2012年  26卷  第4期

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研究论文
高温处理后活性粉末混凝土动力学行为及本构模型研究
王立闻, 庞宝君, 陈勇, 张凯
2012, 26(4): 361-368. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.001
摘要:
利用分离式霍普金森压杆系统,采用铅片作为整形器,分别对常温下及400、600、800 ℃高温处理后的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)试样进行单轴冲击压缩实验,研究高温后RPC材料的动态力学性能,建立高温处理后材料的率型本构模型。结果表明:经不同高温处理后的RPC材料的动态抗压强度和韧性指标均有较明显的应变率敏感性,而峰值应变、初始弹性模量受应变率影响不大;不同应变率下,400 ℃以上高温处理后RPC材料的单轴动态压缩力学性能有所降低。扫描电镜分析表明,高温处理后RPC材料微观结构的劣化是宏观力学性能降低的根本原因。对ZWT粘弹性本构模型进行了修正,修正后的模型适用于混凝土材料经高温处理后的率型本构关系的分析。
纳秒激光冲击加载的全过程诊断
李俊, 李加波, 周显明, 王翔, 翁继东, 李剑峰
2012, 26(4): 369-374. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.002
摘要:
与传统的冲击加载方式相比,激光驱动试样具有微尺寸(直径小于1 mm,厚度约10 m)、超短作用过程(纳秒量级)等特点,但其速度变化历史的实时诊断颇为困难,因此发展适用于激光驱动的高时空分辨率的实时测试技术是十分重要和有价值的。采用桌面式脉冲Nd:YAG激光器作为加载平台,发展了激光加载下的小焦点多普勒光纤探针测量系统(焦斑直径约200 m,时间分辨力约50 ps),成功实现了从激光脉冲驱动微尺寸飞片飞行直至撞击Z-切石英试样的全过程实时诊断。实验结果显示,将6 m 厚Al箔飞片驱动至2.48 km/s时,撞击Z-切石英试样的粒子速度为1.27 km/s,与Hugoniot理论计算结果相符,表明该测试技术是可靠、有效的;多层薄膜靶结构设计(基底/烧蚀层/硅油/Al箔)可提升激光与靶物质的能量耦合效率,使飞片保持更好的宏观完整性。为开展超短脉冲激光加载下材料动态特性研究提供了一种有效的技术途径。
超高静水压装置的研制及钝酶效果试验
易建勇, 孙传范, 王永涛, 董鹏, 王换玉, 胡小松
2012, 26(4): 375-381. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.003
摘要:
设计开发了UHHP-1600型超高静水压装置,工作压力达到1.6 GPa。阐述了该超高静水压装置的工作原理、结构特点和设计要点,分析并确定了超高静水压承压容器、密封系统和压力控制系统的结构和相关参数。试验表明,整机结构合理、操作方便、性能稳定、安全可靠。利用该装置在1.6 GPa下处理蘑菇多酚氧化酶1 min,可以将其完全钝化。
高温高压下钠长石的阻抗谱实验研究
胡海英, 李和平, 代立东, 单双明, 朱成明
2012, 26(4): 382-388. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.004
摘要:
在压力为1.0、2.0 GPa和温度为673~973 K条件下,采用交流阻抗谱法在YJ-3000t紧装式六面顶高压设备上原位测量了钠长石的电导率。实验结果表明:在实验的温度和压力范围内,钠长石的电导率在10-3.0~10-5.5 S/m变化;钠长石复阻抗的模和相角对频率有很强的依赖性;随着温度T升高,钠长石的电阻率迅速减小,电导率增大,并且lg 与T-1之间符合Arrhenius关系;在实验压力范围内,随着压力升高,钠长石的电导率降低。采用离子导电机制,对高温高压下钠长石的导电行为进行了合理解释。
