2014年  28卷  第5期

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研究论文
高压对溶液中聚左旋乳酸单晶生长的影响
袁朝圣, 王征, 王永强, 朱祥, 杨坤, 程学瑞, 苏磊
2014, 28(5): 513-518. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.001
摘要:
采用高压技术实现了500 MPa下聚左旋乳酸(PLLA)在稀薄二甲苯溶液中的单晶生长,采用透射电子显微镜、拉曼光谱和红外光谱对样品的结晶形态和结构进行了表征,考察了高压对聚左旋乳酸单晶生长行为的影响。结果表明,在相同的结晶温度和时间下,高压结晶PLLA的单晶仍为-型晶体,但单晶尺寸明显大于常压样品;高压环境下PLLA分子链在晶核两端的生长扩散速率不同,容易形成非对称的菱晶形态;高压影响PLLA晶体中分子链的构象分布;在单晶生长期,高压诱导有利于PLLA晶体成核,但不利于单晶生长。
沟槽结构飞片的波剖面测量与数值模拟研究
何真, 刘寿先, 李泽仁, 赵锋
2014, 28(5): 519-524. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.002
摘要:
应用线、面结合激光速度干涉仪(VISAR)技术,对点爆散心爆轰产物驱动带沟槽飞片的自由面速度进行了实验测量,获得了飞片表面长12 mm的一条线上点的速度-时间历程,以及飞片起跳后1、3、5 s 3个特定时刻飞片表面10 mm范围内速度的二维分布。同时用LS-DYNA对实验模型进行了数值模拟,所得结果与实验测量结果符合较好,表现出线、面结合VISAR技术在研究非均匀材料动态响应上的应用潜力。
爆炸荷载下不同壁厚圆柱壳动力学行为的研究
陈勇, 纪冲, 龙源, 季茂荣, 高福银, 丁文
2014, 28(5): 525-532. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.003
摘要:
对爆炸荷载下圆柱壳的动力学行为进行了实验研究及数值模拟。将外径均为100 mm的3种壁厚的Q235钢质圆柱壳置于由TNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,系统分析了在不同装药高度及壳壁厚度参数条件下圆柱壳的冲击变形模式,即迎爆面局部凹陷变形模式(Mode Ⅰ)、迎爆面局部凹陷与壳整体弯曲变形耦合模式(Mode Ⅱ)、整体变形失效模式(Mode Ⅲ)及局部穿透与整体变形失效耦合模式(Mode Ⅳ)。采用LS-DYNA有限元程序及Lagrangian-Eulerian流固耦合算法,对圆柱壳的非线性动力响应过程进行了数值模拟,分析了圆柱壳的变形历程及最终残余变形的情况,计算结果与实验现象吻合较好。研究结论可为圆柱壳结构爆炸破坏分级及抗爆技术设计提供科学依据。
两种状态方程参数的计算
赵锋
2014, 28(5): 533-538. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.004
摘要:
在一定程度上,状态方程的形式与外推数据的置信度有直接影响,对于在高压下发生反应的材料,通过外推方式计算其未反应状态具有一定的意义。依据由Vinet以及Parsafar和Mason(简称P-M)等人提出的两种统一状态方程,对以其为等温压缩线的完全状态方程进行了研究。根据对热力学状态量的分析,从热压系数和定容比热入手,对完全状态方程的建立进行了讨论,给出了在已知物质等温线条件下构成状态方程的方法,并推导了Vinet和P-M两种表达式的完全状态方程形式。以几种材料为例,通过实验测量的冲击绝热线和有关参数,采用最小二乘法,对其状态方程进行了拟合。结果表明,由冲击绝热线拟合的状态方程与实验结果相吻合。
