2016年  30卷  第3期

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瓦斯爆炸作用下井口外部区域灾害分布特征
庞磊, 靳江红, 亢永, 吕鹏飞
2016, 30(3): 177-183. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.001
摘要:
瓦斯爆炸事故对井口外部区域存在破坏作用,增加了矿井配套基础设施及相关人员的事故风险。结合典型井下瓦斯爆炸事故案例,借助计算流体力学技术对煤矿立井内瓦斯爆炸及其灾害演化过程进行了系统研究,着重考查了井口外部区域冲击波超压和温度场的时空分布特征。研究表明,瓦斯爆炸对井口外部区域的主要危险源于沿水平方向传播的爆炸冲击波,其峰值超压及波及范围随瓦斯量的增加而逐渐增大,而井口外水平方向的高温灾害不明显。研究结论能够为煤炭工业场地平面布置、煤矿安全规程、风险评估及事故调查提供必要的参考依据。
铝合金刷电枢的电磁发射特性研究
赵月红, 张丹丹, 赵晓玲, 战再吉
2016, 30(3): 184-190. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.002
摘要:
电磁轨道发射过程中,电枢表面由于电流趋肤效应引起的电流集中会降低发射系统枢轨服役寿命。为抑制电流密度集中,实现电流分散,提出了一种新型铝合金刷电枢,并对其发射特性进行了研究。结果表明,在100~350 kA的发射试验中,刷电枢结构均保持完好。接触压力保持不变情况下,刷电枢的质量损失先随电流的增加而增大,到250 kA时达到峰值,随后呈逐渐减小的趋势。刷电枢质量损失与合金纤维直径有关,当其直径由0.1 mm提高到0.2 mm时,质量损失减小。选择合适的初始接触压力能够有效降低电枢质量损失,不同纤维直径的刷电枢对应不同的最佳初始压力。微观形貌观察结果表明,铝纤维损伤主要形式为机械磨损和电弧烧蚀。
二维骨料随机分布混凝土的动态力学性能数值模拟
刘海峰, 韩莉
2016, 30(3): 191-199. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.003
摘要:
将混凝土看成粗骨料和水泥砂浆组成的二相非均质复合材料。根据富勒级配曲线和瓦拉文平面转化公式,编写了二维圆形骨料随机分布程序,对混凝土在冲击荷载作用下的动力响应进行了数值模拟。分析冲击速度、试件尺寸、粗骨料大小及分布和粗骨料体积分数对混凝土动态力学性能的影响,讨论了混凝土的冲击破坏模式。数值模拟表明:混凝土的峰值应力随着冲击速度的增大而增大,具有明显的率效应;随着模型尺寸的增大而减小,表现出明显的尺寸效应;随着粗骨料体积分数增大,冲击荷载作用下混凝土的峰值应力呈现先增大后减小的趋势,粗骨料体积分数为40%时混凝土峰值应力最大;保持粗骨料最大粒径不变,随着粗骨料最小粒径的增大,混凝土的峰值应力逐渐减小;保持粗骨料最小粒径不变,随着粗骨料最大粒径的增大,混凝土的峰值应力呈现先增大后减小的趋势。数值模拟结果为混凝土的工程应用提供了理论依据和技术支撑。
Experimental Study on the Strain Law of the Thin-Walled Pipe in the Gas Explosion Process with Different Ignition Energies
Ning ZHOU, Ying GENG, Lei FENG, Chao LIU, Bing-Bing ZHANG
2016, 30(3): 200-206. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.004
摘要:
Ignition energy plays an important role in combustible gas pipeline explosion.The experiments utilized sensors and the data acquisition system to determine measuring point pressures and explore pressure wave effects on the dynamic response of the thin-wall in the closed pipe. This study investigates the characteristics of the methane-air premixed gas flame propagation under different ignition-energy conditions, and carries on preliminary analyses of the dynamic strain of the thin-walled pipe. The results show that the increase of the ignition energy gives rise to the increase of explosive intensity, the maximum peak pressure and the dynamic strain of the thin-wall pipe in the whole process.In addition, there is still a good consistency between dynamic strain signals and pressure wave signals.These findings can provide a theoretical support for preventing gas explosion accidents in pipelines.