低冲击应力下脆性介质电阻率的实时测量
杨佳, 喻寅, 蒋冬冬, 张明建, 李永宏, 刘福生, 贺红亮
2012, 26(4): 389-394. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.005
摘要:
冲击波压缩下材料宏观性质的变化与微观结构演化有着密切联系。通过改进对称差分电路测量方法,测量K9玻璃在失效破坏过程中的电阻率变化,研究了脆性介质在低冲击波应力下的损伤破坏机制。结果表明,随着冲击波在K9玻璃中传播,K9玻璃的电阻率逐渐下降;在7.6 GPa冲击压缩下,K9玻璃由最初的绝缘体状态逐渐转变为电阻率约420 m的稳定状态。
高压下TiN的结构转变、弹性和热力学性质的第一性原理计算
郝爱民, 周铁军, 朱岩, 刘鑫
2012, 26(4): 395-401. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.006
摘要:
利用基于密度泛函的第一性原理,计算了高压下TiN的结构转变、弹性和热力学性质。计算结果表明:在压力作用下,TiN经历了从NaCl型结构到CsCl型结构的转变,转变压力为348 GPa;TiN的弹性系数随着压力的增加呈线性增加规律。此外,还给出了德拜温度和热容量这两个重要热力学量与温度和(或)压力的依赖关系。
具有速度谱分辨能力的角色散FP干涉测量技术
陈光华, 李泽仁, 刘俊, 刘寿先, 彭其先, 袁树云, 阳庆国
2012, 26(4): 402-408. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.007
摘要:
发展了可用于速度谱诊断的角色散Fabry-Perot干涉测量技术,使不同频移探测激光形成的干涉条纹在空间分离,从而可对单一或混合运动源引起的多普勒频移成分进行检测,并给出物体速度谱分布。利用Fabry-Perot干涉测量技术,开展了激光驱动铝箔飞片实验。随着驱动激光能量的变化,观察到了铝箔飞片的不同速度谱分布,包括没有速度空间分散的速度谱、分裂成几片并以不同速度飞行的离散速度谱、碎片云或射流状态下的连续速度谱分布,此外还观测到了冲击下铝箔/玻璃界面分离引起的条纹分裂现象。
高压二氧化碳对烯丙基异硫氰酸酯脱除影响的研究
胡国伟, 易俊杰, 杨瑛洁, 胡小松, 廖小军, 张燕
2012, 26(4): 409-414. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.008
摘要:
由于紫甘蓝色素提取物中存在硫苷的降解产物烯丙基异硫氰酸酯(Allyl Isothiocyanates,AITC),因而限制了紫甘蓝色素提取物的工业应用。为了解决这一实际生产问题,以AITC溶液为实验材料,分析了不同压强和温度下高压二氧化碳(High Pressure Carbon Dioxide,HPCD)脱除AITC的过程。结果表明:HPCD脱除AITC的过程符合一级动力学模型;增大压强对脱除速率和半衰期影响不显著(P0.05),表明压强不是影响HPCD脱除AITC的主要因素;温度的升高使脱除速率增大了约2倍,半衰期明显减小,表明温度可能是影响HPCD脱除AITC的主要因素。通过进一步模拟分析HPCD作用下AITC的降解,确认了HPCD脱除AITC过程中热降解发挥的重要作用。
强冲击载荷下氧化铝陶瓷靶破坏过程的SPH数值模拟
王凤英, 刘迎彬, 刘天生, 胡晓艳
2012, 26(4): 415-420. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.009
摘要:
陶瓷材料因具有低密度、高强度和高声速等良好的力学特性,被广泛应用到军事、航空航天和舰船防护等领域。为了研究氧化铝陶瓷靶板在强冲击载荷下的破坏性能,利用AUTODYN软件,采用光滑粒子流体动力学求解器对钨合金弹丸撞击氧化铝陶瓷靶过程进行模拟计算。将模拟结果与实验结果进行对比可知,模拟结果与实验结果非常吻合,说明所采用的计算方法正确。该研究方法为分析氧化铝陶瓷在强冲击载荷下的破坏特性提供了一种方便的途径,节省了研究时间和研究成本,提高了研究效率。
