2022年 42卷 第8期
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2022, 42(8): 082201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0326
摘要:
为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布，基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验，验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型，并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明：随着土介质深度的增加，感生地冲击峰值减小，而直接地冲击峰值增大，最终，压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值，据此特征可将土中应力波场分为3个区域，即地表区、近地表区和中心区；当装药比例埋深为−0.05～0.075 m/kg1/3时，随着装药比例埋深的增大，中心区迅速扩大，地表区迅速缩小，近地表区逐渐扩大；当装药比例埋深为0.1～0.4 m/kg1/3时，地冲击作用区的分布趋于稳定；爆炸耦合进入空气和土介质中的动能受炸药类型影响，但在一定范围内，地冲击作用区角度与地面空气冲击波超压冲量和直接地冲击应力冲量之比呈线性相关关系。
为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布，基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验，验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型，并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明：随着土介质深度的增加，感生地冲击峰值减小，而直接地冲击峰值增大，最终，压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值，据此特征可将土中应力波场分为3个区域，即地表区、近地表区和中心区；当装药比例埋深为−0.05～0.075 m/kg1/3时，随着装药比例埋深的增大，中心区迅速扩大，地表区迅速缩小，近地表区逐渐扩大；当装药比例埋深为0.1～0.4 m/kg1/3时，地冲击作用区的分布趋于稳定；爆炸耦合进入空气和土介质中的动能受炸药类型影响，但在一定范围内，地冲击作用区角度与地面空气冲击波超压冲量和直接地冲击应力冲量之比呈线性相关关系。
2022, 42(8): 082202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0281
摘要:
在当前破片战斗部动态毁伤场设计中，中心盲区效应被视为影响战斗部毁伤效率提高的关键因素。轴向增强战斗部作为消除战斗部动态中心盲区的重要手段，越来越受到相关研究人员的重视。本文中基于光滑粒子流体力学计算方法，建立了一系列轴向增强战斗部（端部分别含有惰性聚氨酯填充物、尼龙填充物和爆炸填充物）在爆炸载荷作用下的破碎和碎片散布过程的数值模型，并用于研究战斗部前端填充物特性对壳体动态响应的影响。数值模拟结果表明，填充物对战斗部前部破片的速度影响显著，但对破片飞散角度影响较弱。通过比较特定碎片的速度历史曲线，分析了惰性填料对碎片速度的影响机理。研究结果表明，聚氨酯泡沫填充物可以显著延缓爆炸冲击波对前破片的加速过程，并在一定程度上降低爆炸载荷，尼龙填充物可以在一定程度上降低前向破片和侧向破片的加速度，从而表明爆炸载荷被引导均匀分布在末端位置周围。结合战斗部自身的牵连速度，使用低密度和低质量填料代替头部装药具有相同的动态毁伤效果，可以提高轴向增强战斗部的能量利用效率。
