2012年  26卷  第3期

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研究论文
Soda lime玻璃材料中失效波形成和传播研究
张延耿, 段卓平, 皮爱国, 张连生, 欧卓成, 黄风雷
2012, 26(3): 241-250. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.001
摘要:
为了研究冲击载荷作用下Soda lime玻璃材料中失效波的形成和传播,通过轻气炮加载平板撞击实验,采用双螺旋锰铜压阻传感器,在一发实验中同时测量4种不同厚度试件背面与有机玻璃背板间界面处的纵向应力时程曲线,根据测量结果得到试件中失效波的传播轨迹。通过改变碰撞速度,对不同加载条件下的失效波形成和传播规律进行了研究,结果表明,Soda lime玻璃材料在冲击作用下产生失效波所需的延迟时间随冲击载荷的增加而减小,失效波传播速度随冲击载荷的增加而增加。最后采用弹性微裂纹统计模型描述冲击载荷作用下Soda lime玻璃的破坏机制,并将模型嵌入LS-DYNA有限元程序中,模拟试件在不同加载条件下的平板碰撞,所得横向应力和自由面粒子速度曲线均可用于表征失效波破坏现象。根据数值模拟结果分析失效波的传播轨迹,与实验测量结果符合较好。
二级电炮加载技术研究
罗斌强, 赵剑衡, 孙承纬, 莫建军, 贺佳, 张兴卫, 王桂吉, 谭福利
2012, 26(3): 251-258. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.002
摘要:
利用常规电炮发射金属飞片的实验技术,将10 mm0.5 mm、10 mm0.3 mm铝飞片分别发射到300、500 m/s的速度且具有较好的平面度,有效拓展了电炮在相对较低的飞片发射速度和较低应变率下的加载能力(飞片速度约100 m/s、应变率小于106 s-1),使之可以在更宽的应变率和加载压力下使用。利用二级电炮技术,对Zr51Ti5Ni10Cu25Al9块体非晶合金进行了平面撞击实验,获得了较好的结果,该工作对电炮加载技术的推广应用有着重要的作用。
钢芯弹冲击高强度钢过程的数值模拟分析
谢恒, 吕振华
2012, 26(3): 259-265. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.003
摘要:
通过材料特性实验获得7.62 mm39 mm普通钢芯弹弹芯、N-1高强度钢靶板材料的力学本构模型参数,建立了弹体和靶板的精细有限元模型。对靶板钢材的J-C断裂准则进行改进,并在LS-DYNA软件中实现。应用改进的断裂准则进行了N-1钢受普通钢芯弹垂直冲击过程的数值模拟,计算结果可更准确地反映出实验中靶板出现的绝热剪切冲塞行为,冲塞尺寸较接近实验结果,弹道极限速度也与实验吻合。由此克服了基于原J-C断裂准则计算的缺陷靶板发生与实验结果不符的拉伸型破坏、冲塞尺寸明显偏小。
入射和反射激波诱导重气泡变形和失稳的三维数值研究
朱跃进, 董刚, 刘怡昕, 范宝春
2012, 26(3): 266-272. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.004
摘要:
采用大涡模拟方法,对入射激波及其反射激波诱导球形重气泡的变形失稳过程进行了三维数值模拟,利用已有实验验证了计算模型的可靠性,重点考察了反射激波与已经失稳的气泡界面的再次作用,讨论了涡环的形成及其三维失稳的过程。研究结果显示:入射和反射激波与球形重气泡作用产生斜压效应,会在流场中产生旋转方向截然相反的多个涡环;反射激波诱导的涡环具有较小的强度,故更加容易失稳,甚至能完全形成具有流向涡量的复杂小尺度涡结构。
铝合金弹丸超高速撞击玄武岩纤维布剩余速度分析
哈跃, 管公顺, 迟润强, 庞宝君