基于半隐式算法的反应欧拉方程数值计算
赵慧, 李健, 宁建国
2014, 28(5): 539-544. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.005
摘要:
在处理反应欧拉方程中源项所引起的刚性问题时,发展了一种IMEX(Implicit-Explicit)型Additive Runge-Kutta半隐式算法,此方法能够节省计算时间和内存;该算法对方程中的非刚性对流项进行显式计算,刚性源项则用半隐式格式计算。为了验证该算法的可行性,通过对典型的马赫反射、二维气相爆轰、爆轰波的传播和爆轰胞格结构进行了数值模拟。模拟结果表明:该算法能够很好地处理由源项引起的刚性问题,准确地反应马赫反射情况,且得到的胞格结构与实验结果十分吻合。
镧系氮化物压致结构相变的第一性原理计算
杨晓翠, 赵衍辉, 罗香怡, 肖俊平
2014, 28(5): 545-550. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.006
摘要:
利用基于密度泛函理论的第一性原理计算,得到了常压下镧系氮化物的晶格常数,以及在压力作用下镧系氮化物从NaCl型结构(B1)到CsCl型结构(B2)转变的压力。并把考虑电子自旋极化与不考虑电子自旋极化作用的计算结果进行了对比,分析了4f电子对镧系氮化物这些强关联体系的压致结构转变压力的影响。结果显示:5个镧系元素的氮化物(GdN、TbN、DyN、HoN和ErN)从B1相到B2相转变的压力与电子自旋极化作用关系很大,而其它镧系氮化物的相变压力与电子自旋极化作用的关系很小。
陶瓷复合靶板的抗侵彻模型
郭婷婷, 任会兰, 宁建国
2014, 28(5): 551-556. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.007
摘要:
为了研究陶瓷复合靶的抗侵彻性能,在陶瓷的空腔膨胀理论中,提出了一个表征陶瓷损伤的损伤因子。基于考虑损伤的陶瓷空腔膨胀理论和金属空腔膨胀理论,并忽略靶板侧向边界的影响,根据陶瓷材料和金属材料的特点,按照弹-靶交界面处材料的不同应力状态,分4种情况进行了讨论。分别求得了4种分区下的陶瓷靶板的抗侵彻阻力,分析了影响陶瓷靶板抗侵彻阻力的材料性质。结果表明:(1) 在陶瓷靶板的材料参数中,陶瓷失效后的压剪系数对靶板阻力的影响较大,而抗拉强度和抗压强度对靶板阻力的影响较小;(2) 当陶瓷靶板近似为一个无限大的靶板时,其裂纹区的相对尺寸及空腔膨胀压力是一个常数。
铝纤维炸药水下爆炸性能研究
林谋金, 马宏昊, 沈兆武, 范志强
2014, 28(5): 557-563. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.008
摘要:
将纯铝用熔喷法制成铝纤维添加到炸药中,得到新型非理想混合炸药,通过水中爆炸实验,测试不同位置铝纤维炸药的压力时程曲线。对压力时程曲线进行分析,计算得到水下不同位置铝纤维炸药的冲击波压力峰值、冲量、冲击波能和气泡能。结果表明:铝纤维炸药的压力时程曲线可采用指数函数与双曲线函数进行分段描述,而用正态分布函数拟合气泡脉动压力曲线的效果不理想;铝纤维炸药水下爆炸比气泡能与总能量的比值为52%~58%,说明向基体炸药RDX中添加铝纤维对总能量有影响;总能量与爆热的比值为75%~85%,小于理论近似值(100%),说明铝纤维炸药爆炸时铝纤维反应不完全且破碎铝纤维消耗了一定的能量。
双硬度靶对球形弹丸的防护性能
周楠, 王金相, 杨瑞, 谢君
2014, 28(5): 564-570. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.009