在当前破片战斗部动态毁伤场设计中，中心盲区效应被视为影响战斗部毁伤效率提高的关键因素。轴向增强战斗部作为消除战斗部动态中心盲区的重要手段，越来越受到相关研究人员的重视。本文中基于光滑粒子流体力学计算方法，建立了一系列轴向增强战斗部（端部分别含有惰性聚氨酯填充物、尼龙填充物和爆炸填充物）在爆炸载荷作用下的破碎和碎片散布过程的数值模型，并用于研究战斗部前端填充物特性对壳体动态响应的影响。数值模拟结果表明，填充物对战斗部前部破片的速度影响显著，但对破片飞散角度影响较弱。通过比较特定碎片的速度历史曲线，分析了惰性填料对碎片速度的影响机理。研究结果表明，聚氨酯泡沫填充物可以显著延缓爆炸冲击波对前破片的加速过程，并在一定程度上降低爆炸载荷，尼龙填充物可以在一定程度上降低前向破片和侧向破片的加速度，从而表明爆炸载荷被引导均匀分布在末端位置周围。结合战斗部自身的牵连速度，使用低密度和低质量填料代替头部装药具有相同的动态毁伤效果，可以提高轴向增强战斗部的能量利用效率。
2022, 42(8): 083101.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0145
摘要:
贝壳珍珠层是一种具有高强度和高韧性的天然材料，这种优异的性能主要来源于多尺度、多层级的“砖泥”结构。本文受贝壳特殊结构的启发，构建了仿贝壳砖泥结构的有限元模型，并进行了爆炸实验。通过实验发现：在爆炸冲量为0.047 N·s时，试件发生灾难性破坏，使得中心处发生掉落，且伴随着试件夹持端的剪切破坏，与数值模拟结果具有良好的一致性。在实验基础上，对仿贝壳砖泥结构在爆炸载荷下的动态响应进行了数值模拟。研究发现，在爆炸载荷下仿贝壳砖泥结构会产生五种不同的破坏模式，包括：Ⅰ，结构整体无损伤；Ⅱ，结构前表面无明显破坏，后表面发生破坏；Ⅲ，结构发生掉落型贯穿破坏，夹持端无剪切破坏；Ⅳ，结构发生小块掉落型贯穿破坏，夹持端发生剪切破坏；Ⅴ，结构发生大块掉落型贯穿破坏，夹持端发生剪切破坏。并且给出了不同破坏模式的临界阈值，单层砖泥结构的破坏阈值为0.019 N·s，五层砖泥结构的破坏阈值为0.047 N·s，当冲量超过破坏阈值时，试件发生灾难性破坏。研究分析了堆叠层数对仿生结构的力学响应，在同一冲量下，随着层数的增加，结构的破坏模式发生改变，由贯穿型破坏逐渐变为仅发生一定塑性变形。随着层数增加，结构的损伤阈值增加。最后提出仿贝壳砖泥结构的增韧机理主要有裂纹偏转和微裂纹。
贝壳珍珠层是一种具有高强度和高韧性的天然材料，这种优异的性能主要来源于多尺度、多层级的“砖泥”结构。本文受贝壳特殊结构的启发，构建了仿贝壳砖泥结构的有限元模型，并进行了爆炸实验。通过实验发现：在爆炸冲量为0.047 N·s时，试件发生灾难性破坏，使得中心处发生掉落，且伴随着试件夹持端的剪切破坏，与数值模拟结果具有良好的一致性。在实验基础上，对仿贝壳砖泥结构在爆炸载荷下的动态响应进行了数值模拟。研究发现，在爆炸载荷下仿贝壳砖泥结构会产生五种不同的破坏模式，包括：Ⅰ，结构整体无损伤；Ⅱ，结构前表面无明显破坏，后表面发生破坏；Ⅲ，结构发生掉落型贯穿破坏，夹持端无剪切破坏；Ⅳ，结构发生小块掉落型贯穿破坏，夹持端发生剪切破坏；Ⅴ，结构发生大块掉落型贯穿破坏，夹持端发生剪切破坏。并且给出了不同破坏模式的临界阈值，单层砖泥结构的破坏阈值为0.019 N·s，五层砖泥结构的破坏阈值为0.047 N·s，当冲量超过破坏阈值时，试件发生灾难性破坏。研究分析了堆叠层数对仿生结构的力学响应，在同一冲量下，随着层数的增加，结构的破坏模式发生改变，由贯穿型破坏逐渐变为仅发生一定塑性变形。随着层数增加，结构的损伤阈值增加。最后提出仿贝壳砖泥结构的增韧机理主要有裂纹偏转和微裂纹。
2022, 42(8): 083102.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0456
摘要:
采用多普勒光纤探针测速技术（Doppler pins system，DPS，又称全光纤位移干涉测速技术）和高速摄影技术，研究装配垫片对金属柱壳膨胀断裂的影响，获得了有无垫片对应柱壳外表面位置的速度曲线和垫片对柱壳膨胀断裂影响明显的高速摄影图像。实验结果表明：与无垫片区域相比，垫片区域的柱壳外表面经历了先凸起后内凹的过程，导致垫片对应柱壳的径向运动位移发生反复错位，最终低于无垫片区域约0.34 mm，该位移差可能导致柱壳发生径向剪切断裂；实验结果还表明，在垫片与间隙交界处两侧（沿垫片方向约7.5°、沿间隙方向约9°）处各增加了一条裂纹，该断裂模式既不同于环向拉伸断裂，也不同于45°的剪切断裂，而是由垫片/间隙边界产生的两束稀疏应力波传到柱壳外表面引起的扰动影响所致，这个新的断裂模式与柱壳材料的动态力学性能密切相关。数值模拟结果表明，装配垫片对柱壳断裂机制影响不仅包含该处附加的质量效应，还应考虑炸药通过垫片后作用在柱壳上的冲击加载幅值变化、冲击加载时序与其他部位不同步的差异，以及垫片/间隙交界处引起的表面波传播对柱壳断裂模式的后续发展行为的影响。