高能球磨条件下TiO2相变的实验研究
高翔, 陈鹏万, 刘建军, 熊光源
2012, 26(4): 421-425. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.010
摘要:
采用高能球磨法处理二氧化钛(TiO2)与双氰胺粉末混合物,对不同球磨时间和球磨转速条件下TiO2的相变进行了研究。利用X射线衍射仪对回收产物的相组成进行表征。结果表明,在700 r/min的高速球磨条件下,TiO2发生了由锐钛矿相向金红石相和Srilankite高压相的转变,随着球磨时间的增加,Srilankite高压相和金红石相的含量逐步增加并逐渐趋于平衡;进一步提高球磨转速至1 000 r/min,锐钛矿相向Srilankite高压相的转变占主导,更易于形成Srilankite高压相,Srilankite高压相的质量分数可增加至47.8%。
铝粉-空气混合物爆燃转爆轰过程及爆轰波结构
陈默, 白春华, 刘庆明
2012, 26(4): 426-432. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.011
摘要:
在长为32.4 m、内径为0.199 m的大型长直水平管道中,对铝粉-空气两相流的燃烧转爆轰(DDT)过程及爆轰波结构进行了实验研究。对铝粉-空气混合物弱点火条件下DDT过程不同阶段的特征进行了分析,实验结果显示混合物经历了缓慢反应压缩阶段、压缩波加速冲击波形成阶段、冲击反应过渡阶段、冲击反应向过压爆轰过渡阶段和爆轰阶段,得到了混合物各阶段的DDT参数,由此进一步分析了DDT浓度的上、下限。在1.4 m爆轰测试段的4个截面的环向上各均匀安装8个传感器,对爆轰波结果进行测试,并对铝粉-空气混合物爆轰波的单头结构进行了分析。
磁爆加载下强磁体的磁场研究
夏明, 黄正祥, 顾晓辉, 王叶中
2012, 26(4): 433-441. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.012
摘要:
为了研究磁爆压缩发生器加载下强磁体形成的磁场,对磁爆加载过程进行分析,建立了磁爆加载下强磁体形成磁场的理论模型。按照此模型,对6种不同结构强磁体的磁场进行对比研究,得到了强磁体的磁场变化规律。结果表明:在加载初始阶段,磁爆压缩发生器的自身参数为主要影响因素,各磁体的磁场峰值和范围差别较小;在磁通压缩阶段,电路过程的改变使得磁体结构的影响逐渐显著,各磁体的磁场峰值和范围发生了明显变化;磁体结构对磁场的空间分布具有决定性作用,磁场分布不受加载过程的影响。
偏心起爆战斗部随机破片数值仿真
张博, 李伟兵, 李文彬, 王晓鸣, 高旭东, 郑宇
2012, 26(4): 442-448. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.013
摘要:
利用AUTODYN-3D软件和基于Mott破片分布理论的Stochastic随机破碎模型,对破碎型偏心起爆战斗部的破片形成进行了三维数值模拟,对比分析了3种起爆方式下自然破片的飞散特性以及偏心起爆时不同起爆半径随机破片的飞散特性。结果表明:偏心单点和偏心多点起爆在目标区域产生的破片数比中心点起爆分别提高了37.12%和62.86%,且破片质量小,破片的利用率可以提高4.01%~6.08%;偏心单点和偏心多点起爆的平均速度增益为25.95%和28.37%;对于偏心起爆,随着起爆半径的减小,目标区域的随机破片数减小,轴向速度和径向速度也随之减小。
入射速度对长杆弹垂直侵彻行为的影响规律
高光发, 李永池, 沈玲燕, 郭扬
2012, 26(4): 449-454. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.014
