化规律基本一致，均呈现由长轴至短轴方向对数增长，且随着短长轴比的增大，短长轴方向破片速度差值逐渐减小。然而，不同起爆方式下椭圆截面战斗部最大速度截面上破片速度平均值存在明显差异，具体表现为端面起爆时的破片径向平均速度最高，单点起爆最低，且随着起爆点数量的增加，最大速度截面上的破片的整体平均速度逐渐增大。在轴向方向，受端面稀疏波的影响，不同方位角最大破片速度均出现在靠近非起爆端1/4处，且起爆点在短轴轴线上相较于在长轴轴线上会提高靠近起爆端长轴方向的破片速度，但短轴方向沿轴向的破片速度分布无明显差异。此外，不同起爆方式对椭圆截面装药爆炸能量输出特性无明显影响，其中27%的装药能量转化为壳体动能，有50%的能量被壳体断裂变形以及空气冲击波消耗。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0465
摘要:
为了探究典型金属粉末对燃料空气炸药（fuel air explosive，FAE）冲击波效应和热毁伤性能的影响，采用20 L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温方法，深入研究了不同金属粉种类和含量下环氧丙烷(epoxypropane，PO)的燃爆特性、火焰结构及温度分布特征。实验结果表明：纯环氧丙烷的最佳质量浓度为780 g/m3，最大爆燃超压∆pmax = 0.799 MPa，最大压力上升速率(dp/dt)max = 52.438 MPa/s。添加Al粉、Ti粉和Mg粉的环氧丙烷最大燃爆超压、最大压力上升速率和最大火焰平均温度均随着金属粉末质量比（I）的增加而增大，而最大压力上升时间的变化趋势则与之相反；最大燃爆超压和最大火焰平均温度的变化规律一致，从大到小依次为：Al/PO、Mg/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的∆pmax值相较于纯环氧丙烷分别增加了12.00%、8.41%和11.54%；此外，最大压力上升速率和燃烧速率的变化规律一致，从大到小依次为：Mg/PO、Al/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的(dp/dt)max值相较于纯环氧丙烷分别增加了41.91%、39.60%和45.29%。研究结果表明，不同高能金属粉末在改善环氧丙烷燃爆性能方面各有优势，在FAE的配方设计时，应根据毁伤性能指标合理选择金属粉末作为含能添加剂。
为了探究典型金属粉末对燃料空气炸药（fuel air explosive，FAE）冲击波效应和热毁伤性能的影响，采用20 L球形液体爆炸测试系统并结合比色测温方法，深入研究了不同金属粉种类和含量下环氧丙烷(epoxypropane，PO)的燃爆特性、火焰结构及温度分布特征。实验结果表明：纯环氧丙烷的最佳质量浓度为780 g/m3，最大爆燃超压∆pmax = 0.799 MPa，最大压力上升速率(dp/dt)max = 52.438 MPa/s。添加Al粉、Ti粉和Mg粉的环氧丙烷最大燃爆超压、最大压力上升速率和最大火焰平均温度均随着金属粉末质量比（I）的增加而增大，而最大压力上升时间的变化趋势则与之相反；最大燃爆超压和最大火焰平均温度的变化规律一致，从大到小依次为：Al/PO、Mg/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的∆pmax值相较于纯环氧丙烷分别增加了12.00%、8.41%和11.54%；此外，最大压力上升速率和燃烧速率的变化规律一致，从大到小依次为：Mg/PO、Al/PO、Ti/PO，且当金属粉的质量比I = 40%时，3种固-液混合燃料的(dp/dt)max值相较于纯环氧丙烷分别增加了41.91%、39.60%和45.29%。研究结果表明，不同高能金属粉末在改善环氧丙烷燃爆性能方面各有优势，在FAE的配方设计时，应根据毁伤性能指标合理选择金属粉末作为含能添加剂。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0438
摘要:
非均匀介质在自然界中十分常见，针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系，提出了描述材料非均匀性的耦合系数，并建立了广义波动方程。广义波动方程数值分析表明，耦合系数的正负、取值和组合与应力/应变张量共同影响耦合波动传播过程。作为算例，给出了一阶近似的压剪耦合参数确定的本构关系以及3个压剪耦合特征波速的表达式，并利用有限差分法得到了耦合压缩波和剪切波的传播过程。研究了4个非均匀性耦合系数对应力状态、耦合波速和波传播过程的影响。耦合压缩波速反映了剪切对压缩的耦合效应和体积压实效应2种机制的竞争，耦合剪切波速反映了压缩对剪切的耦合效应和介质持续畸变带来的剪切弱化效应2种机制的竞争。这些机制可通过压剪耦合参数的不同组合来实现。应用真三轴实验系统测量了花岗岩、由砂浆制成的模型材料、具有粗骨料的水泥砂浆制成的材料3种非均匀介质在不同压剪应力下的纵波波速。结果表明，体积压实效应普遍存在，而非均匀程度越高，材料伸缩的同时完成切向的畸变导致压缩波的速度显著降低，剪切对纵波波速的影响越占据主导。理论计算结果与实验结果整体趋势基本一致。本研究可为非均匀材料的波速和动态力学性能研究提供物理机制方面的解释。
非均匀介质在自然界中十分常见，针对细观非均匀介质的波动力学行为和非均匀性描述的研究具有重要意义并充满挑战。建立了反映细观非均匀材料压剪耦合特性的一般压剪耦合本构关系，提出了描述材料非均匀性的耦合系数，并建立了广义波动方程。广义波动方程数值分析表明，耦合系数的正负、取值和组合与应力/应变张量共同影响耦合波动传播过程。作为算例，给出了一阶近似的压剪耦合参数确定的本构关系以及3个压剪耦合特征波速的表达式，并利用有限差分法得到了耦合压缩波和剪切波的传播过程。研究了4个非均匀性耦合系数对应力状态、耦合波速和波传播过程的影响。耦合压缩波速反映了剪切对压缩的耦合效应和体积压实效应2种机制的竞争，耦合剪切波速反映了压缩对剪切的耦合效应和介质持续畸变带来的剪切弱化效应2种机制的竞争。这些机制可通过压剪耦合参数的不同组合来实现。应用真三轴实验系统测量了花岗岩、由砂浆制成的模型材料、具有粗骨料的水泥砂浆制成的材料3种非均匀介质在不同压剪应力下的纵波波速。结果表明，体积压实效应普遍存在，而非均匀程度越高，材料伸缩的同时完成切向的畸变导致压缩波的速度显著降低，剪切对纵波波速的影响越占据主导。理论计算结果与实验结果整体趋势基本一致。本研究可为非均匀材料的波速和动态力学性能研究提供物理机制方面的解释。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0252
摘要:
针对飞机典型部位在遭到高速破片攻击后结构整体的战伤状态及破片的剩余行为开展数值模拟。应用LS-DYNA软件，结合有限单元方法（finite element method, FEM）和光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）两者的优势，建立自适应的FEM-SPH耦合模拟方法，并构建两种飞机典型部位的计算模型，采用六面体网格局部细化方法实现了核心位置的精确模拟，并进行试验来验证数值模型；开展了一系列高速冲击战伤模拟，对比了不同工况下破片高速冲击结构后形成的碎片云和破口形貌，并对破片的剩余速度和质量进行分析，确定了破片在结构蒙皮上的临界跳飞角。结果表明：自适应FEM-SPH耦合算法的计算结果与试验结果吻合良好，能够对破片高速冲击战伤进行有效准确模拟；碎片云分布形状随破片速度增加变得狭长，冲击角度会改变碎片云和结构破口形状朝向；碎片云高度和扩散速度随破片速度或角度的变化趋势基本一致并都呈线性关系；破片的速度减少量不随初始速度变化，质量减少量则与冲击速度成正相关，两者与冲击角度都成负相关；破片临界跳飞角与冲击速度大小基本呈线性关系。研究成果可为飞机战伤后破口预测和快速维修提供一定参考。
针对飞机典型部位在遭到高速破片攻击后结构整体的战伤状态及破片的剩余行为开展数值模拟。应用LS-DYNA软件，结合有限单元方法（finite element method, FEM）和光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics, SPH）两者的优势，建立自适应的FEM-SPH耦合模拟方法，并构建两种飞机典型部位的计算模型，采用六面体网格局部细化方法实现了核心位置的精确模拟，并进行试验来验证数值模型；开展了一系列高速冲击战伤模拟，对比了不同工况下破片高速冲击结构后形成的碎片云和破口形貌，并对破片的剩余速度和质量进行分析，确定了破片在结构蒙皮上的临界跳飞角。