2012, 26(3): 273-280. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.005
摘要:
采用高强纤维作为防护材料,是航天器空间碎片超高速撞击防护结构发展的趋势之一。超高速撞击损伤分析是空间碎片防护结构研究开发设计的重要环节,也是高压极端加载条件下材料动态响应分析的重要内容。玄武岩纤维是近年来受到人们关注的一种高强度、高模量陶瓷纤维。利用二级轻气炮进行了铝合金弹丸超高速撞击玄武岩纤维编织布时的超高速撞击实验,根据弹丸碎片的闪光X射线阴影照片,分析了铝合金弹丸超高速撞击玄武岩纤维编织布的撞击速度损失规律,根据实验结果拟合得到了铝合金弹丸的剩余速度方程,为分析玄武岩纤维材料对弹丸的撞击能量消耗提供了参考依据。
温压协同处理黑莓-葡萄糖苷酶失活动力学研究
魏本喜, 马永昆, 马善丽, 严蕊, 张龙, 白洁
2012, 26(3): 281-288. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.006
摘要:
以黑莓-葡萄糖苷酶为对象,研究其温压协同条件下的失活动力学规律,可为超高压食品处理技术的工业化和花色苷的保留提供有力的技术支持。实验压力为300~600 MPa,温度为35~55 ℃。结果表明:-葡萄糖苷酶在温压协同条件下的失活过程为两个阶段,第一阶段用瞬时失活值描述,压力和温度影响其大小,不受保压时间影响;第二阶段将-葡萄糖苷酶分为稳定部分和敏感部分,-葡萄糖苷酶的失活过程用双相一级反应动力学模型描述,其失活速率常数随温度、压力的升高而增大。敏感部分和稳定部分在400 MPa、55 ℃条件下,失活速率常数KL和KS分别为2.777和0.047 min-1,二者失活90%所需时间DL和DS分别为0.83和49.1 min。在400 MPa条件下,敏感部分的D值减少90%所需增加的温度TZ和活化能Ea分别为23.36 ℃和81.95 kJ/mol;在45 ℃条件下D值减少90%所需增加的压力pZ和活化体积Va分别为1 111 MPa和-5.02 cm3/mol。
不同起爆方式对含铝炸药水中爆炸近场冲击波压力的影响
李金河, 赵继波, 谭多望, 王彦平, 张远平
2012, 26(3): 289-293. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.007
摘要:
采用SJZ-30和GSJ-15型高速扫描相机,对端面点起爆、侧边点起爆和中心点起爆方式下,HLZY-1含铝炸药水中爆炸近场冲击波传播过程进行了实验观测,通过数字化方法得到了炸药近场冲击波沿狭缝方向的扫描曲线和冲击波压力变化曲线。研究表明,起爆方式对炸药水中爆炸初始冲击波峰值压力以及近场冲击波峰值压力的衰减有重要的影响。研究结果可以为水中兵器战斗部的设计以及毁伤效能评估提供参考。
基于微孔洞长大惯性机制的动态拉伸断裂模型构建
王焕然, 王永刚, 贺红亮
2012, 26(3): 294-300. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.008
摘要:
采用圆柱体胞模型分析方法,对球形微孔洞在不同加载应变率条件下的动力学响应行为进行了有限元分析,计算结果表明:在微孔洞稳定增长阶段,惯性对微孔洞的快速增长起着关键性作用,其它因素的影响基本可以忽略,微孔洞半径增长率与平均应力的平方根成正比。提出了一个微孔洞增长惯性机制的损伤度演化方程,结合逾渗软化函数描述微孔洞聚集行为,从而构建了一个新的动态拉伸断裂模型,并通过自定义材料模型子程序,把断裂模型嵌入LS-DYNA程序中,对无氧铜平板撞击层裂实验进行了数值模拟研究,计算结果与实验结果的比较令人满意,初步检验了新模型的实用性。
甲烷-空气最小点火能量预测理论模型
马秋菊, 张奇, 庞磊
2012, 26(3): 301-305. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.009