摘要:
以钢/铝双硬度爆炸焊接复合靶为研究对象,采用系列弹道实验和数值模拟方法,研究了其在球形弹丸垂直侵彻作用下的抗侵彻性能。侵彻实验利用直径为14.5 mm的滑膛枪发射直径为6 mm的钢质球形弹丸;采用LS-DYNA3D非线性有限元程序和有限元-光滑粒子流体动力学(FE-SPH)耦合法,进行数值模拟。基于实验和数值模拟结果,分析了不同靶板的毁伤机理和破坏模式,以及靶板厚度、强度等因素对复合靶抗侵彻性能的影响。结果表明:在球形弹丸的垂直侵彻作用下,钢面板发生剪切冲塞破坏,铝背板发生延性扩孔破坏;对于双层靶而言,钢面板与铝背板的厚度比约为2/3时,复合靶的抗侵彻性能最差;数值计算结果与实验结果吻合良好,表明FE-SPH耦合算法可较好地预测双层复合靶板的抗侵彻性能。
LiF单晶的高压折射率及窗口速度的修正
赵万广, 周显明, 李加波, 曾小龙
2014, 28(5): 571-576. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.010
摘要:
通过平板撞击实验,采用激光干涉测试技术,研究了1 550 nm波长下LiF单晶的高压折射率与窗口速度的修正关系,实验压力范围为38~124 GPa,拓展了现有1 550 nm波长下LiF单晶的高压折射率数据,给出了124 GPa压力范围内1 550 nm波长下LiF窗口速度的线性修正方程。研究结果可为分析冲击压缩实验中通过加窗激光多普勒探针测试技术获得的样品界面速度的数据提供参考。
粉尘云电火花最小点火能的统计分析
李磊, 刘庆明, 高克平, 汪建平
2014, 28(5): 577-584. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.011
摘要:
基于统计分析的Logistic回归模型,应用以概率表示粉尘云最小点火能的计算方法,在容积为1.28 L的Mike 3管内对不同浓度的烟酸粉尘-空气混合物进行了最小点火能测试实验,利用SPSS软件计算得到了各浓度下烟酸粉尘云点火成功概率为10%和50%时的最小点火能。结果表明,烟酸粉尘云最小点火能随浓度的增大呈现先减小后增大的趋势,最后保持在一定的能量范围内。与其他标准的计算结果相比,这种方法给出的结果更符合实际情况,也能满足不同生产环境对安全控制的需要。
爆轰法合成纳米氧化铈粒径的控制
韩志伟, 解立峰, 邓吉平, 王栋, 陈际洋, 解一超
2014, 28(5): 585-590. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.012
摘要:
为获得爆轰合成过程中纳米氧化铈粒径的控制方法,采用乳化炸药爆轰法合成了纳米氧化铈粉末,研究了乳化炸药基质中水相液滴的尺寸对乳化炸药爆速和纳米氧化铈粒径的影响。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)和激光粒度仪,对不同乳化条件下得到的乳化炸药基质和相应的纳米氧化铈进行表征。结果表明,乳化炸药基质中水相液滴的尺寸对乳化炸药爆速和纳米氧化铈粒径均有较大的影响,乳化炸药基质中水相液滴的尺寸越小,相应的乳化炸药爆速越高,爆轰合成的纳米氧化铈的粒径越小,且粒径分布越均匀。
炸药与不同材料之间摩擦系数的研究
赵继波, 李克武, 傅华, 赵锋
2014, 28(5): 591-596. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.013
摘要:
采用分离式霍普金森压剪杆装置,对GO-924炸药与铝合金、橡胶、GO-924炸药之间在不同冲击加载条件下的摩擦系数进行了研究,得到了炸药与不同材料界面间的摩擦系数随时间变化的曲线。结果表明:炸药与铝合金之间的动摩擦系数维持在0.166~0.176范围内,且不随冲击加载速率的变化而变化;炸药与橡胶之间的动摩擦系数在运动过程中不断增大,其数值与冲击加载速率相关;炸药与炸药之间的动摩擦系数在运动过程中先增大,达到峰值后迅速下降,分析认为这种现象与炸药内部产生损伤有关。
