2006年 26卷 第6期
2006, 26(6): 481-485.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0481-05
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本文被引
摘要:
描述了实现金属环动态拉伸的电磁膨胀环实验方法，改进了快速放电和短路开关两个实现自由膨胀的关键问题，为研究材料本构关系、动态断裂和破碎提供了一条简单而实用的加载途径。主回路电流由Rogowski线圈测量获得，金属环的膨胀速度由狭缝扫描相机测量得到，并由电动力学方程可计算出金属环中的流动应力、应变、应变率以及温升等动态力学参数。
描述了实现金属环动态拉伸的电磁膨胀环实验方法，改进了快速放电和短路开关两个实现自由膨胀的关键问题，为研究材料本构关系、动态断裂和破碎提供了一条简单而实用的加载途径。主回路电流由Rogowski线圈测量获得，金属环的膨胀速度由狭缝扫描相机测量得到，并由电动力学方程可计算出金属环中的流动应力、应变、应变率以及温升等动态力学参数。
2006, 26(6): 486-491.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0486-06
摘要:
应用两种不同的实验装置钽飞片/LY12铝缓冲层/LiF窗口和钽飞片/LiF窗口，采用逆向碰撞法测量了钽在110~131 GPa冲击压力下的纵波声速。实测的钽的声速结果与文献\[5\]报道的数据有较好的一致性。研究结果表明，作为缓冲层的LY12铝与LiF窗口的阻抗比较接近，使用缓冲层对钽的声速测量结果没有明显影响。实验测量同时获得了LY12铝在110 GPa和131 GPa冲击压力下的纵波声速。结合文献\[4\]的数据表明LY12铝在125～150 GPa冲击压力范围内，纵波声速随冲击压力的增加逐渐降低至体波声速。
应用两种不同的实验装置钽飞片/LY12铝缓冲层/LiF窗口和钽飞片/LiF窗口，采用逆向碰撞法测量了钽在110~131 GPa冲击压力下的纵波声速。实测的钽的声速结果与文献\[5\]报道的数据有较好的一致性。研究结果表明，作为缓冲层的LY12铝与LiF窗口的阻抗比较接近，使用缓冲层对钽的声速测量结果没有明显影响。实验测量同时获得了LY12铝在110 GPa和131 GPa冲击压力下的纵波声速。结合文献\[4\]的数据表明LY12铝在125～150 GPa冲击压力范围内，纵波声速随冲击压力的增加逐渐降低至体波声速。
2006, 26(6): 492-497.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0492-06
摘要:
对两种采用不同相容剂的聚丙烯（PP）和尼龙（PA）共混高聚物材料在大变形下的粘弹性力学行为进行研究，着重考察应变率效应和损伤的演化，从而分析不同的界面分子设计对共混体系材料宏观性能的作用。在准静态及冲击实验研究的基础上，基于ZWT非线性粘弹性模型，并结合了遗传算法，分别得到了能有效描述两种共混高聚物大变形阶段计及损伤的非线性粘弹性本构关系。两种材料在不同加载条件下表现出明显不一致的性能，原因在于其损伤演化的率相关性，且两种材料的大变形机制存在一定的差别，能用ZWT方程进行描述的范围也不一样。
对两种采用不同相容剂的聚丙烯（PP）和尼龙（PA）共混高聚物材料在大变形下的粘弹性力学行为进行研究，着重考察应变率效应和损伤的演化，从而分析不同的界面分子设计对共混体系材料宏观性能的作用。在准静态及冲击实验研究的基础上，基于ZWT非线性粘弹性模型，并结合了遗传算法，分别得到了能有效描述两种共混高聚物大变形阶段计及损伤的非线性粘弹性本构关系。两种材料在不同加载条件下表现出明显不一致的性能，原因在于其损伤演化的率相关性，且两种材料的大变形机制存在一定的差别，能用ZWT方程进行描述的范围也不一样。
