2013年  33卷  第2期

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论文
周期分布缺陷对韧性材料高应变率拉伸碎裂过程的影响
郑宇轩, 周风华, 胡时胜
2013, 33(2): 113-119. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0113-07
摘要:
为研究初始缺陷对材料高应变率碎裂过程的影响,采用有限元方法模拟了具有周期性几何缺陷的 韧性金属圆杆在高应变率拉伸过程中的碎裂现象。模拟结果表明:(1)与无初始缺陷的韧性杆件相比,具有一 定幅值的初始缺陷的杆件在同等拉伸速度下发生断(碎)裂的时刻一般提前;(2)初始缺陷对碎片的尺寸和大 小分布影响明显,在一定的应变率范围内,周期性缺陷完全控制了韧性材料碎裂过程中产生碎片的个数,可称 这个碎裂过程为缺陷控制碎裂;(3)改变初始缺陷的空间间距和幅值,出现缺陷控制碎裂的应变率窗口将 发生明显变化。进一步讨论了具有2种幅值的复合缺陷对拉伸碎裂过程的影响。
泡沫铝爆炸冲击特性的数值研究
倪小军, 马宏昊, 沈兆武, 李磊
2013, 33(2): 120-125. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0120-06
摘要:
基于流体弹塑性模型,建立了泡沫铝在爆炸载荷下的冲击特性方程。采用Lagrange差分格式,在 均匀网格上对方程进行了离散。编写了数值计算程序,进行了炸药在空中和水中爆炸的一维数值计算。爆炸 场中考虑了泡沫铝密度、环境介质对泡沫铝材料冲击特性的影响。结果表明:数值计算结果与理论解、实验实 测结果基本吻合,证明所建立的泡沫铝的流体弹塑性本构方程可以用来描述泡沫铝的冲击特性;泡沫铝的密 度越低,泡沫铝中的压力峰值越小;在接触爆炸条件下,泡沫铝外侧环境介质的性质对临近环境介质端泡沫铝 中的压力影响明显,其中,环境介质若为空气,则临近空气端泡沫铝中的压力呈下降趋势,若环境介质为水,则 临近水端泡沫铝中的压力呈上升趋势。
软岩的动态力学本构模型
赵光明, 谢理想, 孟祥瑞
2013, 33(2): 126-132. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0126-07
摘要:
利用分离式霍布金森压杆实验系统(SHPB)对2种典型的软岩砂质、泥岩进行动态力学性能测试, 测试的应力应变曲线表现出显著的应变硬化和塑性流动等复杂的动态力学特性。基于实验结果,在朱-王-唐 模型的基础上,并且考虑软岩本身结构缺陷的影响,建立了一种适应软岩材料的黏弹性统计损伤模型。该模 型由2个Maxwell体和1个损伤体并联组成,2个Maxwell体用来描述对软岩高分子材料的高低应变率响应 以及软岩材料在动载作用下的塑性变形特性,考虑软岩材料本身缺陷的影响,用一个损伤体代替朱-王-唐模 型中的非弹性弹簧。利用黏弹性统计损伤模型对不同应变率下软岩材料的动态应力应变曲线进行拟合,拟合 曲线与测试曲线一致性良好。
DSPH 方法的有效性验证及应用
闫蕊, 徐绯, 张岳青
2013, 33(2): 133-139. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0133-07
摘要:
讨论了不连续的光滑粒子流体动力学(discontinuoussmoothedparticlehydrodynamics,DSPH)方 法对粒子均匀性的敏感度,同时通过对DSPH 计算公式的详细推导,分析了该方法在界面处提高计算精度的 本质原因。通过简单的对碰模型,将DSPH 方法应用于实际问题中,研究了使用DSPH 方法计算密度、应变 率和能量时对模拟结果的影响,将多维的DSPH 方法推广到实际的物理计算中。
爆破振动信号的提升小波包分解及能量分布特征
路亮, 龙源, 谢全民, 李兴华, 纪冲, 赵长啸
2013, 33(2): 140-147. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0140-08
摘要:
针对传统小波包在小波基选取方面与实测爆破振动信号波形匹配欠佳的问题,提出了基于插值细 分的二代小波构造方法,并通过引入移频算法,较好地解决了小波包隔点采样导致的频率混叠现象。结合应 用实例,对实测信号进行多尺度的提升小波包分解后,得到了爆破振动各个频带的能量分布,总结了爆破振动 信号频带能量的分布特征。分析结果表明,提升小波包(SGWP)算法可以真实反映振动信号的能量分布情 况,为研究爆破震动效应下的结构安全提供有效的分析手段。
多功能含能结构材料冲击压缩特性的理论计算
史安顺, 张先锋, 乔良, 魏胜, 张将, 何源, 何勇
2013, 33(2): 148-155. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0148-08
摘要:
基于混合物冷能叠加原理,由各组分Hugoniot数据计算了密实材料的冲击压缩特性。再从等压 路径出发,结合Wu-Jing模型由热力学关系得到了具有一定孔隙率多功能含能结构材料的冲击压缩特性计算 方法。以W/Cu、Al/Ni、Ni/Ti和Al/Fe2O3/epoxy等典型颗粒金属材料及含能金属材料为例,计算了其冲击 压缩过程中相关Hugoniot参数。计算结果与已有实验结果吻合较好,多功能含能结构材料冲击压缩特性受 材料孔隙率、材料配比等影响明显。
二维平纹编织C/SiC复合材料的超高速碰撞实验
杨扬, 徐绯, 张岳青, 莫建军, 陶彦辉
2013, 33(2): 156-162. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0156-07
摘要:
利用电炮加载聚酯薄膜飞片分别对二维平纹编织C/SiC复合材料(2D-C/SiC)和LY12硬铝材料 在3.4~9.5km/s速度下进行碰撞实验。利用光纤位移干涉仪测定了靶材的自由面速度,并对高速撞击碎片 颗粒进行了收集,采用超声波扫描系统无损检测等方法对2D-C/SiC材料在超高速冲击载荷作用下的力学响 应进行了检测。结果表明,随着冲击能量的增大,2D-C/SiC材料板自由面速度逐渐升高,损伤局部且面积逐 渐增大,碎片云团作用区域逐渐变大。与铝板相比,2D-C/SiC材料碎片云团整体能量较小、作用区域较大、能 量面密度较低,是飞行器防护结构设计中一种比较理想的防护材料。
梯度变化对密度梯度蜂窝材料力学性能的影响
吴鹤翔, 刘颖
2013, 33(2): 163-168. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0163-06
摘要:
为确定一定质量蜂窝材料的密度梯度大小对材料能量吸收性能的影响,基于二维圆环系,通过改 变圆环的壁厚,建立了具有不同密度梯度的二维密度梯度圆环蜂窝材料模型。在此基础上讨论了不同冲击速 度下,密度梯度大小对蜂窝材料能量吸收特性的影响。研究结果表明,对于相对密度从冲击端到固定端递减 的情况,在高速冲击条件下,梯度系数越大,材料单位质量的能量吸收率越高。研究结果可为完善密度梯度 蜂窝材料动力学性能的设计提供参考。
混凝土薄板的侵彻破坏响应实验
徐伟芳, 张方举, 陈裕泽, 毛勇建, 任时成, 陶俊林
2013, 33(2): 169-174. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0169-06
摘要:
通过实验研究了混凝土薄板的侵彻响应,讨论了混凝土侵彻问题研究的理论模型和数值模型应注 意的几个问题。实验研究中,采用应变片、加速度计和高速摄影测试和记录了侵彻过程中混凝土薄板的力学 响应过程。实验结果表明,边界不仅是应力波反射的主要影响因素,而且还是结构整体冲击响应和破坏的主 要因素。通过综合分析实验数据,建立了混凝土薄板侵彻分析的三阶段力学模型:侵彻初期必须计及应力波 的影响,随着侵彻的深入,应力波的作用逐渐减弱直至消失,碎块的惯性运动逐渐加强,后期主要是残块在惯 性作用下的运动。
沉底装药水中爆炸现象的实验研究
杨莉, 汪玉, 汪斌, 黄超
2013, 33(2): 175-180. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0175-06
摘要:
为获得沉底装药水中爆炸冲击波传播和气泡运动的一般规律,设计开展了沉底装药水中爆炸原理 性实验,通过观测记录装药沉底爆炸作用过程,并与装药自由场水中爆炸进行对比分析,得到主要结论:沉底 装药水中爆炸存在冲击波水底反射、气泡运动形成水底射流等复杂的载荷效应;沉底爆炸气泡呈半球形依附 在水底并同时急剧膨胀,其在收缩运动中连带水底介质颗粒迅速上浮,同时,气泡形状在水底射流作用下发生 显著变化;沉底爆炸冲击波压力呈指数衰减规律,无明显二次压力波,但由于水底介质作用而形成较强的水底 反射冲击波,一般使得迭加后的冲击波峰值压力高于入射波阵面压力。
水下爆炸爆源定位方法与误差分析
龙仁荣, 付跃升, 张庆明
2013, 33(2): 181-185. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0181-05
摘要:
提出了一种采用最小误差逼近法对水下爆源进行定位计算的方法。通过验证性实验表明,在有效 传感器观测数据不小于4个的情况下,该方法完全可以满足现场测量的要求;该方法在个别测量数据准确性 较差的情况下,仍能得出较好的计算结果。最后分析了测点数据准确性、测点布置紊乱度、模型参数的准确性 和测点数量对计算误差的影响,提出了定位计算实验所需要注意的问题。
切割式多爆炸成形弹丸成形及对钢靶的穿甲效应
赵长啸, 龙源, 余道强, 纪冲, 张洋溢, 徐浩铭
2013, 33(2): 186-193. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0186-08
摘要:
基于60mm 弧锥结合罩EFP装药,设计了一种在药型罩前适当位置安装可抛掷的十字形网栅的 切割式多爆炸成形弹丸战斗部结构,并进行了靶场静爆实验。由实验结果可知,该战斗部经网栅切割后能形 成5枚具有一定质量和方向性、可贯穿6mm 厚45钢靶的弹丸,有效提高了毁伤元的数量和毁伤面积。利用 LS-DYNA程序对弹丸侵彻45钢靶过程进行了数值模拟,分析了弹丸侵彻钢靶过程。通过对中心弹丸穿靶 模拟数据的处理,得到了其余尺寸弹丸侵彻不同厚度45钢靶的极限穿透速度计算公式,该公式可对相关切割 式多爆炸成形弹丸战斗部威力优化设计和评估提供依据。
舰用动爆冲击波记录系统的设计与应用
丁永红, 尤文斌, 马铁华
2013, 33(2): 194-199. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0194-06
摘要:
利用抗恶劣环境的存储测试技术,以单片机和CPLD为主控芯片,设计了一种舰用动爆冲击波记 录系统。系统具备内、外触发功能,采用光纤传输触发信号,提高触发电路的抗干扰能力,确保系统具有同一 时间基准和可靠触发。通过激波管校准实验和舰船实验,系统成功记录了冲击波信号,证明了该系统具有良 好的实用性和可靠性。
柱形爆炸容器安全概率的区间估计
刘钰, 韩峰, 董楠, 陆希成, 雷鸣
2013, 33(2): 200-206. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0200-07
摘要:
针对柱形爆炸容器安全评判问题,采用数值模拟方法对容器爆心截面外壁径向变形量进行了计 算。与以往确定性计算结果不同,在计算过程中考虑了主要计算参数的随机性,并结合Monte-Carlo方法对 该参数进行了抽样,然后计算获得了容器径向变形量的随机样本。应用统计方法对该样本进行了分析,并给 出了容器安全概率置信区间的估计方法。以某柱形容器径向变形量数值模拟为例,分析了径向变形量的统计 规律,并给出了该容器的安全概率及其置信区间。从而初步建立了对爆炸容器安全评判问题进行统计分析的 一般方法。
研究简报
异形传爆药柱的起爆能力
胡立双, 胡双启, 曹雄, 孙建兵
2013, 33(2): 207-211. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0207-05
摘要:
钝感主装药的出现,对引信爆炸序列中的传爆药柱提出了更新的要求,传统的圆柱形传爆药柱很 难适应钝感主装药的可靠引爆要求。因此,本文中综合运用炸药冲击起爆理论、有效装药理论、聚能效应、拐 角效应,设计了异形传爆药柱。利用主装药变组分法和主装药轴向钢凹法研究了异形传爆药柱的起爆能力。 实验结果表明:在相同的条件下,异形传爆药柱的起爆能力强于圆柱形传爆药柱的起爆能力;在其他参数不变 的情况下,异形传爆药柱的起爆能力受面积效应系数的影响,随着面积效应系数的增大,起爆能力增强。设计 的异形传爆药柱能够满足钝感弹药爆炸序列的要求。
爆轰驱动飞片撞击铁电体爆电换能的放电特性
顾林, 张合
2013, 33(2): 212-216. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0212-05
摘要:
为了研究铁电体作小型电磁脉冲弹高功率脉冲电源的放电特性,提出了爆轰驱动飞片撞击铁电体 的冲击波数值算法,计算了不同装药长度下飞片对铁电体的冲击载荷,建立了铁电体负载为高压储能电容的 去极化放电模型,设计了铁电体去极化放电装置,并进行了实验。实验表明:5mm 的装药柱长度能够满足铁 电体相变的压强条件;负载为0.2、18H 时,储能电容能够将放电脉宽拉伸至20s,去极化放电能量随着 铁电体并联数目增加而增加,放电损耗率大约15%。
数值建模时骨料对混凝土侵彻及毁伤问题的影响
张凤国, 刘军, 梁龙河, 楼建锋, 王政
2013, 33(2): 217-221. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0217-04
摘要:
采用二维拉格朗日弹塑性流体力学有限元程序LTZ-2D分析了含骨料混凝土的数值建模对混凝 土侵彻及毁伤问题的影响。对比等效混凝土,在混凝土骨料尺寸相对弹体尺寸较小的情况下,对于薄靶侵彻, 低速撞击时骨料对弹体有阻碍作用,而速度较高时,由于靶板背面毁伤面积增大的原因,弹体的剩余速度增 大;对于厚靶侵彻,含骨料混凝土的数值建模对弹体的侵彻过程影响不大。
炸药装药密度对慢速烤燃响应特性的影响
智小琦, 胡双启
2013, 33(2): 221-224. doi: 10.11883/1001-1455(2013)02-0221-04
摘要:
为研究炸药装药密度对烤燃响应剧烈程度的影响,采用以RDX为主的高能炸药压制7种密度水 平的试样,采用长径比为1.26的烤燃弹,以(10.2)℃/min的升温速率作了慢速燃实验。实验结果表明, 当装药密度为理论最大密度的94%时出现压力胀裂,装药密度为理论最大密度的70%时产生爆燃,而在理论 最大密度的80%左右时出现燃烧转爆轰现象,响应最剧烈。