2005年 25卷 第6期
2005, 25(6): 481-486.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0481-06
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本文被引
摘要:
讨论了粘塑性变截面杆中的一维应力波传播规律。在粘塑性本构理论框架的基础上，利用特征关系和冲击波阵面上的突跃条件，得出了冲击波在传播过程中的演化规律，包括其微分方程和解析表达式，并对Bodner和Johnson-Cook材料和不同收缩形式的杆中冲击波的演化规律进行了讨论，同时计算和讨论了杆中冲击波后方应力波传播规律的特点。
讨论了粘塑性变截面杆中的一维应力波传播规律。在粘塑性本构理论框架的基础上，利用特征关系和冲击波阵面上的突跃条件，得出了冲击波在传播过程中的演化规律，包括其微分方程和解析表达式，并对Bodner和Johnson-Cook材料和不同收缩形式的杆中冲击波的演化规律进行了讨论，同时计算和讨论了杆中冲击波后方应力波传播规律的特点。
2005, 25(6): 487-492.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0487-06
摘要:
描述了一种利用Hopkinson杆装置确定在高温（温度可高达1 173 K）、高应变率下材料动态性能的试验方法。在试样加温过程中，试样不与入射杆及透射杆接触。当试样加热到预定温度时，气压驱动同步组装系统，推动透射杆及试样，使得应力波到达入射杆与试样接触面时，入射杆、试样及透射杆紧密接触。利用以上系统，完成了连铸单晶铜及上引法连铸多晶铜从室温到1 085 K范围内的应力应变曲线。测试结果表明，不论是上引法连铸多晶铜还是连铸单晶铜，流动应力随温度的升高而下降，在温度低于585 K时，材料的应变硬化率明显大于在温度高于585 K时的应变硬化率。
描述了一种利用Hopkinson杆装置确定在高温（温度可高达1 173 K）、高应变率下材料动态性能的试验方法。在试样加温过程中，试样不与入射杆及透射杆接触。当试样加热到预定温度时，气压驱动同步组装系统，推动透射杆及试样，使得应力波到达入射杆与试样接触面时，入射杆、试样及透射杆紧密接触。利用以上系统，完成了连铸单晶铜及上引法连铸多晶铜从室温到1 085 K范围内的应力应变曲线。测试结果表明，不论是上引法连铸多晶铜还是连铸单晶铜，流动应力随温度的升高而下降，在温度低于585 K时，材料的应变硬化率明显大于在温度高于585 K时的应变硬化率。
2005, 25(6): 493-498.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0493-06
摘要:
利用LS-DYNA软件，对SiC颗粒增强铝合金复合材料的增强相体积百分含量沿厚度连续分布的梯度装甲板进行了抗侵彻过程的数值分析。给出了四种SiC体积含量连续分布的梯度板模型抗侵彻过程的数值计算结果，并与钢板材料进行比较。结果表明：改变梯度装甲板增强颗粒的体积含量沿装甲板厚度方向的分布，能极大地提高梯度装甲板的抗弹击性能，大大地降低防护装甲的自身重量。当SiC颗粒平均体积含量一定时，SiC增强颗粒在表面的体积含量越高，抗侵彻性能越好，也就是f0=0.80，参数b＝4时，具有最佳的抗侵彻能力,比同厚度的钢板要好得多。
利用LS-DYNA软件，对SiC颗粒增强铝合金复合材料的增强相体积百分含量沿厚度连续分布的梯度装甲板进行了抗侵彻过程的数值分析。给出了四种SiC体积含量连续分布的梯度板模型抗侵彻过程的数值计算结果，并与钢板材料进行比较。结果表明：改变梯度装甲板增强颗粒的体积含量沿装甲板厚度方向的分布，能极大地提高梯度装甲板的抗弹击性能，大大地降低防护装甲的自身重量。当SiC颗粒平均体积含量一定时，SiC增强颗粒在表面的体积含量越高，抗侵彻性能越好，也就是f0=0.80，参数b＝4时，具有最佳的抗侵彻能力,比同厚度的钢板要好得多。