摘要:
以长杆弹垂直侵彻半无限厚靶板为研究对象,分析了弹体最大侵彻深度与入射速度的关系,研究了弹体入射速度对侵彻最大深度的影响规律。研究表明:靶板的强度和界面效应使弹体在侵彻过程中存在一个临界速度,当入射速度大于临界速度时,弹体的侵彻才能通过开坑阶段进入准稳定阶段,它是造成当入射速度较小时侵彻深度随入射速度的提高而几乎不变或缓慢增加的主要原因;准稳定侵彻过程中弹体速度和侵彻速度基本不变,并且两者存在线性关系,这种关系只与弹体和靶板的材料性能有关,是造成当入射速度较大时侵彻深度随入射速度的提高呈快速线性增大的主要原因。
甲烷-煤尘爆炸物火焰传播特性
牛芳, 刘庆明, 白春华, 何学秋, 宫广东
2012, 26(4): 455-461. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.015
摘要:
在10 m3的爆炸罐中对体积分数为8%的甲烷和75 g/m3煤尘的混合物进行了系统的燃烧爆炸实验。分别利用光测方法和压力方法得到了爆炸物的层流燃烧速度、火焰传播速度、火焰厚度、马克斯坦长度以及爆炸特征值的变化规律。结果表明,在常温常压下,当点火能为40 J时:利用光测法得到的8%甲烷与75 g/m3煤尘混合物的燃烧速度为0.437 m/s,而根据压力-时间关系得到的混合物燃烧速度为0.459 m/s,两者符合较好;用火焰厚度与马克斯坦长度判定的火焰发展趋势相同,即向外传播的火焰趋于稳定;爆炸物的爆炸特征值最大值出现在0.5 m处,壁面的爆炸特征值偏小。
TNT炸药和乳化炸药驱动飞板的通用状态方程特征线法研究
李晓杰, 赵春风, 于娜, 罗宁
2012, 26(4): 462-468. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.016
摘要:
在爆炸气体动力学的基础上,利用特征线差分法,对飞板的运动规律进行研究。差分过程中,基于稳定爆轰的基本假设,根据二维定常流理论,推导了通用状态方程的特征线相容关系。利用爆轰气体密度取代特征线相容关系中的马赫数,导出了与物质物态无关的通用状态方程特征线法,编写了爆轰产物作用下飞板内部和边界的差分计算程序。利用该程序计算了飞板在TNT炸药和乳化炸药爆轰作用下的运动参数,研究了在不同质量比下TNT炸药和乳化炸药爆轰驱动飞板的抛掷姿态曲线,并与Richter公式计算结果进行了对比研究。
铅对粉末药型罩性能的影响
刘迎彬, 沈兆武, 刘天生, 胡晓艳
2012, 26(4): 469-474. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.017
摘要:
为了研究铅粉对钨铜粉末药型罩性能的影响,在钨铜药型罩原配方的基础上,添加5%~20%的铅粉进行实验研究。实验结果表明:添加铅粉可以减少粉末药型罩的孔隙度;随着铅粉添加量的增加,射流的侵彻深度和入口孔径均增加,当铅含量为10%~15%时,侵彻深度和入口孔径达到最佳值,侵彻深度可以提高30%,再添加铅粉,侵彻深度和入口孔径均随之下降。从粉末药型罩成型以及射流的形成、拉伸及侵彻靶板等方面,对造成这种现象的原因进行了详细分析,获得了铅对粉末药型罩性能影响的一些机理认识。研究结果为铅粉代替铋粉添加到钨铜粉末药型罩以提高其侵彻性能提供了一定的理论依据。
低温下JB-9014钝感炸药DSD参数研究
谭多望, 邹立勇, 张光升, 何智, 姜洋
2012, 26(4): 475-480. doi: 10.11858/gywlxb.2012.04.018
摘要:
爆轰冲击波动力学(Detonation Shock Dynamics,DSD)是目前研究爆轰波非理想传播的有效途径。利用DSD的广义几何光学模型,研究了大长径比药柱中爆轰波非理想传播现象,根据-30 ℃下直径为10~30 mm药柱的直径效应实验数据,利用遗传算法确定了低温下JB-9014钝感炸药的DSD参数。由DSD参数计算得到了JB-9014药柱中的定态波形和爆速,计算结果与实验结果符合。