2006, 26(6): 498-504.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0498-07
摘要:
研究了圆柱形弹体垂直撞击刚性靶体的Taylor撞击问题，提出了弹体撞击过程中未发生变形部分的速度变化规律，即二次非线性变减速运动，并通过弹体的运动方程对Taylor撞击进行了理论分析；同时利用再生核质点法(Reproducing kernel particle method,RKPM)对Taylor撞击过程进行了数值分析。利用该理论对五种具体材料进行分析，结果表明,解析结果与试验结果及数值分析结果吻合较好。
研究了圆柱形弹体垂直撞击刚性靶体的Taylor撞击问题，提出了弹体撞击过程中未发生变形部分的速度变化规律，即二次非线性变减速运动，并通过弹体的运动方程对Taylor撞击进行了理论分析；同时利用再生核质点法(Reproducing kernel particle method,RKPM)对Taylor撞击过程进行了数值分析。利用该理论对五种具体材料进行分析，结果表明,解析结果与试验结果及数值分析结果吻合较好。
2006, 26(6): 505-509.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0505-05
摘要:
用爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)对Al2O3装甲陶瓷材料进行了侵彻（depth of penetration， DOP）实验，得到了99Al2O3装甲陶瓷对模拟EFP的质量防护因数和差分防护因数及他们随陶瓷块厚度的变化规律，初步评估了99Al2O3装甲陶瓷对EFP的抗侵彻性能，解释了装甲陶瓷对EFP的抗侵彻过程和机理。研究结果表明，增加约束可以提高陶瓷的抗侵彻性能。
用爆炸成型弹丸(explosively formed projectile, EFP)对Al2O3装甲陶瓷材料进行了侵彻（depth of penetration， DOP）实验，得到了99Al2O3装甲陶瓷对模拟EFP的质量防护因数和差分防护因数及他们随陶瓷块厚度的变化规律，初步评估了99Al2O3装甲陶瓷对EFP的抗侵彻性能，解释了装甲陶瓷对EFP的抗侵彻过程和机理。研究结果表明，增加约束可以提高陶瓷的抗侵彻性能。
2006, 26(6): 510-515.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0510-06
摘要:
利用光纤探针/光电转换器/示波器技术和楔形炸药块方法，采取电炮驱动薄飞片冲击加载产生高压短脉冲激励的装置，测量了一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离，研究了到爆轰距离与初始冲击波压力幅值和脉宽的关系，给出了该炸药的POP曲线和表达式。实验结果有助于了解压力脉宽对钝感炸药的冲击起爆和爆轰成长的影响。对于短脉冲冲击加载，入射压力脉宽对炸药的到爆轰距离影响明显，相同实验条件下，压力脉宽越长，炸药的到爆轰距离越短；相同压力脉宽下，加载压力越高，炸药的到爆轰距离越短。
利用光纤探针/光电转换器/示波器技术和楔形炸药块方法，采取电炮驱动薄飞片冲击加载产生高压短脉冲激励的装置，测量了一种以TATB/HMX为基炸药的到爆轰距离，研究了到爆轰距离与初始冲击波压力幅值和脉宽的关系，给出了该炸药的POP曲线和表达式。实验结果有助于了解压力脉宽对钝感炸药的冲击起爆和爆轰成长的影响。对于短脉冲冲击加载，入射压力脉宽对炸药的到爆轰距离影响明显，相同实验条件下，压力脉宽越长，炸药的到爆轰距离越短；相同压力脉宽下，加载压力越高，炸药的到爆轰距离越短。
2006, 26(6): 516-521.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0516-06
摘要:
在J.R.Asay等提出的双屈服面法（简称AC方法）测量动态屈服强度的基础上，对实验设计和数据处理做了部分改进。在实验设计方面，在满足实验物理设计的前提下，将 AC方法的卸载实验装置(双层飞片和双台阶样品)简化为单飞片和单台阶样品，以简化波系作用，并减少了声速测量不确定度的引入因素。在数据处理方面，发现由Lagrange声速和工程应变关系曲线外推求预冲击态的体积声速容易引入较大的不确定度，而通过Lagrange声速和粒子速度关系曲线可以更清晰地得到塑性卸载起始点，使图解法和积分法得到的屈服强度值趋于一致。利用改进后的AC方法，得到了低温退火后LY12铝在20.0 GPa预冲击压力下的屈服强度为0.6 GPa。
在J.R.Asay等提出的双屈服面法（简称AC方法）测量动态屈服强度的基础上，对实验设计和数据处理做了部分改进。在实验设计方面，在满足实验物理设计的前提下，将 AC方法的卸载实验装置(双层飞片和双台阶样品)简化为单飞片和单台阶样品，以简化波系作用，并减少了声速测量不确定度的引入因素。在数据处理方面，发现由Lagrange声速和工程应变关系曲线外推求预冲击态的体积声速容易引入较大的不确定度，而通过Lagrange声速和粒子速度关系曲线可以更清晰地得到塑性卸载起始点，使图解法和积分法得到的屈服强度值趋于一致。利用改进后的AC方法，得到了低温退火后LY12铝在20.0 GPa预冲击压力下的屈服强度为0.6 GPa。
2006, 26(6): 522-527.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0522-06
摘要:
通过求解14组分和19个基元反应的CH4-O2-N2详细化学反应动力学机理的二维轴对称Navier-Stokes方程，对爆轰管内半球形高温火团引发的爆轰过程和爆轰波进入外流场后的全流场分布进行数值模拟。模拟结果显示了爆轰波在管内的成长、稳定传播、进入尾喷管后衰减为激波和进入外流场的全过程，以及爆轰管出口端附近区域的复杂涡与激波的相互作用。对轴线上的压力分布和封闭端的压力等进行了讨论，为脉冲爆轰发动机的开发研制提供参考信息。
通过求解14组分和19个基元反应的CH4-O2-N2详细化学反应动力学机理的二维轴对称Navier-Stokes方程，对爆轰管内半球形高温火团引发的爆轰过程和爆轰波进入外流场后的全流场分布进行数值模拟。模拟结果显示了爆轰波在管内的成长、稳定传播、进入尾喷管后衰减为激波和进入外流场的全过程，以及爆轰管出口端附近区域的复杂涡与激波的相互作用。对轴线上的压力分布和封闭端的压力等进行了讨论，为脉冲爆轰发动机的开发研制提供参考信息。
2006, 26(6): 528-531.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0528-04
摘要:
用热失重法（thermogravimety, TG）、差示扫描量热(differential scaning calorimety, DSC）和跃迁升温（T-Jump）与快速扫描红外联用技术研究FOX-7热分解历程。结果表明,FOX-7热分解过程存在硝基和亚硝基重排,脱硝释放出NO，脱硝引起分子骨架的最后解体释放出 HNCO、HCN、NH3、CO2、CO等气体。获得了热分解阶段的活化能Ea= 246.65 kJ/mol, 指前因子lgA=23.81,初期阶段热分解反应为成核和生长反应, 反应级数为1.5。
用热失重法（thermogravimety, TG）、差示扫描量热(differential scaning calorimety, DSC）和跃迁升温（T-Jump）与快速扫描红外联用技术研究FOX-7热分解历程。结果表明,FOX-7热分解过程存在硝基和亚硝基重排,脱硝释放出NO，脱硝引起分子骨架的最后解体释放出 HNCO、HCN、NH3、CO2、CO等气体。获得了热分解阶段的活化能Ea= 246.65 kJ/mol, 指前因子lgA=23.81,初期阶段热分解反应为成核和生长反应, 反应级数为1.5。
2006, 26(6): 532-536.