2005, 25(6): 499-505.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0499-07
摘要:
在作者先前工作的基础上，进一步明确了适合于动能深侵彻弹的撞击函数和弹体几何函数的有效范围，可用于相关弹体结构的力学设计。同时从理论上研究了弹体的抗压/拉和抗弯能力，分别从抗压/拉和抗弯两方面来确定动能深侵彻弹弹体的极限壁厚。针对不同撞击速度的细长中空弹体斜侵彻混凝土靶，分析得到不出现弯曲破坏的弹体最大临界斜角和壳体壁厚下限，并给出弹体抗弯能力的最薄弱位置。对弹体的壳体厚度、局部加固和焊接位置提出建议。
在作者先前工作的基础上，进一步明确了适合于动能深侵彻弹的撞击函数和弹体几何函数的有效范围，可用于相关弹体结构的力学设计。同时从理论上研究了弹体的抗压/拉和抗弯能力，分别从抗压/拉和抗弯两方面来确定动能深侵彻弹弹体的极限壁厚。针对不同撞击速度的细长中空弹体斜侵彻混凝土靶，分析得到不出现弯曲破坏的弹体最大临界斜角和壳体壁厚下限，并给出弹体抗弯能力的最薄弱位置。对弹体的壳体厚度、局部加固和焊接位置提出建议。
2005, 25(6): 506-511.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0506-06
摘要:
为了研究离散多层爆炸容器的动力响应和破坏特性，制造了尺寸和材料相同但钢带缠绕倾角不同的三台离散多层试验容器，并进行了一系列大药量的中心加载试验，测量了典型位置的应变。结果表明中心装药时三台试验容器的破坏都在爆心截面处，钢带缠绕倾角较小的容器能够承受更大炸药量的爆炸作用，容器具有较好的抗内爆炸性能。
为了研究离散多层爆炸容器的动力响应和破坏特性，制造了尺寸和材料相同但钢带缠绕倾角不同的三台离散多层试验容器，并进行了一系列大药量的中心加载试验，测量了典型位置的应变。结果表明中心装药时三台试验容器的破坏都在爆心截面处，钢带缠绕倾角较小的容器能够承受更大炸药量的爆炸作用，容器具有较好的抗内爆炸性能。
2005, 25(6): 512-518.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0512-07
摘要:
利用基元反应模型和有限体积法对环形激波在可燃气体中聚焦实现爆轰波直接起爆进行了数值模拟。研究结果表明，标准状态下的氢气-空气混合气体在马赫数为3.1以上的环形激波聚焦产生的高温高压区作用下会诱发可燃气体的直接起爆形成爆轰波，爆轰波与激波和接触间断相互作用产生了复杂的波系结构；爆轰波爆点位置在对称轴上并不是固定的点，而是随着初始激波马赫数的变化而发生移动；可燃气体初始温度和压力对起爆临界马赫数都有影响，但是初始温度的影响大得多。
利用基元反应模型和有限体积法对环形激波在可燃气体中聚焦实现爆轰波直接起爆进行了数值模拟。研究结果表明，标准状态下的氢气-空气混合气体在马赫数为3.1以上的环形激波聚焦产生的高温高压区作用下会诱发可燃气体的直接起爆形成爆轰波，爆轰波与激波和接触间断相互作用产生了复杂的波系结构；爆轰波爆点位置在对称轴上并不是固定的点，而是随着初始激波马赫数的变化而发生移动；可燃气体初始温度和压力对起爆临界马赫数都有影响，但是初始温度的影响大得多。
2005, 25(6): 519-527.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0519-09
摘要:
系统总结了国内外研究者在混凝土动态抗压强度、抗拉强度和平板冲击实验研究方面所取得的最新进展，在此基础上分析了适用于冲击问题的混凝土本构模型的构建要素。对有代表性的用于数值模拟冲击问题的几个混凝土本构模型，如J-H模型、Forrestal模型、RHT模型和Malvar模型等。从极限面、状态方程以及损伤的定义及其演化等方面进行了深入分析，据此分析总结了混凝土动态本构模型的研究状况及发展趋势。