采用多普勒光纤探针测速技术（Doppler pins system，DPS，又称全光纤位移干涉测速技术）和高速摄影技术，研究装配垫片对金属柱壳膨胀断裂的影响，获得了有无垫片对应柱壳外表面位置的速度曲线和垫片对柱壳膨胀断裂影响明显的高速摄影图像。实验结果表明：与无垫片区域相比，垫片区域的柱壳外表面经历了先凸起后内凹的过程，导致垫片对应柱壳的径向运动位移发生反复错位，最终低于无垫片区域约0.34 mm，该位移差可能导致柱壳发生径向剪切断裂；实验结果还表明，在垫片与间隙交界处两侧（沿垫片方向约7.5°、沿间隙方向约9°）处各增加了一条裂纹，该断裂模式既不同于环向拉伸断裂，也不同于45°的剪切断裂，而是由垫片/间隙边界产生的两束稀疏应力波传到柱壳外表面引起的扰动影响所致，这个新的断裂模式与柱壳材料的动态力学性能密切相关。数值模拟结果表明，装配垫片对柱壳断裂机制影响不仅包含该处附加的质量效应，还应考虑炸药通过垫片后作用在柱壳上的冲击加载幅值变化、冲击加载时序与其他部位不同步的差异，以及垫片/间隙交界处引起的表面波传播对柱壳断裂模式的后续发展行为的影响。
2022, 42(8): 083201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0450
摘要:
起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力有较为显著的影响，这使得利用小当量装药在局部方向形成与大当量装药一定程度等效的冲击波成为可能。为了能够在小当量装药条件下开展舰船结构及设备抗水下爆炸冲击实验，基于细长装药结构和参数优化设计，设计了一种冲击波压力幅值和持续时间可调的装药方法。首先，基于简单波理论给出了水下爆炸冲击波压力调控的原理，以及装药参数优化设计的目标函数和约束条件；然后，采用自主数值模拟软件研究了细长装药的水下爆炸能量输出规律，通过实验验证了数值模拟的置信度，研究发现起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力峰值和持续时间的影响是显著的，在炸药爆速一定的情况下，长药柱水下爆炸冲击波压力的持续时间可通过几何近似确定；最后，为了进一步考察该方法的有效性，以1000 kg TNT和100 m爆距的水下爆炸冲击波压力-时间曲线作为原型，设计了2种与该原型冲击波压力等效的装药方案，并通过数值模拟进行了验证。研究结果表明：设计的装药能够在预定的持续时间内，在装药起爆端一侧形成与原型等效的冲击波压力-时间曲线。由于没有考虑对气泡载荷的等效，因此该调控方法仅适用于中远场爆炸冲击问题。
起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力有较为显著的影响，这使得利用小当量装药在局部方向形成与大当量装药一定程度等效的冲击波成为可能。为了能够在小当量装药条件下开展舰船结构及设备抗水下爆炸冲击实验，基于细长装药结构和参数优化设计，设计了一种冲击波压力幅值和持续时间可调的装药方法。首先，基于简单波理论给出了水下爆炸冲击波压力调控的原理，以及装药参数优化设计的目标函数和约束条件；然后，采用自主数值模拟软件研究了细长装药的水下爆炸能量输出规律，通过实验验证了数值模拟的置信度，研究发现起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力峰值和持续时间的影响是显著的，在炸药爆速一定的情况下，长药柱水下爆炸冲击波压力的持续时间可通过几何近似确定；最后，为了进一步考察该方法的有效性，以1000 kg TNT和100 m爆距的水下爆炸冲击波压力-时间曲线作为原型，设计了2种与该原型冲击波压力等效的装药方案，并通过数值模拟进行了验证。研究结果表明：设计的装药能够在预定的持续时间内，在装药起爆端一侧形成与原型等效的冲击波压力-时间曲线。由于没有考虑对气泡载荷的等效，因此该调控方法仅适用于中远场爆炸冲击问题。
2022, 42(8): 083202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0444
摘要:
动强度和能量耗散规律是研究混凝土动力特性的主要内容。为探究混凝土在冲击荷载作用下的动态力学、变形以及能量演化特征，利用直径为100 mm的霍普金森杆装置对骨料率为0、32%、37%和42%的混凝土试样，分别进行了冲击速度为5、6、7 m/s的冲击压缩试验。探讨了冲击速度和骨料率对试样变形、动强度以及分形维数的影响，建立了动强度关于冲击速度和骨料率的表达式，并对试样吸收能和裂纹表面能之间的关系进行了对比分析。结果表明：混凝土试样破坏时出现了变形滞后现象，破坏形式主要以劈裂拉伸破坏为主；动强度随冲击速度、骨料率的增大而增大，用所建动强度公式可以较好地预估混凝土动强度；混凝土破坏碎块分形维数、吸收能和裂纹表面能均随冲击速度的增大而增大，随骨料率的增大而减小，且吸收能始终高于裂纹表面能，当骨料率为37%时，吸收能转化率最高，约91%转化为裂纹表面能。
动强度和能量耗散规律是研究混凝土动力特性的主要内容。为探究混凝土在冲击荷载作用下的动态力学、变形以及能量演化特征，利用直径为100 mm的霍普金森杆装置对骨料率为0、32%、37%和42%的混凝土试样，分别进行了冲击速度为5、6、7 m/s的冲击压缩试验。探讨了冲击速度和骨料率对试样变形、动强度以及分形维数的影响，建立了动强度关于冲击速度和骨料率的表达式，并对试样吸收能和裂纹表面能之间的关系进行了对比分析。结果表明：混凝土试样破坏时出现了变形滞后现象，破坏形式主要以劈裂拉伸破坏为主；动强度随冲击速度、骨料率的增大而增大，用所建动强度公式可以较好地预估混凝土动强度；混凝土破坏碎块分形维数、吸收能和裂纹表面能均随冲击速度的增大而增大，随骨料率的增大而减小，且吸收能始终高于裂纹表面能，当骨料率为37%时，吸收能转化率最高，约91%转化为裂纹表面能。
2022, 42(8): 083301.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0251
摘要:
为研究碳纤维/环氧树脂复合材料在超高速撞击下的成坑特性，利用二级轻气炮开展了直径为1.00~3.05 mm的铝球以3.0~6.5 km/s的速度正撞击尺寸为100 mm×100 mm×20 mm的碳纤维/环氧树脂复合材料靶板的实验，获得了碳纤维/环氧复合材料靶板的成坑形貌特征，并测量了坑深、成坑表面积、表面损伤面积等尺寸。结合文献数据分析了靶板的无量纲成坑深度p/dp、无量纲坑径系数Dh/dp、表面损伤面积等效直径De等随撞击速度、撞击能量的变化规律。结果表明：碳纤维/环氧树脂复合材料的无量纲成坑深度p/dp和无量纲坑径系数Dh/dp均与撞击速度呈2/3次幂关系；表面损伤面积等效直径De与弹丸撞击能量E呈幂函数关系；成坑深度大于成坑半径。
为研究碳纤维/环氧树脂复合材料在超高速撞击下的成坑特性，利用二级轻气炮开展了直径为1.00~3.05 mm的铝球以3.0~6.5 km/s的速度正撞击尺寸为100 mm×100 mm×20 mm的碳纤维/环氧树脂复合材料靶板的实验，获得了碳纤维/环氧复合材料靶板的成坑形貌特征，并测量了坑深、成坑表面积、表面损伤面积等尺寸。结合文献数据分析了靶板的无量纲成坑深度p/dp、无量纲坑径系数Dh/dp、表面损伤面积等效直径De等随撞击速度、撞击能量的变化规律。结果表明：碳纤维/环氧树脂复合材料的无量纲成坑深度p/dp和无量纲坑径系数Dh/dp均与撞击速度呈2/3次幂关系；表面损伤面积等效直径De与弹丸撞击能量E呈幂函数关系；成坑深度大于成坑半径。
2022, 42(8): 083302.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0294
摘要:
为研究弹体侵彻厚混凝土靶的迎弹面成坑效应，总结了侵彻实验中的成坑现象，分析了经验公式对成坑深度、成坑直径和成坑角等成坑效应的预测效果；考虑了撞击速度、靶板强度、配筋以及弹体直径和质量等因素的影响，采用量纲分析方法建立了新型成坑效应计算公式及成坑阶段耗能计算公式；基于新型成坑效应计算公式，对成坑效应的影响因素和成坑耗能进行了参数化分析。结果表明：无量纲成坑深度受靶板强度、配筋率和弹体质量的影响较大；对于钢筋混凝土，成坑深度随撞击速度提升呈先增大后减小再增大的变化规律；在常见的侵彻速度和质量范围内，成坑角为15°～24°，质量对成坑角影响较小；迎弹面成坑耗能占弹体总动能的10%～25%，且配筋率和靶板强度对成坑耗能比例的影响较小；弹体质量越小，成坑阶段耗能占比越大。新型成坑效应计算公式对成坑深度、直径和角度的计算结果与实验数据吻合较好，可为侵彻弹体设计和工程防护提供参考。