doi: 10.11883/
摘要:
利用一级气体炮对国产的无氧铜（OFHC）进行了平板撞击致层裂实验，3 mm厚的OFHC飞片撞击6 mm厚的OFHC靶，采用锰铜应力计记录试样/有机玻璃（PMMA）界面附近的应力历史，获得试样发生层裂的信息。软回收试样，观测回收试样的层裂片。采用基于空穴聚集的层裂模型，数值模拟这些平板撞击致层裂实验。数值模拟的应力剖面以及试样层裂片厚度与实验结果基本一致。此外，对于国外相关的OFHC层裂实验，采用基于空穴聚集的层裂模型也作了相应的数值模拟，并进行了比较。
利用一级气体炮对国产的无氧铜（OFHC）进行了平板撞击致层裂实验，3 mm厚的OFHC飞片撞击6 mm厚的OFHC靶，采用锰铜应力计记录试样/有机玻璃（PMMA）界面附近的应力历史，获得试样发生层裂的信息。软回收试样，观测回收试样的层裂片。采用基于空穴聚集的层裂模型，数值模拟这些平板撞击致层裂实验。数值模拟的应力剖面以及试样层裂片厚度与实验结果基本一致。此外，对于国外相关的OFHC层裂实验，采用基于空穴聚集的层裂模型也作了相应的数值模拟，并进行了比较。
2006, 26(6): 537-542.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0537-06
摘要:
提出了利用Hopkionson压杆测量混凝土层裂强度的新实验方法：用高聚物材料取代传统的金属材料透射杆，混凝土试件为细长杆，由于高聚物波阻抗比混凝土小，试件中压缩波在试件/吸收杆界面反射后形成拉伸波使试件产生层裂破坏，通过吸收杆上透射波形可以确定混凝土层裂强度。由于波在粘弹性材料中的弥散效应，吸收杆中透射波形会发生变化，但三维有限元分析表明，在利用吸收杆上透射波确定混凝土层裂强度时弥散产生的影响可以忽略。按照一维特征线理论，可以由吸收杆上的应变波形确定出混凝土材料的层裂强度。
提出了利用Hopkionson压杆测量混凝土层裂强度的新实验方法：用高聚物材料取代传统的金属材料透射杆，混凝土试件为细长杆，由于高聚物波阻抗比混凝土小，试件中压缩波在试件/吸收杆界面反射后形成拉伸波使试件产生层裂破坏，通过吸收杆上透射波形可以确定混凝土层裂强度。由于波在粘弹性材料中的弥散效应，吸收杆中透射波形会发生变化，但三维有限元分析表明，在利用吸收杆上透射波确定混凝土层裂强度时弥散产生的影响可以忽略。按照一维特征线理论，可以由吸收杆上的应变波形确定出混凝土材料的层裂强度。
2006, 26(6): 543-549.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0543-07
摘要:
采用升降法和烟迹技术在立式激波管中分别实测了液态燃料（环氧丙烷、硝酸异丙酯、己烷、C5~C6、庚烷、癸烷）与空气混合物直接起爆的临界起爆能和胞格尺寸。数据表明，气液两相云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈U形曲线关系，这与气相爆轰得到的结论是一致的；临界起爆能的最小值并不是对应于等化学当量的混合物而是偏向于富燃料；根据三波点运动的烟迹记录，分析了云雾爆轰作用机制，认为液滴的碎解、汽化过程以及燃烧区前导是控制气液两相云雾爆轰的主要步骤。此外，还测定了无限空间下可燃气云的临界起爆能，并将激波管内得到的临界起爆能数据外推到无约束气云的临界起爆能，理论推算结果与实验值吻合较好。
采用升降法和烟迹技术在立式激波管中分别实测了液态燃料（环氧丙烷、硝酸异丙酯、己烷、C5~C6、庚烷、癸烷）与空气混合物直接起爆的临界起爆能和胞格尺寸。数据表明，气液两相云雾爆轰的临界起爆能与当量比呈U形曲线关系，这与气相爆轰得到的结论是一致的；临界起爆能的最小值并不是对应于等化学当量的混合物而是偏向于富燃料；根据三波点运动的烟迹记录，分析了云雾爆轰作用机制，认为液滴的碎解、汽化过程以及燃烧区前导是控制气液两相云雾爆轰的主要步骤。此外，还测定了无限空间下可燃气云的临界起爆能，并将激波管内得到的临界起爆能数据外推到无约束气云的临界起爆能，理论推算结果与实验值吻合较好。
2006, 26(6): 550-555.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0550-06
摘要:
采用二阶精度的Roe格式，分别采用完全气体模型和高温平衡气体模型，对激光引致的激波在流场中的传播以及轴对称激光推力器的推力产生过程进行了数值模拟，揭示了大气吸气模式激光推进的推力产生机理。结果表明，采用高温平衡气体模型可以更精确地模拟等离子体流场的演化过程，计算所得的冲量耦合系数与已有实验结果吻合较好。