结果表明：自适应FEM-SPH耦合算法的计算结果与试验结果吻合良好，能够对破片高速冲击战伤进行有效准确模拟；碎片云分布形状随破片速度增加变得狭长，冲击角度会改变碎片云和结构破口形状朝向；碎片云高度和扩散速度随破片速度或角度的变化趋势基本一致并都呈线性关系；破片的速度减少量不随初始速度变化，质量减少量则与冲击速度成正相关，两者与冲击角度都成负相关；破片临界跳飞角与冲击速度大小基本呈线性关系。研究成果可为飞机战伤后破口预测和快速维修提供一定参考。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0440
摘要:
冲击波在水土交界面的透射、反射压力计算尚缺乏可靠的计算理论，利用质量守恒方程、动量守恒方程以及水、土的状态方程，分别推导得到冲击波在水、土介质中传播的Hugoniot关系以及p-u曲线，进而从理论上解析得到冲击波在水土交界面处的透射和反射压力。分别建立了水中自由场、水-土分层介质场的二维数值计算模型，其中水、土参数与理论推导时采用的三相介质饱和土计算模型中的参数保持一致。计算结果表明，水土交界面透射、反射压力的理论解与数值解具有高度一致性。采用80 g TNT炸药，距离水土交界面0.1～0.9 m（比例爆距为0.232～2.089 m/kg1/3）爆炸时，得到的透射、反射压力的理论解与数值解误差均小于7%，根据解析解得出反射压力与水中入射压力之比，反射压力系数在1.6～1.8范围内；距离水土交界面0.5 m时，饱和土的含气量在0～10%范围内变化，得到的透射、反射压力的范围为63.8～70.0 MPa，此时其反射压力系数在1.55～1.70范围内。推导得出的冲击波在水土交界面透射、反射压力的计算方法，物理意义明确、计算精度高，可为开展水下爆炸对水底土中工程结构的毁伤评估提供理论基础。
冲击波在水土交界面的透射、反射压力计算尚缺乏可靠的计算理论，利用质量守恒方程、动量守恒方程以及水、土的状态方程，分别推导得到冲击波在水、土介质中传播的Hugoniot关系以及p-u曲线，进而从理论上解析得到冲击波在水土交界面处的透射和反射压力。分别建立了水中自由场、水-土分层介质场的二维数值计算模型，其中水、土参数与理论推导时采用的三相介质饱和土计算模型中的参数保持一致。计算结果表明，水土交界面透射、反射压力的理论解与数值解具有高度一致性。采用80 g TNT炸药，距离水土交界面0.1～0.9 m（比例爆距为0.232～2.089 m/kg1/3）爆炸时，得到的透射、反射压力的理论解与数值解误差均小于7%，根据解析解得出反射压力与水中入射压力之比，反射压力系数在1.6～1.8范围内；距离水土交界面0.5 m时，饱和土的含气量在0～10%范围内变化，得到的透射、反射压力的范围为63.8～70.0 MPa，此时其反射压力系数在1.55～1.70范围内。推导得出的冲击波在水土交界面透射、反射压力的计算方法，物理意义明确、计算精度高，可为开展水下爆炸对水底土中工程结构的毁伤评估提供理论基础。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0424
摘要:
为探究碳纳米管增强混凝土在冲击荷载作用下的动态压缩行为，采用\begin{document}$\varnothing $\end{document} ![]()
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为探究碳纳米管增强混凝土在冲击荷载作用下的动态压缩行为，采用
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0380
摘要:
霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式，研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响；进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法，分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的影响。结果表明：试件弹性阶段曲线及杨氏模量的准确性与试件两端应力差的变化趋势有关，但并不完全依赖试件两端应力差，与入射波斜率、形状特征以及试件屈服强度等因素耦合相关；线性加载波斜率增大，切线模量和割线模量与实际值的差异均增大，在斜率较大时，割线模量的准确性要高于切线模量；入射波形状以正弦波为参考，曲线的初始斜率低时，切线模量的准确性高于割线模量，曲线的初始斜率高时则相反。
霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar，SHPB）实验中试件的应力不均匀对应力-应变曲线的弹性阶段有显著影响，而弹性阶段是研究混凝土等低声速材料或高应变率加载条件下某些金属材料的关键。针对一维杆系统，利用一维弹性增量波理论，推导了线性入射波作用时应力应变和杨氏模量的解析式，研究了试件两端应力差和速度差对试件弹性阶段曲线及杨氏模量准确性的影响；进一步给出了任意形状入射波作用下试件弹性阶段曲线和切线杨氏模量的求解方法，分析了入射波斜率和形状特征对试件应力均匀性及曲线的影响。结果表明：试件弹性阶段曲线及杨氏模量的准确性与试件两端应力差的变化趋势有关，但并不完全依赖试件两端应力差，与入射波斜率、形状特征以及试件屈服强度等因素耦合相关；线性加载波斜率增大，切线模量和割线模量与实际值的差异均增大，在斜率较大时，割线模量的准确性要高于切线模量；入射波形状以正弦波为参考，曲线的初始斜率低时，切线模量的准确性高于割线模量，曲线的初始斜率高时则相反。
, 最新更新时间 , doi: 10.11883/bzycj-2023-0365
摘要:
固体介质，如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性，揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律，对于材料设计、安全防护等具有重要意义。本文从广义Taylor公式出发，推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程，引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解，结果表明：当控制方程中的等效分数阶阶数越小，计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性，并进一步研究非连续介质的波传播规律，在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上，基于Abaqus软件建立了随机多孔介质模型。分析发现：多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响，但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关，因此其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据。等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小，孔洞相对数量分布大致相同的情况下，其统计关系近似呈线性关系。研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路。
固体介质，如岩石、混凝土、贝壳和多孔材料等均具有细观非连续、宏观连续的特性，揭示这种细观非连续性对材料动力学响应的影响规律，对于材料设计、安全防护等具有重要意义。本文从广义Taylor公式出发，推导了分数阶定义下的非连续介质的一维波动方程，引入等效分数阶简化了控制方程。利用有限差分法得到了控制方程的数值解，结果表明：当控制方程中的等效分数阶阶数越小，计算得到的波形衰减的程度越大。为了验证方程的可靠性，并进一步研究非连续介质的波传播规律，在考虑多孔材料、岩石等介质的结构特征的基础上，基于Abaqus软件建立了随机多孔介质模型。分析发现：多孔介质的波传播受到介质细观非连续程度、材料属性和输入波脉宽的影响，但对应的等效分数阶阶数只与介质细观非连续程度相关，因此其可以作为评价非连续介质动态响应的一个依据。等效分数阶阶数随着孔隙率的增加而减小，孔洞相对数量分布大致相同的情况下，其统计关系近似呈线性关系。研究结果可为研究多孔材料、贝壳等细观非连续介质的波动传播提供新思路。