Gaseous Detonation Synthesis of Carbon-Encapsulated Iron Nanoparticles
Hong-Hao YAN, Tie-Jun ZHAO, Xiao-Jie LI, Xiao-Hong WANG
2016, 30(3): 207-212. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.005
摘要:
Carbon-encapsulated iron nanoparticles were formed using a gaseous detonation method in a mixture of hydrogen and oxygen in which the powder and gaseous forms of ferrocene were used as the raw materials.X-ray diffraction and transmission electron microscopy analysis shows that using either of the two different states of ferrocene yields carbon-encapsulated iron nanoparticles.The encapsulated particles were composed of iron or iron-carbon compounds as the core, and the outer shell was mainly composed of graphitic carbon.The sizes of most spherical nanoparticles varied between 5 and 30 nm.When using gaseous ferrocene in the detonation, the particle size distribution was narrower, the thickness of the shell layer was more uniform, and the particles had a higher sphericity.Using the iron-carbon alloy phase diagram, an analysis of the mechanism for gaseous detonation synthesis of carbon-encapsulated iron nanoparticles was carried out.The magnetic hysteresis loops of carbon-encapsulated iron nanoparticles were analyzed, which exhibit the dual natures of hard magnetic and paramagnetic.
Numerical Study of the Data Processing Methods in SHPB Experiments
Jun-Hui ZHANG, Bing SHANG
2016, 30(3): 213-220. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.006
摘要:
Accurate measurement of the stresses and velocities at the boundaries of a dynamically loaded specimen may be obtained using split Hopkinson pressure bars (SHPB).However, the determination of a representative stress-strain curve based on these measurements can be challenging.According to the principle of SHPB technique, there are three groups of formulae to process the experimental data, and all the formulas are sensitive to time shifting.Due to transient effects and the error of time shifting, the stress-strain curves lack consistency.In order to solve the problem of time shifting, we introduce the three-wave mutual-checking method based on the conservation of momentum and the corresponding data processing program.It is shown that a more reliable stress-strain curve could be obtained using this method.In order to prove the correctness of this curve, numerical simulations of the SHPB experiments were performed.The results show that by using this program, the same result can be obtained by either the three-wave method or the two-wave method, and what matters more is that this method can avoid the error of time shifting which the traditional method cannot.