采用二阶精度的Roe格式，分别采用完全气体模型和高温平衡气体模型，对激光引致的激波在流场中的传播以及轴对称激光推力器的推力产生过程进行了数值模拟，揭示了大气吸气模式激光推进的推力产生机理。结果表明，采用高温平衡气体模型可以更精确地模拟等离子体流场的演化过程，计算所得的冲量耦合系数与已有实验结果吻合较好。
2006, 26(6): 556-561.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0556-06
摘要:
采用基元化学反应模型和迎风TVD格式，数值研究了爆轰波平掠惰性气体界面时的物理现象及其作用机制，并用点隐方法克服化学反应源项引起的计算刚性。数值结果显示，当爆轰波平掠过惰性气体界面时，形成了爆轰波、界面、透射激波以及稀疏波相互作用的现象。在高N2比例稀释的可燃混合气体情况下，当爆轰波平掠过特定惰性气体界面时，它与惰性气体界面相互作用产生的稀疏波可以导致爆轰波的解耦。
采用基元化学反应模型和迎风TVD格式，数值研究了爆轰波平掠惰性气体界面时的物理现象及其作用机制，并用点隐方法克服化学反应源项引起的计算刚性。数值结果显示，当爆轰波平掠过惰性气体界面时，形成了爆轰波、界面、透射激波以及稀疏波相互作用的现象。在高N2比例稀释的可燃混合气体情况下，当爆轰波平掠过特定惰性气体界面时，它与惰性气体界面相互作用产生的稀疏波可以导致爆轰波的解耦。
2006, 26(6): 562-567.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0562-06
摘要:
采用ANSYS/LS-DYNA软件对复合结构各层中的爆破能量的分布进行了系统的数值模拟研究；由计算得到的复合防护结构中能量的分布规律显示，泡沫混凝土的反射、吸能作用非常明显，改变了防护结构内的能量分布状态，各层的能量分布发生了很大的改变，能量的分布向上转移，其最下层能量仅为无吸能层结构的14％。
采用ANSYS/LS-DYNA软件对复合结构各层中的爆破能量的分布进行了系统的数值模拟研究；由计算得到的复合防护结构中能量的分布规律显示，泡沫混凝土的反射、吸能作用非常明显，改变了防护结构内的能量分布状态，各层的能量分布发生了很大的改变，能量的分布向上转移，其最下层能量仅为无吸能层结构的14％。
2006, 26(6): 568-571.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0568-04
摘要:
利用Hopkinson压杆装置，采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定，并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明，本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求，而且整个校准系统结构简单，易于操作。
利用Hopkinson压杆装置，采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定，并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明，本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求，而且整个校准系统结构简单，易于操作。
2006, 26(6): 572-576.
doi: 10.11883/1001-1455(2006)06-0572-05
摘要:
采用多组分化学反应Euler方程组对驻定在高速飞行弹丸上的斜爆轰波流场进行了数值模拟。计算中分别采用TVD格式和基元反应模型，并基于并行编程模型MPI（message passing interface）实现了非结构网格上的并行计算，对流项和化学反应项用时间分裂法进行处理。计算结果表明并行计算能有效地提高计算速度，扩展计算规模，为进一步研究超驱爆轰推进技术奠定基础。
采用多组分化学反应Euler方程组对驻定在高速飞行弹丸上的斜爆轰波流场进行了数值模拟。计算中分别采用TVD格式和基元反应模型，并基于并行编程模型MPI（message passing interface）实现了非结构网格上的并行计算，对流项和化学反应项用时间分裂法进行处理。计算结果表明并行计算能有效地提高计算速度，扩展计算规模，为进一步研究超驱爆轰推进技术奠定基础。