为研究弹体侵彻厚混凝土靶的迎弹面成坑效应，总结了侵彻实验中的成坑现象，分析了经验公式对成坑深度、成坑直径和成坑角等成坑效应的预测效果；考虑了撞击速度、靶板强度、配筋以及弹体直径和质量等因素的影响，采用量纲分析方法建立了新型成坑效应计算公式及成坑阶段耗能计算公式；基于新型成坑效应计算公式，对成坑效应的影响因素和成坑耗能进行了参数化分析。结果表明：无量纲成坑深度受靶板强度、配筋率和弹体质量的影响较大；对于钢筋混凝土，成坑深度随撞击速度提升呈先增大后减小再增大的变化规律；在常见的侵彻速度和质量范围内，成坑角为15°～24°，质量对成坑角影响较小；迎弹面成坑耗能占弹体总动能的10%～25%，且配筋率和靶板强度对成坑耗能比例的影响较小；弹体质量越小，成坑阶段耗能占比越大。新型成坑效应计算公式对成坑深度、直径和角度的计算结果与实验数据吻合较好，可为侵彻弹体设计和工程防护提供参考。
2022, 42(8): 083303.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0389
摘要:
为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理，基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法，对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究，采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明，在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流，可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中，利用头部杆式射流形成空腔帮助后续侵彻体低阻随进。对靶板毁伤过程的分析发现，与战斗部直接连接的第1层靶板将会受到侵彻体的高速冲击作用和爆炸波沿水介质传播过来的强冲击波联合作用，而随着水层厚度的增加，沿水中传播的爆炸冲击波强度会被迅速衰减，爆炸冲击波对后续靶板的作用变得不明显，主要为侵彻体的冲击作用。最后利用设计的组合药型罩结构开展了试验验证，对比分析了每层靶板的穿孔尺寸，试验结果与数值计算结果符合较好，最大误差小于15%。
为了研究组合药型罩聚能装药战斗部对含水复合结构的毁伤机理，基于LS-DYNA软件的任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian, ALE)流固耦合算法，对水下组合药型罩聚能装药战斗部侵彻体的形成以及穿靶过程开展研究，采用数值模拟等比例模型对水下组合药型罩聚能装药战斗部对靶板毁伤进行试验验证。研究结果表明，在偏心亚半球缺罩罩顶设计偏心亚半球形罩能够在侵彻体前端形成细长的杆式射流，可以增加整个侵彻体长度和头部侵彻体速度。在穿水和靶板过程中，利用头部杆式射流形成空腔帮助后续侵彻体低阻随进。对靶板毁伤过程的分析发现，与战斗部直接连接的第1层靶板将会受到侵彻体的高速冲击作用和爆炸波沿水介质传播过来的强冲击波联合作用，而随着水层厚度的增加，沿水中传播的爆炸冲击波强度会被迅速衰减，爆炸冲击波对后续靶板的作用变得不明显，主要为侵彻体的冲击作用。最后利用设计的组合药型罩结构开展了试验验证，对比分析了每层靶板的穿孔尺寸，试验结果与数值计算结果符合较好，最大误差小于15%。
2022, 42(8): 083304.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0336
摘要:
针对12.7 mm弹侵彻不同强度钢靶时可能出现子弹保持完整或发生破碎的情况，过去的数值模拟仅限于模拟单一模式的子弹侵彻行为。为了克服这种数值模拟的局限性，开展了模型算法、网格尺寸对模拟结果影响的研究，并将模拟结果与实验结果进行了对比，提出了一种能够用于模拟子弹保持完整或破碎的弹靶模型。研究结果表明，为模拟子弹保持完整状态，子弹和靶板应分别采用基于Lagrange算法的有限元法和光滑粒子算法，而且子弹网格尺寸和靶板粒子间距之比应至少保持在5.3左右，否则弹头会产生与实验结果不符合的异常变形。但是，在模拟子弹发生破碎侵蚀时，该比例的网格/粒子尺寸比会引起计算中止。为了克服该问题，进一步建立了一种弹体表面采用大尺寸网格、内部采用细化小尺寸网格的有限元/光滑粒子法耦合弹靶模型。计算结果表明，改进的弹靶模型可模拟子弹保持完整或者发生破碎的情况。