研究论文
爆轰波对碰加载下平面Sn材料动力学行为实验研究
陈永涛, 洪仁楷, 吴建华, 陈浩玉, 王晓燕
2016, 30(3): 221-226. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.007
摘要:
基于简易平面对碰加载实验装置,采用DPS测速和传统X光联合诊断技术,实验研究了Sn样品对碰区的动力学行为,给出了包含对碰区主体破碎物质的密度-空间分布数据和样品前表面微喷物质速度、分布宽度的关键信息的总体物理图像。该研究结果为后续爆轰波对碰加载下材料动力学行为实验中诊断技术的选择和解读,以及相关物理规律的认识提供了重要的实验依据。
激波及诱导的高速气流抛撒柴油油膜的实验研究
黄勇, 解立峰, 叶经方, 鲁长波, 安高军, 熊春华, 李永坚, 徐淳
2016, 30(3): 227-234. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.008
摘要:
采用立式激波管装置,研究了激波及诱导的高速气流抛撒4种柴油油膜的规律及其雾化过程。运用压力测试系统得到了激波作用油膜前后的压力、波速的变化,并通过阴影成像系统记录了油膜的抛撒情况。实验结果表明:马赫数约为1.12的激波作用4种油膜后激波均衰减为高速气流,并且黏度较小的1、2号油膜雾化效果较好,而黏度较大的3、4号油膜抛撒后呈液块、液丝状。黏度较小的油膜初始抛撒速度大,但抛撒速度衰减较快,而黏度较大的油膜对气动力的阻碍作用更大,所以初始抛撒速度较小,且抛撒的距离和速度随黏度的增大而减小。
汇聚型超高速发射装置的发射腔计算设计
王宇, 柏劲松, 王翔, 谭华, 李平
2016, 30(3): 235-241. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.009
摘要:
使用多介质流体高精度计算程序(MFPPM, Multi-Fluid Piecewise Parabolic Method)对汇聚型超高速发射装置的发射腔进行了计算设计。根据发射腔角度的不同,提出了3种改进的发射腔结构,计算研究了发射腔角度和TPX厚度对二级飞片速度、速度差异和击靶位置平面性的影响。计算结果表明:在3种TPX厚度以及击靶位置下,使用第2种发射腔结构发射出的二级飞片的平面性最好、速度最高、汇聚效果最强,但平面性范围最小,且二级飞片自由面速度差异变大,其平面性难以得到维持。
大尺寸密闭空间内甲烷-空气二元混合方法的改进与评定
樊保龙, 李斌, 白春华, 王博
2016, 30(3): 242-248. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.010
摘要:
气体混合过程在工业生产和科学研究领域是一个值得关注的课题。以大尺寸爆炸罐内的气体爆炸研究为背景,基于已有的10 m3爆炸罐的基本结构,设计并建立了适用于爆炸罐结构的进气装置,并以此为基础,研究了甲烷和空气在大尺寸密闭空间内的混合过程。根据气体混合效果的评判标准,通过实验确定了适用于爆炸罐的进气装置的具体尺寸参数及相关进气条件,并与未改进前的气体混合过程进行对比。结果表明:采用直管螺旋开孔的进气装置后,当开孔孔径为1.5 mm、孔间距为100 mm时,气体混合效果最好;当进气速率保持在8 m3/h、进气前罐体内外压差为0.04 MPa时,气体混合效果可以进一步优化。经改进之后,爆炸罐内的气体混合时间缩短为原来的1/12,且罐体内气体混合物的均匀度更高,满足气体爆炸实验的要求。此结果亦可为其他大尺寸密闭容器或空间的气体混合过程提供参考数据。
锥形弹丸超高速撞击防护屏的碎片云特性参数研究
刘先应, 盖芳芳, 李志强, 王志华
2016, 30(3): 249-257. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.011
摘要:
空间碎片在撞击航天器防护结构时会产生碎片云,而碎片云又将对航天器造成二次损伤,因此很有必要针对不同形状的空间碎片超高速撞击产生的二次碎片云特性进行研究。选取航空材料Al 2017-T4、Al 2A12作为弹丸和防护屏材料,采用非线性动力学分析软件AUTODYN-2D结合光滑质点流体动力学方法,对不同长径比的锥形弹丸分别以锥底和锥尖超高速正撞击单层防护屏薄板所产生的碎片云特性进行数值模拟,得到了碎片云的前端轴向速度、径向直径、轴向长度及穿孔直径等特性参数随弹丸撞击部位及长径比变化的规律。
高压下钼的声子色散的改进分析型嵌入原子法研究
张晓军, 王安祥, 高宾, 陈长乐
2016, 30(3): 258-264. doi: 10.11858/gywlxb.2016.03.012
摘要:
应用改进分析型嵌入原子法模型计算了不同高压下金属钼的原子力常数和动力学矩阵,重现了压强下金属钼沿[00ζ]、[0ζζ]和[ζζζ]3个高对称方向上声子色散的实验结果,预测了钼在压强分别为60、80和100 GPa时的声子色散曲线。结果表明:压强分别为0.1 MPa、17 GPa和37 GPa时金属钼的声子色散曲线的模拟结果和实验值符合较好,特别在低频附近二者几乎一致,而在布里渊区的边界点附近,两者在数值上略有差异;在压强分别为60、80和100 GPa时所预测的声子色散曲线和常压下声子色散曲线的形状都非常相似;高压下所有振动支的振动频率均高于常压下的振动频率,且振动频率随压强的增大而增大。