摘要:
最小点火能是可燃气体危险性辨识的重要参数之一。为从理论上得到混合气体的最小点火能,建立了可燃气体火花点火的物理模型,给出了通过数值模拟得到的可燃气体最小点火能量的预测方法,采用该方法得到了甲烷-空气混合气火花点火的临界温度及最小点火能量。结果表明:甲烷-空气混合气的最小点火能量与浓度呈U型关系,浓度为8.5%的预混气的最小点火能量计算值为0.39 mJ,与实验值0.4 mJ吻合较好。
高压烧结镀Cr、Ti膜金刚石/铜复合材料热导率研究
张文凯, 彭放, 郭振堂, 管俊伟, 李荣祺
2012, 26(3): 306-312. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.010
摘要:
采用磁控溅射方法,在金刚石表面镀覆活性金属Cr膜和Ti膜,在高温高压下合成了镀活性金属膜金刚石/铜复合材料。实验发现,活性金属的加入增强了金刚石与铜界面间的结合强度,减少了界面热阻,提高了复合材料的热导率。复合材料热导率随着金刚石体积分数的增加而降低,随着金刚石的粒度增大而提高。这主要是由界面热阻引起的,可以通过增大金刚石粒度和改善界面状态来提高复合材料热导率。
混凝土HJC模型抗侵彻参数敏感性数值模拟研究
陈星明, 刘彤, 肖正学
2012, 26(3): 313-318. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.011
摘要:
混凝土是一种应用广泛的复合材料,其动态性能及抗侵彻毁伤效应的研究越来越依赖于数值模拟,其中混凝土HJC模型是应用最广泛的本构模型之一。在介绍HJC模型的基础上,应用LS-DYNA数值模拟方法进行HJC本构模型抗侵彻性能的参数敏感性研究,通过大量数值模拟得出HJC模型的抗侵彻敏感参数有:无侧限单轴抗压强度fc、压实点压力plock、特征化粘性强度A、特征化压力硬化因子B和压力硬化指数N。在混凝土的抗侵彻数值模拟过程中,重点是确定敏感参数的取值,以提高数值模拟的精度和质量,做到合理地选择试验方法和安排试验量。
强冲击压缩条件下g-C3N4向-C3N4直接转化
马海云, 刘福生, 李永宏, 张明建, 薛学东, 王俊莉
2012, 26(3): 319-324. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.012
摘要:
为了合成出理论预言的具有致密结构的超硬材料C3N4,运用二级轻气炮加载和冲击回收实验技术,以富含N的g-C3N4为前驱物,在40~65 GPa压力下完成了冲击合成实验。在低于51 GPa压力时,X射线衍射分析表明,在回收样品中未发现有新相生成,说明g-C3N4是稳定的;而在51~65 GPa范围内,回收样品中有新相生成,与理论计算结果对照发现,新相为-C3N4相,且不含其它结晶相。证实利用冲击合成方法将g-C3N4直接转化为单纯-C3N4是可能的,对纯净的超硬相碳氮化合物的合成研究具有参考意义。
超高速碰撞2024-T4铝靶产生等离子体的朗缪尔双探针诊断
唐恩凌, 相升海, 杨明海, 张薇, 贺丽萍, 赵新颖
2012, 26(3): 325-332. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.013
摘要:
有些等离子体,本身并不存在电极和参考点,而该电极或参考点是提供偏压朗缪尔探针所必需的。为了获得超高速碰撞所产生等离子体的特征参量,建立了一种新的静电探针诊断技术,该技术不需要扫描频率,其探针可用于测量与时间相关的电子温度、电子密度。该诊断系统基于双通道电路,电流和电压谱通过数字示波器同步输出。研究的主要目的是,应用双朗缪尔探针诊断2024-T4铝弹丸超高速碰撞2024-T4铝靶时产生的瞬态等离子体。
Hf-基非晶合金的力学性能研究
王燕坡, 孙宝茹, 战再吉, 王文魁
2012, 26(3): 333-337. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.014