针对12.7 mm弹侵彻不同强度钢靶时可能出现子弹保持完整或发生破碎的情况，过去的数值模拟仅限于模拟单一模式的子弹侵彻行为。为了克服这种数值模拟的局限性，开展了模型算法、网格尺寸对模拟结果影响的研究，并将模拟结果与实验结果进行了对比，提出了一种能够用于模拟子弹保持完整或破碎的弹靶模型。研究结果表明，为模拟子弹保持完整状态，子弹和靶板应分别采用基于Lagrange算法的有限元法和光滑粒子算法，而且子弹网格尺寸和靶板粒子间距之比应至少保持在5.3左右，否则弹头会产生与实验结果不符合的异常变形。但是，在模拟子弹发生破碎侵蚀时，该比例的网格/粒子尺寸比会引起计算中止。为了克服该问题，进一步建立了一种弹体表面采用大尺寸网格、内部采用细化小尺寸网格的有限元/光滑粒子法耦合弹靶模型。计算结果表明，改进的弹靶模型可模拟子弹保持完整或者发生破碎的情况。
2022, 42(8): 084101.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0343
摘要:
针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题，基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理，自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳，释放球内高压气体，以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数：高压气室充气压力4 MPa，玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa，能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明，该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的功能需求，且具有较高的安全性、可控性和可操作性，为开展相关模拟试验提供了新的技术方法。
针对当前大当量地下爆炸真空室模拟试验中爆源起爆方式高度依赖火药制品等问题，基于地下爆炸相似理论和二级气炮原理，自主研制了二级高压驱动阵列弹珠同步弹射微型爆源装置。装置利用二级高压气体驱动弹珠同步击碎玻璃球壳，释放球内高压气体，以模拟真实爆炸气体生成物的推出。整套爆源装置的发射参数：高压气室充气压力4 MPa，玻璃球壳内残余稳态气体压力约为3 kPa，能够用于0~20 kt当量地下爆炸成坑效应的真空室模拟。爆源适用性试验验证表明，该爆源装置的爆破机制和爆破效果满足大当量地下抛掷爆炸真空室模拟试验的功能需求，且具有较高的安全性、可控性和可操作性，为开展相关模拟试验提供了新的技术方法。
2022, 42(8): 084201.
doi: 10.11883/bzycj-2022-0342
摘要:
为避免复杂贴体网格的更新和畸形对动边界流场计算效率、精度的影响，以充分掌握结构场的受力特性，采用一种改进的锐利界面（sharp-interface）浸入边界法模拟具有动边界绕流的流动问题。该方法将计算域中的固体视为流体，固体边界离散为若干个拉格朗日网格点，通过在界面单元处插值重构流动参数（速度），将其直接作为流动求解器的边界条件，由此来反映固体边界的影响。即通过构造“虚拟点—受力点—垂足点”的计算结构，借助双线性插值得到虚拟点的速度，再通过强制满足固体边界的无滑移条件计算出受力点的速度，以此为边界条件，最终求解基于浸入边界法的耦合系统方程，实现复杂动边界的流动数值模拟。采用C++编写该浸入边界法的数值程序，以单圆柱绕流为验证算例，通过与文献和实验结果的对比，验证了该方法的准确性和可靠性。在此基础上，对主动运动椭圆柱绕流问题进行了精细计算，探讨了不同轴长比(AR)、不同攻角(\begin{document}$ \theta $\end{document} ![]()