强流脉冲电子束作用下AISI 304L奥氏体不锈钢的微观结构与腐蚀性能
史子木, 张在强, 牛丽媛, 苏一畅, 季乐, 李光玉, 关庆丰
2014, 28(5): 597-603. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.014
摘要:
利用强流脉冲电子束(HCPEB)技术,对AISI 304L奥氏体不锈钢进行了表面辐照处理,详细考察了辐照前、后材料表面的微观结构和腐蚀性能。实验结果表明:经过HCPEB辐照后,材料表面的抗腐蚀性能有所改善|表面喷发形成熔坑实现清除夹杂物的净化作用,以及表面形成厚而致密的钝化膜可有效地阻碍点蚀,均是提高材料抗腐蚀性能不可忽视的因素。透射电子显微镜分析结果表明,HCPEB辐照材料表层时,诱发了大量的过饱和空位缺陷以及类型丰富且密度很高的线、面晶体缺陷,空位缺陷的凝聚形成了空位型位错圈和堆垛层错四面体等空位簇缺陷。这些缺陷有助于形成厚而致密的表面钝化膜,进而阻止阴离子穿过表面钝化膜,延迟腐蚀进程,提高受辐照材料的抗腐蚀性能。
硝化纤维素生成焓、键离解能及爆轰性能的理论研究
俞进阳, 陈利平, 朱卫华, 彭金华
2014, 28(5): 604-610. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.015
摘要:
运用密度泛函理论方法结合等键反应,研究了硝化纤维素(NC)单体的生成热及其不同位置上氧硝基键(ONO2)的键离解能,基于半经验的Kamlet-Jacobs方程估算了其爆速与爆压。结果表明:B3LYP和B3P86两种方法得到的计算结果较为接近,生成热均为负值,其大小与氧硝基的数目有关,与氧硝基的取代位置无关。理论计算得到的氧硝基键的键离解能与含氮量无关,而是与实际断裂的氧硝基键的数目相关。爆速和爆压的计算表明,NC单体中所含氧硝基的数量增多,会降低其爆速和爆压。
弹体材料性能对破片形成的影响
陈醇, 李伟兵, 王晓鸣, 李文彬, 刘汉鑫
2014, 28(5): 611-616. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.016
摘要:
为了获得弹体材料性能对破片形成的影响规律,应用破片战斗部设计软件,数值计算了82钢、50SiMnVB钢、40CrMnSiB钢及30CrMnSiNi2A钢等4种材料形成破片的情况,得到了4种材料形成的破片的飞散角、初速及质量分布的变化规律,并进行了破片质量分布的实验研究。结果表明,不同合金钢材料对形成的破片飞散角与初速的影响不大,且沿弹体轴向方向的变化规律相同,其中破片飞散角沿弹轴方向先减小后增大,破片的最大初速出现在距起爆点约72.5%圆筒长度处|但是对破片质量分布情况的影响较大,随着材料极限抗拉强度的增加和断裂韧性的降低,弹体破碎程度升高,总破片数增加了39.3%。
动态高压微射流改性可溶性大豆多糖对大米淀粉理化性质的影响
罗舜菁, 汪志宇, 刘成梅, 万婕, 钟业俊, 龚二生, 徐欣源
2014, 28(5): 617-624. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.017
摘要:
为考察改性可溶性大豆多糖(MSSPS)对大米淀粉(RS)理化性质的影响,采用动态高压微射流技术,分别在80、120、170 MPa的改性压力下,对可溶性大豆多糖(SSPS)进行了改性,得到了MSSPS。向多组RS中分别添加不同质量分数(5.0%,7.5%,10.0%和20.0%)的MSSPS和SSPS,研究其理化性质。结果表明:与SSPS组相比,MSSPS组RS的膨胀力、溶解度和透明度均有所提高;多糖改性压力对RS溶解度和透明度的影响尤为明显,当压力达到120 MPa后,溶解度显著提高(P<0.05),改性压力为170 MPa、质量分数为5.0%的MSSPS组,RS透明度可达6.1%,提高近33%;析水率和凝胶硬度则随着添加量和改性压力的增大而显著下降(P<0.05),表明MSSPS能显著提高RS的冻融稳定性,及改善储藏过程中RS的硬化等质构品质。用扫描电镜观察添加MSSPS前、后,4 ℃下老化7 d的RS冻干样品,显示其结构变化为:中空腔壁变薄,空腔变大,类似蜂窝状的结构增多,故从微观结构上证明了MSSPS能降低RS析水率,提高冻融稳定性。研究结果表明:MSSPS对RS理化性质有显著影响,可通过提高冻融稳定性、透明度等,改善淀粉的外观、可接受度和质构品质。
基于超临界流体技术制备葡萄糖脂质体的实验研究
陈淑花, 于驰, 陈理, 詹世平, 谢芳
2014, 28(5): 625-630. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.018
摘要:
脂质体由于其特殊的结构和性能,是一种很有发展潜力的药物载体,在医药和化妆品等行业具有广阔的应用前景。超临界逆向蒸发法是用超临界流体代替有机溶剂制备脂质体的方法,具有对水溶性药物脂质体制备过程简单、包覆率高等特点。以葡萄糖为模型药物,利用该方法制备出了葡萄糖脂质体,并详细考察了不同工艺条件对脂质体粒径和包覆率的影响。结果表明:用超临界逆向蒸发法可成功地制备出最小粒径为290 nm、包覆率最高可达41.3%的葡萄糖脂质体。压力、温度和平衡时间对粒径和包覆率都有较大的影响。压力在10~30 MPa时,随压力的增加,脂质体粒径显著减小至某一值后,基本趋于稳定,而包覆率逐渐增加,达到25.7%~27.5%,随后包覆率逐渐减小|温度在35~65 ℃时,随温度的增加粒径显著减小至最小值,然后逐渐增大,而包覆率一直增大,最高可达41.3%|平衡时间在15~45 min时,随平衡时间的增加,粒径相对稳定,而包覆率显著增加,超过45 min之后,粒径显著增加,包覆率显著下降。
超高压和热杀菌对草莓浊汁及清汁品质的影响
曹霞敏, 毕秀芳, 李仁杰, 董鹏, 胡小松, 廖小军
2014, 28(5): 631-640. doi: 10.11858/gywlxb.2014.05.019
摘要:
研究超高压(常温下,550 MPa,处理5 min)、热处理(中心温度90 ℃,处理1 min)及高温短时杀菌(110 ℃,处理8.6 s)对草莓浊汁和清汁品质的影响。结果表明:(1) 经超高压处理后,草莓浊汁的黏度、果胶含量和浊度无显著变化,悬浮稳定性显著增加;而热处理和高温短时杀菌处理后,浊汁的黏度和果胶含量显著减小,浊度增大,悬浮稳定性降低,但高温短时杀菌组好于热处理组;(2) 草莓浊汁和清汁经超高压处理后Vc分别损失11.09%和13.59%,而热烫结合超高压处理后分别损失7.75%和10.73%;热处理和高温短时杀菌组浊汁和清汁中Vc的损失率高于超高压组,分别为28.86%~38.89%和20.38%~29.02%;(3) 超高压处理对草莓浊汁和清汁的单体花色苷、聚合色度及总酚含量、DPPH和FRAP抗氧化活性没有显著影响;热处理和高温短时杀菌处理后草莓浊汁中的花色苷总量分别损失了3.89%~4.63%和7.46%~8.02%,而清汁中分别损失了5.97%~6.02%和8.09%~9.20%;聚合色度和聚合色度百分比增加,总酚含量无显著变化,抗氧化活性显著降低;(4) 超高压处理对草莓浊汁和清汁的亮度L*、红值a*、黄值b*、彩度C*及色调角hab均没有显著影响;而热处理和高温短时杀菌处理使L*值和a*值均显著减小。