系统总结了国内外研究者在混凝土动态抗压强度、抗拉强度和平板冲击实验研究方面所取得的最新进展，在此基础上分析了适用于冲击问题的混凝土本构模型的构建要素。对有代表性的用于数值模拟冲击问题的几个混凝土本构模型，如J-H模型、Forrestal模型、RHT模型和Malvar模型等。从极限面、状态方程以及损伤的定义及其演化等方面进行了深入分析，据此分析总结了混凝土动态本构模型的研究状况及发展趋势。
2005, 25(6): 528-535.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0528-08
摘要:
以实测的爆破震动信号为例，分别应用小波分析和HHT(Hilbert-Huang Transform)变换从不同方面进行对比分析，讨论了爆破震动信号的特征提取和时频分布。结果表明：小波分析和HHT变换都是处理非平稳信号的两种好方法，都能很好地提取信号的主要特征信息和进行滤波、消噪。然而，小波分析存在选择小波基的困难，而HHT变换不需要预先选择基函数，其EMD（empirical mode decomposition）得到的IMF(intrinsic mode function)能反映原始信号的固有特性，通常具有实际物理意义；小波谱的能量在频率范围内分布较宽，而Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布，大部分能量都集中在有限的能量谱线上；小波分析中时间、频率分辨率受Heisenberg测不准原理的限制，而HHT变换中时间分辨率不变且精度很高，其频率分辨率则可随信号内在的特性进行自适应调节。分析表明：HHT变换在分析非平稳信号时较小波分析更具适应性，在岩石中波的传播、衰减规律、结构动态响应特征和爆破震动破坏等研究中有着广阔的应用前景。
以实测的爆破震动信号为例，分别应用小波分析和HHT(Hilbert-Huang Transform)变换从不同方面进行对比分析，讨论了爆破震动信号的特征提取和时频分布。结果表明：小波分析和HHT变换都是处理非平稳信号的两种好方法，都能很好地提取信号的主要特征信息和进行滤波、消噪。然而，小波分析存在选择小波基的困难，而HHT变换不需要预先选择基函数，其EMD（empirical mode decomposition）得到的IMF(intrinsic mode function)能反映原始信号的固有特性，通常具有实际物理意义；小波谱的能量在频率范围内分布较宽，而Hilbert能量谱能清晰地表明能量随时频的具体分布，大部分能量都集中在有限的能量谱线上；小波分析中时间、频率分辨率受Heisenberg测不准原理的限制，而HHT变换中时间分辨率不变且精度很高，其频率分辨率则可随信号内在的特性进行自适应调节。分析表明：HHT变换在分析非平稳信号时较小波分析更具适应性，在岩石中波的传播、衰减规律、结构动态响应特征和爆破震动破坏等研究中有着广阔的应用前景。
2005, 25(6): 536-540.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0536-05
摘要:
破片聚焦战斗部威力设计通常针对静爆条件，但在实战条件下，由于弹目相对速度和战斗部沿轴线方向破片初速梯度的影响，破片动态飞散角将重新合成，导致聚焦破片散开，破片在靶面的分布密度大为降低(可降低到静态条件的1/2)。采用射击迹线法对破片聚焦战斗部在静爆和动态条件下的破片飞散过程和破片在靶面的分布密度进行了仿真研究，提出了破片聚焦战斗部的动态杀伤威力设计概念，以破片平行聚焦战斗部为例给出了动态杀伤威力的实现方法。
破片聚焦战斗部威力设计通常针对静爆条件，但在实战条件下，由于弹目相对速度和战斗部沿轴线方向破片初速梯度的影响，破片动态飞散角将重新合成，导致聚焦破片散开，破片在靶面的分布密度大为降低(可降低到静态条件的1/2)。采用射击迹线法对破片聚焦战斗部在静爆和动态条件下的破片飞散过程和破片在靶面的分布密度进行了仿真研究，提出了破片聚焦战斗部的动态杀伤威力设计概念，以破片平行聚焦战斗部为例给出了动态杀伤威力的实现方法。
