2012年  26卷  第2期

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研究论文
高压烧结对n型PbTe基材料热电性能的影响
陈波, 孙振亚, 黎明发, 王善禹, 范端,  
2012, 26(2): 121-126. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.001
摘要:
采用高压烧结技术制备了按偏离化学计量比配制的PbTe基热电材料(Pb0.55Te0.45),重点研究了烧结压力对材料热电性能的影响。研究结果表明:高压烧结过程能有效降低材料中的晶格缺陷,从而显著改变样品中的载流子浓度及其迁移率。与未经烧结的常压熔融样品相比,高压烧结样品的Seebeck系数得到大幅提高,电导率略有降低,室温热导率降低了50%,所以高压烧结样品的品质因子得到较大提高。当烧结压力为2 GPa时,所得样品在700 K时其品质因子达到0.59,相比未经烧结的常压熔融样品提高了150%。
不锈钢网/铝板多冲击防护屏高速撞击防护性能实验研究
管公顺, 陈礼文, 王少恒, 庞宝君
2012, 26(2): 127-134. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.002
摘要:
通过对铝Whipple防护结构进行扩展变形,设计出不锈钢网/铝板组合多冲击防护屏,并利用二级轻气炮对其进行高速撞击实验,撞击速度为3.93~4.25 km/s,弹丸直径为6.35 mm。分析了不同规格不锈钢网、不同间距组合以及网格间结膜对不锈钢网/铝板多冲击防护屏高速撞击防护性能的影响。结果表明:不锈钢网位于防护屏的最后层有利于碎片云的扩散;不锈钢网位于防护屏最前层不利于撞击粒子的初次破碎;丝网几何参数、防护层间距组合是提高不锈钢网/铝板多冲击防护屏高速撞击防护性能的重要参数;网格间结膜有助于弹丸撞击动能的吸收。
六面顶压机高压腔体温度场的数值模拟
刘芳, 刘永刚, 谢鸿森
2012, 26(2): 135-140. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.003
摘要:
以有限元法为分析手段,在模型和边界条件适当简化的条件下,对六面顶压机高压腔体的温度场进行了数值模拟计算,得出了腔体内的温度分布。在此基础上通过调整模型参数,定性讨论了样品组装设计中组装材料、加热器形状以及导电金属环厚度对温度场的影响。数值模拟结果表明:用氧化锆替代叶蜡石作为堵头和保温材料可以提高样品区的温度,降低功率的消耗并减小样品区的温度梯度;与圆筒形加热器组装相比,中间厚两端薄的变圆筒形加热器组装能提供更高的样品中心温度和较小的温度梯度;使用导电金属环的加热组装时,适当增加金属环的厚度有利于获得较理想的温度分布。研究结果对优化高压实验的样品组装设计、改善温度梯度及保护设备具有一定的参考价值。
PbTe纳米晶高压热电性能的研究
张向国, 穆鑫, 张增明, 丁泽军
2012, 26(2): 141-147. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.004
摘要:
利用自建的400 t四柱双缸液压机,研究了PbTe纳米晶在0~0.8 GPa压力范围内热电性能随压力的变化。实验结果表明:PbTe纳米晶电导率随压力的增加而增加,而热电动势随压力的增加而减小,两者随压力的变化具有可逆性;PbTe纳米晶具有极高的热电动势,在常压下达到565 V/K,在0.8 GPa压力下,材料的电导率为常压下的4倍,热电动势仅降低20%,功率因子则达到常压下的3倍。研究表明,高压能显著提高PbTe纳米晶的热电性能。利用第一性原理计算了0.4~4.0 GPa压力范围内材料的简约费米能级,计算结果与实验结果相吻合。
PBX炸药动态Brazilian试验及数值模拟研究
傅华, 李俊玲, 谭多望