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为避免复杂贴体网格的更新和畸形对动边界流场计算效率、精度的影响，以充分掌握结构场的受力特性，采用一种改进的锐利界面（sharp-interface）浸入边界法模拟具有动边界绕流的流动问题。该方法将计算域中的固体视为流体，固体边界离散为若干个拉格朗日网格点，通过在界面单元处插值重构流动参数（速度），将其直接作为流动求解器的边界条件，由此来反映固体边界的影响。即通过构造“虚拟点—受力点—垂足点”的计算结构，借助双线性插值得到虚拟点的速度，再通过强制满足固体边界的无滑移条件计算出受力点的速度，以此为边界条件，最终求解基于浸入边界法的耦合系统方程，实现复杂动边界的流动数值模拟。采用C++编写该浸入边界法的数值程序，以单圆柱绕流为验证算例，通过与文献和实验结果的对比，验证了该方法的准确性和可靠性。在此基础上，对主动运动椭圆柱绕流问题进行了精细计算，探讨了不同轴长比(AR)、不同攻角(
2022, 42(8): 085201.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0324
摘要:
基于Heelan短柱药包理论，引入等效作用半径的概念，得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程，并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程，研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外，讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式，结果显示，利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明，利用改进公式得到的拟合效果最优，可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。
基于Heelan短柱药包理论，引入等效作用半径的概念，得到内部瞬时激励荷载作用下爆破峰值振动速度的衰减模型方程，并通过量纲分析进行验证。结合下穿隧道爆破工程，研究不同雷管段位及不同炮孔类型对应的爆破峰值振动速度的衰减规律。此外，讨论球形装药、柱状装药条件下改进公式的药量形式表达式，结果显示，利用等效作用半径作为拟合参考变量可以综合考虑不同雷管段位及不同炮孔类型对爆破振动规律的影响。统计数据表明，利用改进公式得到的拟合效果最优，可以为类似隧道爆破振动研究提供参考。
2022, 42(8): 085202.
doi: 10.11883/bzycj-2021-0316
摘要:
为分析钢筋混凝土烟囱在爆破拆除时发生下坐与空中断裂现象的机制并对其进行预测，对一高180 m烟囱的下坐和空中断裂过程进行了观测和分析。基于混凝土的压缩全应力-应变曲线特征，分析了烟囱支撑区的破坏过程，构建了烟囱失稳下坐的判别模型。通过建立烟囱下坐冲击作用下爆破切口以上烟囱的动力响应模型，分析了下坐冲击附加动应变波在烟囱中的传播特征。研究结果表明，考虑混凝土全应力-应变曲线特征和支撑区横截面应力和应变分布特征时，倾覆力矩与抵抗力矩的比值f可作为失稳下坐的判别条件之一；烟囱发生下坐的必要条件是支撑区最小残余承载力小于烟囱的重量。烟囱在下坐结束阶段，获得一定初速度的烟囱冲击基础时将产生冲击荷载，并在烟囱中部引起大于底端应变的应变，即产生动应变高程放大效应，该效应是导致烟囱发生早期断裂的主要原因。烟囱越高，下坐冲击历时越短，动应变高程放大效应越显著，发生断裂的风险也越大。随着烟囱高度的增加，烟囱最危险截面的位置也越高：由烟囱中下部移至烟囱中上部。
为分析钢筋混凝土烟囱在爆破拆除时发生下坐与空中断裂现象的机制并对其进行预测，对一高180 m烟囱的下坐和空中断裂过程进行了观测和分析。基于混凝土的压缩全应力-应变曲线特征，分析了烟囱支撑区的破坏过程，构建了烟囱失稳下坐的判别模型。通过建立烟囱下坐冲击作用下爆破切口以上烟囱的动力响应模型，分析了下坐冲击附加动应变波在烟囱中的传播特征。研究结果表明，考虑混凝土全应力-应变曲线特征和支撑区横截面应力和应变分布特征时，倾覆力矩与抵抗力矩的比值f可作为失稳下坐的判别条件之一；烟囱发生下坐的必要条件是支撑区最小残余承载力小于烟囱的重量。烟囱在下坐结束阶段，获得一定初速度的烟囱冲击基础时将产生冲击荷载，并在烟囱中部引起大于底端应变的应变，即产生动应变高程放大效应，该效应是导致烟囱发生早期断裂的主要原因。烟囱越高，下坐冲击历时越短，动应变高程放大效应越显著，发生断裂的风险也越大。随着烟囱高度的增加，烟囱最危险截面的位置也越高：由烟囱中下部移至烟囱中上部。