2005, 25(6): 541-546.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0541-06
摘要:
采用相间耦合的欧拉-拉格朗日方法，模拟了装有液化气（丙烷）的容器出现小孔或裂缝时，发生泄漏后的气液两相扩散过程。分别应用随机轨道模型及颗粒群模型来考察湍流对液滴扩散的影响，并与确定性轨道进行了比较。给出了数学物理模型，计算结果与实验数据进行了对比。结果表明：采用随机轨道模型能较好地描述液滴的湍流扩散，适用于有液相蒸发的两相流扩散问题。
采用相间耦合的欧拉-拉格朗日方法，模拟了装有液化气（丙烷）的容器出现小孔或裂缝时，发生泄漏后的气液两相扩散过程。分别应用随机轨道模型及颗粒群模型来考察湍流对液滴扩散的影响，并与确定性轨道进行了比较。给出了数学物理模型，计算结果与实验数据进行了对比。结果表明：采用随机轨道模型能较好地描述液滴的湍流扩散，适用于有液相蒸发的两相流扩散问题。
2005, 25(6): 547-552.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0547-06
摘要:
以舰船典型筋板结构为目标，设计了带加强筋的结构靶，并用模拟实验弹体，对单层带加强筋的结构靶进行了斜侵彻实验，通过天幕靶和高速运动分析系统的测量，得到了两种倾斜着靶条件下不同着靶位置的靶前、靶后弹道参数；通过对靶板破坏结果的分析，得到实验弹靶条件下加强筋结构靶的破坏模式。在现有弹丸侵彻均质靶板理论的基础上和一定假设条件下，得到弹丸对加筋结构靶侵彻的终点弹道理论计算模型，弹丸过靶后剩余速度的理论计算结果与实验结果基本一致。
以舰船典型筋板结构为目标，设计了带加强筋的结构靶，并用模拟实验弹体，对单层带加强筋的结构靶进行了斜侵彻实验，通过天幕靶和高速运动分析系统的测量，得到了两种倾斜着靶条件下不同着靶位置的靶前、靶后弹道参数；通过对靶板破坏结果的分析，得到实验弹靶条件下加强筋结构靶的破坏模式。在现有弹丸侵彻均质靶板理论的基础上和一定假设条件下，得到弹丸对加筋结构靶侵彻的终点弹道理论计算模型，弹丸过靶后剩余速度的理论计算结果与实验结果基本一致。
2005, 25(6): 553-558.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0553-06
摘要:
从SHPB实验的一维应力假设出发，确定了入射、反射和透射波的起点位置的判读办法，提高了SHPB实验结果的准确性，并规范了SHPB实验的数据处理。另外，从动量守恒的角度，提出了标准入射波平台高度的判读办法。该方法可以避免弥散振荡对判读入射波平台高度的干扰，并排除人为因素的影响，提高了压杆应变片灵敏系数的标定准确性和标定过程的规范化程度。通过对比理论结果和数值模拟研究的结果，这两种数据处理方法的准确性得到了验证。
从SHPB实验的一维应力假设出发，确定了入射、反射和透射波的起点位置的判读办法，提高了SHPB实验结果的准确性，并规范了SHPB实验的数据处理。另外，从动量守恒的角度，提出了标准入射波平台高度的判读办法。该方法可以避免弥散振荡对判读入射波平台高度的干扰，并排除人为因素的影响，提高了压杆应变片灵敏系数的标定准确性和标定过程的规范化程度。通过对比理论结果和数值模拟研究的结果，这两种数据处理方法的准确性得到了验证。
2005, 25(6): 559-563.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0559-05
摘要:
对强角闪石化橄榄二辉岩的动态拉伸断裂强度进行了实验研究。设计了能在样品中产生持续时间大约为1.5 s拉伸应力脉冲的平板冲击回收实验。通过对回收样品的宏观和微观观察，确定了样品出现拉伸破坏开始阶段以及破坏裂纹的扩展阶段，进而确定了该岩石样品的动态拉伸强度约为265.6~315.3 MPa。同时，基于线弹性近似，导出了在一维应变条件下样品内拉伸应力和作用时间的估算公式。