摘要:
利用MTS810实验机和分离式霍普金森压杆(SHPB),对Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10块体非晶合金进行了准静态和动态压缩实验,应变速率范围为10-4~103 s-1,给出了不同应变速率下非晶合金的应力-应变曲线,并对其压缩断口形貌进行了扫描电镜观察。结果表明:在准静态压缩条件下,Hf44.5Cu27Ni13.5Ti5Al10非晶合金不具有应变速率敏感性,在由放射区和扇形区组成的断口形貌上观察到纳米级韧窝和60 nm左右的周期性条纹结构;在动态压缩条件下,随着应变速率的增加,动态屈服强度明显减小,合金具有应变速率敏感性,同时断裂表面为夹杂着脉络条纹的絮状结构。进一步观察发现,动态压缩断口上存在3种特征断裂形貌:树枝状条纹、典型脉络花纹和合金熔体。
LiAl5O8高压相变研究
武琪, 彭放, 李庆华, 雷力, 李荣祺
2012, 26(3): 338-342. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.015
摘要:
运用金刚石压砧同步辐射X射线衍射,对尖晶石结构的LiAl5O8进行了高压原位研究。实验发现:在高压下,一组LiAl5O8的新相衍射峰出现,随着压力的增加,其新相衍射峰逐渐增强,当压力增加到45.0 GPa时,LiAl5O8的低压相衍射峰全部消失,而形成了一组高压新相衍射峰。采用指标化程序对衍射数据进行处理和分析,确定这一高压新相为正交晶系结构,其晶胞参数为a=0.995 9 nm,b=0.644 7 nm,c=0.333 4 nm ,空间群为Pmm2。
食品微生物对超高压处理的逆境响应
张静, 赵凤, 胡小松, 廖小军
2012, 26(3): 343-350. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.016
摘要:
超高压(High Hydrostatic Pressure,HHP)作为一种非热杀菌技术,在食品工业中有着很广泛的应用,与传统的热加工处理相比,在保持食品品质、杀菌、钝酶等方面都有其明显的优势。通过对国内外相关文献的分析,对HHP处理后处于亚致死状态食品微生物的细胞膜、遗传与结构物质、机体代谢等方面,以及大部分食品微生物在应对外界的多种刺激时而进行的普遍性调控机制的研究进行了总结,探讨了经过HHP处理后处于亚致死状态的食品微生物在逆境下存活的应激反应。
C60在冲击波作用下的反应研究
张洪昌, 彭汝芳, 金波, 梁华, 谭碧生, 楚士晋
2012, 26(3): 351-356. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.017
摘要:
采用爆轰波驱动飞片,对C60样品进行冲击实验,实验产生的烟灰经甲苯萃取后,采用高效液相色谱进行成份分析。结果表明:冲击波的高温高压作用使C60样品大部分分解,少部分形成高碳富勒烯、富勒烯包合物和其它碳簇产物。研究了不同冲击波作用下,C60样品的压强、温度的变化及对C60反应的影响,并对C60的分解与聚合的作用机理进行了探讨。
石膏的高压原位Raman光谱和相变研究
马艳平, 李芳菲
2012, 26(3): 357-360. doi: 10.11858/gywlxb.2012.03.018
摘要:
利用金刚石对顶砧(DAC)高压装置产生高压,在0~35 GPa压力范围,对石膏(Gypsum,CaSO42H2O)晶体进行了高压原位Raman光谱研究。根据高压Raman光谱的实验数据,给出了石膏晶体Raman振动频率与压力的依赖关系;在4.5 GPa附近,在对称性伸缩振动范围,发现新的Raman峰1 012 cm-1出现,这个峰的强度随压力升高逐渐增强,据此断定在4.5 GPa 附近,石膏晶体发生了压力导致的结构相变。