2012, 26(2): 148-154. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.005
摘要:
开展了PBX炸药的动态Brazilian试验,获得了不同加载应变率条件下的拉伸强度;通过高速摄影,获得了PBX炸药试样表面裂纹的产生发展过程;采用数字散斑相关方法,获得了试样出现裂纹前的应变场分布。利用离散元方法,开展了考虑PBX炸药细观结构的动态Brazilian数值模拟,获得了损伤演化发展、并形成裂纹的全过程,模拟结果能初步再现PBX炸药的损伤破坏过程。
炸药条加载圆柱壳的数值模拟(Ⅰ):流固耦合模拟
毛勇建, 李玉龙, 陈颖, 黄含军, 张青平, 苗应刚
2012, 26(2): 155-162. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.006
摘要:
对炸药条加载圆柱壳模拟X射线力学效应的试验进行了流固耦合数值模拟。首先建立了包括圆柱壳、两层缓冲橡胶、炸药条和空气在内的二维数值模型,其中,两层橡胶采用Ogden超弹性本构模型描述,炸药条及其爆轰产物采用高能炸药燃烧(High Explosive Burn)模型和JWL状态方程描述,空气采用多项式状态方程描述。然后采用多物质ALE流固耦合算法进行计算,获得了爆炸加载的物理图像、载荷传递与结构响应。结果表明,采用19条炸药条加载265 mm的圆柱壳模拟X射线余弦载荷作用,特征点应力响应基本等效;试验附加的两层橡胶对结构响应特征具有影响,在壳体质量较小和(或)刚度较低的情况下,紧密粘接会引起结构响应失真。
双层A3钢靶对平头杆弹的抗侵彻性能研究
张伟, 肖新科, 郭子涛, 慕忠成, 魏刚
2012, 26(2): 163-170. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.007
摘要:
钢板被广泛用于构建防护结构,大量文献报道了单层金属靶的防护性能,而对双层金属靶,特别是大间隙双层金属靶,报道的却很少。在轻气炮上进行了平头杆弹体正撞击由两层5 mm厚A3钢板组成的接触式和具有200 mm间隙的间隙式双层靶的实验研究,得到了两种结构的初始-剩余速度曲线。实验表明:(1)两种形式双层靶均发生了充塞剪切;(2)接触式双层靶的弹道极限是5 mm单层A3靶的1.92倍;(3) 间隙式双层靶的抗侵彻性能具有较大的分散性,通过高速摄像和对回收靶板的分析表明,该分散性产生的原因是,弹体贯穿第一层靶后存在两种典型弹道状态;(4)间隙式双层靶存在两个弹道极限;(5)接触式双层靶的弹道极限接近或者大于间隙式双层靶的弹道极限。使用ABAQUS/EXPLICIT有限元软件进行了相应的数值模拟,得到了与实验一致的现象和结果。
复合应力下泡沫铝屈服行为实验研究
周志伟, 王志华, 赵隆茂, 树学峰
2012, 26(2): 171-176. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.008
摘要:
采用ARCAN双轴加载装置和材料实验机(INSTRON 5544),对相对密度为8.5%的闭孔泡沫铝(Alporas)进行了不同应变率下的双轴加载实验。在宏观等效应变率为7.010-3~1.010-1 s-1范围内测得实验屈服面,并与泡沫金属的3种屈服准则进行了比较。比较结果表明:在主应力空间下,实验屈服面与Miller和Deshpande-Fleck屈服准则吻合较好,Gibson屈服准则过小估计了测试泡沫铝的实验屈服面;被测泡沫铝的实验屈服面在宏观等效应变率7.010-3~1.010-1 s-1范围内对应变率不敏感。
超高速撞击充气压力容器二次碎片减速运动建模研究
盖芳芳, 庞宝君, 管公顺
2012, 26(2): 177-184. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.009
摘要:
针对空间碎片超高速撞击充气压力容器的二次碎片减速运动问题,首先根据弹丸撞击容器前壁后的破碎程度,将二次碎片分为弹丸未破碎、未完全破碎及完全破碎3种模式,分别建立了二次碎片未受气体扰动时的初始模型;然后采用理论分析手段,应用流体动力学、气-固两相流理论,对弹丸不同破碎模式下的二次碎片在容器内的运动过程进行分析,建立了二次碎片减速运动的计算模型,通过与数值模拟结果的比较,验证了计算模型的有效性。
La0.3Sr0.7CrO3钙钛矿化合物高压合成和物性
吕玉玺, 李凤英, 靳常青
2012, 26(2): 185-188. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.010
摘要:
采用高压高温方法合成了单相的带宽调控型La0.3Sr0.7CrO3 Mott化合物,对其晶体结构和磁学性质进行了研究。结果表明:La0.3Sr0.7CrO3化合物具有立方钙钛矿晶体结构,温度在170 K以上其磁性为顺磁性,满足居里-外斯定律,温度低于20.7 K发生了自旋玻璃转变。
气相井喷的泄漏源模型及其仿真
郑远攀, 苏晓珂, 刘新新, 张亚丽, 孙垦
2012, 26(2): 189-198. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.011
摘要:
钻井过程的井喷是气田开发中最严重的事故之一,研究气相井喷的泄漏和扩散进而为现场应急提供科学依据,必须首先明确钻井过程中井喷的泄漏源模型。采用流体力学特别是气体动力学理论与计算流体力学技术相结合的方法,分析和模拟了气相井喷的泄漏源模型。通过基于理论分析的数值仿真,得到了气相井喷的温度、静压和马赫数分布等气体动力学参数,仿真结果与理论分析以及相关实验的结论具有很好的一致性。研究表明,钻井过程中气相井喷的泄漏源可以用塞流模型表征,气相井喷可视为欠膨胀射流。
爆炸成型弹丸战斗部不同侵彻着角下的毁伤能力研究
樊菲, 李伟兵, 王晓鸣, 李文彬, 韩玉
2012, 26(2): 199-204. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.012
摘要:
利用LS-DYNA仿真软件,对爆炸成型弹丸(EFP)毁伤能力与EFP侵彻着角关系进行了研究。结果表明:随着EFP着角从0增加到40,EFP侵彻靶板的垂直侵彻深度减小了34.2%,开孔处孔径大小增加了18.2%。侵彻过程中,EFP头部速度与时间呈线性规律变化,并且当EFP着角越大时,头部速度下降趋势越快;EFP垂直侵彻深度与时间先呈线性增长,随后上升趋势变得缓慢;不同侵彻着角下的侵彻参数与时间的关系趋势一致。基于EFP的垂直侵彻理论和杆式弹的斜侵彻理论,结合仿真拟合曲线,得到了EFP垂直侵彻深度与侵彻着角的修正计算公式。
复合型切缝药包成缝机理及数值模拟实验
谢华刚, 阮怀宁, 吴玲丽
2012, 26(2): 205-210. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.013
摘要:
采用爆炸力学、岩石断裂动力学对3种切缝药包进行理论分析表明,复合型切缝药包在切缝方向的剪应力是常规切缝药包的1.59倍左右;采用有限元软件ANSYS10.0/LS-DYNA对其进行数值模拟实验,通过对比3种装药结构的爆炸效果,表明复合型切缝药包在切缝方向的聚能效应最佳;通过对比复合型切缝药包切缝方向和垂直切缝方向的等效塑性应变,得出切缝方向塑性应变峰值是垂直切缝方向的2.93倍左右;通过对比远区围岩压力,得出复合型切缝药包在远区形成的爆炸压力最小,对围岩的损伤程度最小,能量利用最充分。
反恐中微差控爆破门实验研究
闫鸿浩, 王立鹤, 李晓杰, 王彬
2012, 26(2): 211-215. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.014
摘要:
在解救人质或追捕恐怖分子时,需要利用炸药炸开门体或者墙体开辟一条快速通道,通常采用集团装药或多点药包同时起爆的方法进行爆破,但产生的冲击波超压值过高,很容易对反恐人员造成不必要的伤害。采用多点延时起爆方法进行微差控爆破门,与其它方法相比,在相同药量和距离下可以降低空气冲击波的超压峰值,从而有效避免冲击波对反恐人员的伤害。实验研究结果表明,防盗门中的膨胀螺栓可以作为破门弱点进行毁伤。通过实验,得到了破门的合理药量,利用不同药量下的冲击波超压值计算出了反恐人员的安全距离。
高压工况下底排推进剂燃速的反向传播神经网络模型
张领科, 余永刚, 李志锋, 刘东尧
2012, 26(2): 216-220. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.015
摘要:
为了研究底排推进剂在火炮膛内随弹丸运动时的燃烧特性,采用密闭爆发器仿真实验技术,针对底排推进剂在膛内高压工况下的燃烧特性进行实验研究,获得了两种不同装填密度下平均压力随时间变化的关系,并对压力进行了全程热散失修正。采用多次平滑、滤波数据处理技术和发射药燃速处理方法,得到了燃速与压力(8~150 MPa)之间的关系。基于实验数据特征样本,建立并训练得到了底排推进剂高压工况下的反向传播(Back Propagation)神经网络燃速模型,该模型与传统的指数模型相比,具有拟合精度高和稳定性强的特点。
核爆聚变电站发电时的冲击波超压传播规律
陶俊林, 黎泽朋, 陈小伟
2012, 26(2): 221-226. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.016
摘要:
核爆聚变电站在发电时会产生冲击波,其超压传播规律是核爆聚变电站洞壁设计的重要基础。现有公式在描述冲击波峰值超压时存在一定的不足(如相对误差大等)。通过理论分析得到新的冲击波峰值超压公式、正压作用时间+和冲击波传播系数,最终得到冲击波超压的传播规律。通过对比分析表明,新公式比现有公式更加适合求解核爆聚变电站发电时所产生的冲击波峰值超压。
蒸汽爆破对玉米秸秆理化特性的影响
任天宝, 徐桂转, 马孝琴, 于政道, 宋安东, 张百良
2012, 26(2): 227-234. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.017
摘要:
在木质纤维素研究领域,对其理化特性进行深入研究有利于资源化开发利用。基于热解实验、傅立叶红外光谱、X射线衍射和扫描电镜分析方法,针对玉米秸秆蒸汽爆破后理化特性的变化进行了研究。结果表明:玉米秸秆蒸汽爆破后热解区域比对照具有更宽的温度范围,最大热分解速率显著提高,反应活化能降低16.25%;木质纤维素特征官能团所对应的特征峰吸收强度差异显著;细胞壁的层次结构破碎化,纤维素结晶度降低14.57%。在此基础上构建了蒸汽爆破过程机理模型。实验结果表明:蒸汽爆破对木质纤维素类材料理化特性的改变有显著影响。
超高压处理对毛栓菌多酚氧化酶的影响
陈小强, 章银军, 张士康, 励建荣, 金建昌, 郑娜, 杨秀芳
2012, 26(2): 235-240. doi: 10.11858/gywlxb.2012.02.018
摘要:
以茶多酚为底物,测定毛栓菌多酚氧化酶(Polyphenol Oxidase,PPO)活性的最适pH值为5.0、最适底物浓度为4 mg/mL,经100、300和500 MPa超高压处理10 min的PPO酶活分别是未处理的93%、87%和86%。圆二色谱和高效液相凝胶渗透色谱分析结果显示,100和300 MPa压力处理PPO的圆二色谱位于190~210 nm的正Cotton效应峰分别产生褶皱和分蘖;高效液相凝胶渗透色谱中的第一时间出峰组分(即最大分子量组分)的保留时间由6.678 min分别提前至1.514和2.296 min。500 MPa压力处理PPO的圆二色谱和高效液相凝胶渗透色谱与对照相比差异更加显著,其圆二色谱中只有一个正Cotton效应峰;其高效液相凝胶渗透色谱中主要组分的色谱峰面积减小(即280 nm的响应值降低)。不同压力处理的PPO的圆二色谱与高效液相凝胶渗透色谱图的差异程度具有对应关系。