对强角闪石化橄榄二辉岩的动态拉伸断裂强度进行了实验研究。设计了能在样品中产生持续时间大约为1.5 s拉伸应力脉冲的平板冲击回收实验。通过对回收样品的宏观和微观观察，确定了样品出现拉伸破坏开始阶段以及破坏裂纹的扩展阶段，进而确定了该岩石样品的动态拉伸强度约为265.6~315.3 MPa。同时，基于线弹性近似，导出了在一维应变条件下样品内拉伸应力和作用时间的估算公式。
2005, 25(6): 564-568.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0564-05
摘要:
对光纤色散及损耗给光纤探针信号前沿和幅度造成的影响进行了理论估算。通过实验对这种影响进行了实际测量。实验中采用四种长度不同的光纤。结果表明，在采用数值孔径为0.37的阶跃石英光纤传输时，光纤色散对光纤探针信号前沿的展宽为5414 ns/km，光纤损耗对光纤探针光信号的影响为4.40.2 dB/km。因此，在光纤需要长距离传输时，有必要采取措施对色散的影响加以控制。
对光纤色散及损耗给光纤探针信号前沿和幅度造成的影响进行了理论估算。通过实验对这种影响进行了实际测量。实验中采用四种长度不同的光纤。结果表明，在采用数值孔径为0.37的阶跃石英光纤传输时，光纤色散对光纤探针信号前沿的展宽为5414 ns/km，光纤损耗对光纤探针光信号的影响为4.40.2 dB/km。因此，在光纤需要长距离传输时，有必要采取措施对色散的影响加以控制。
2005, 25(6): 569-573.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0569-05
摘要:
用AUTODYN动力学软件对装药在混凝土介质靶中爆炸作数值仿真，研究了不同的网格描述方法，以及网格划分方法对计算结果的影响。通过实际算例比较了Lagrange算法和SPH算法以及不同的网格划分细度对靶径向、轴向不同距离的最大冲击压力、靶背过载以及损伤区、炸坑大小的模拟计算结果。分析得到了混凝土介质靶中爆炸问题数值仿真的合适算法,即拉氏算法对炸点近处的较高的最大冲击压力有较好的敏感能力，SPH算法对仿真计算爆坑形态以及抛掷体速度等具有明显的优势。对于算例问题，拉氏算法10 mm网格和SPH算法3 mm粒子即可满足一定的计算精度。
用AUTODYN动力学软件对装药在混凝土介质靶中爆炸作数值仿真，研究了不同的网格描述方法，以及网格划分方法对计算结果的影响。通过实际算例比较了Lagrange算法和SPH算法以及不同的网格划分细度对靶径向、轴向不同距离的最大冲击压力、靶背过载以及损伤区、炸坑大小的模拟计算结果。分析得到了混凝土介质靶中爆炸问题数值仿真的合适算法,即拉氏算法对炸点近处的较高的最大冲击压力有较好的敏感能力，SPH算法对仿真计算爆坑形态以及抛掷体速度等具有明显的优势。对于算例问题，拉氏算法10 mm网格和SPH算法3 mm粒子即可满足一定的计算精度。
2005, 25(6): 574-576.
doi: 10.11883/1001-1455(2005)06-0574-03
摘要:
FJZ-1000型超高速转镜分幅相机最高摄影幅频为1107幅/s，画幅总数160幅，尺寸7.5 mm10 mm。光学系统中新加入场镜以使相机的所有画幅均完整成像，使相机摄影频率全面达到标称值的技术指标。配备了新型数字化微机控制台，使相机的操作更加方便，并且实现了两台气动相机的联合拍摄，与脉冲X光机也进行了联动实验。相机达到了设计技术性能指标，实验取得了满意的结果。
FJZ-1000型超高速转镜分幅相机最高摄影幅频为1107幅/s，画幅总数160幅，尺寸7.5 mm10 mm。光学系统中新加入场镜以使相机的所有画幅均完整成像，使相机摄影频率全面达到标称值的技术指标。配备了新型数字化微机控制台，使相机的操作更加方便，并且实现了两台气动相机的联合拍摄，与脉冲X光机也进行了联动实验。相机达到了设计技术性能指标，实验取得了满意的结果。
