2017年  31卷  第4期

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研究论文
非静水压下材料强度对压力标定的影响
张强, 彭放, 刘冬琼, 樊聪, 梁浩, 管诗雪, 谭立洁
2017, 31(4): 353-357. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.001
摘要:
采用金刚石对顶砧压腔和同步辐射X射线衍射技术研究了非静水压下材料强度对压力标定的影响。实验中,在同一个高压腔中用Pt和Au作为压标进行压力标定比较。Pt标定腔内压力,分别将Au与β-SiC和NaCl粉末混合,压力均加载到50 GPa。结果表明:当使用β-SiC作为样品材料时,Pt标定的压力和Au标定的压力出现了比较大的差别;当使用NaCl作为样品材料时,Pt标定的压力和Au标定的压力十分接近。说明在非静水压下,样品材料强度对于压力标定有很大的影响。
二阶层级自相似四边形蜂窝动力压缩行为数值模拟
张越, 李世强, 王志华, 吴桂英
2017, 31(4): 358-363. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.002
摘要:
运用ABAQUS对在冲击载荷作用下二阶自相似四边形蜂窝面外方向的动态压缩行为进行了数值模拟,分析了其在冲击载荷作用下的动态压缩过程,并对孔径尺寸、冲击速度和基体材料屈服强度对其压缩模式及应力-应变关系的影响进行了研究。数值模拟表明:孔径较小的二阶自相似四边形层级蜂窝在冲击载荷作用下更易出现整体坍塌的压缩失效模式;随着基体材料屈服强度增大,平台应力值随之增加,但对平台长度没有影响;随着冲击速度的增加,冲击端平台应力值和平台长度都有所增加。
应变率和孔隙率对规则多孔钛压缩力学性能的影响
王婧, 任会兰, 申海艇, 宁建国
2017, 31(4): 364-372. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.003
摘要:
采用普通材料测试机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对孔隙规则排布的多孔钛试样进行准静态及动态单轴压缩实验,研究了应变率和孔隙率对多孔钛材料弹性模量、屈服强度和能量吸收能力的影响。结果表明:在不同应变率下,规则多孔钛应力-应变曲线在特定区域均可近似为双线性模型;孔隙率对弹性模量、屈服强度和能量吸收能力有直接影响,屈服强度和能量吸收能力均与应变率相关,并给出了同时考虑孔隙率和应变率对屈服强度影响的经验公式。
应变率和孔隙率对规则多孔钛压缩力学性能的影响
王婧, 任会兰, 申海艇, 宁建国
2017, 31(4): 364-372. doi: 10.11858/gywlxb.2017.00.003
摘要:
采用普通材料测试机和分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对孔隙规则排布的多孔钛试样进行准静态及动态单轴压缩实验,研究了应变率和孔隙率对多孔钛材料弹性模量、屈服强度和能量吸收能力的影响。结果表明:在不同应变率下,规则多孔钛应力-应变曲线在特定区域均可近似为双线性模型;孔隙率对弹性模量、屈服强度和能量吸收能力有直接影响,屈服强度和能量吸收能力均与应变率相关,并给出了同时考虑孔隙率和应变率对屈服强度影响的经验公式。
拉伸载荷下含孔复合材料层合板的力学性能及失效机理
朱浩, 郭章新, 宋鲁彬, 王志华, 李永存
2017, 31(4): 373-381. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.004
摘要:
采用有限元软件ABAQUS,基于前人提出的失效准则,通过引入纤维损伤因子和基体损伤因子并编制用户材料子程序UMAT,建立了含孔复合材料层合板的三维渐进损伤破坏模型。利用该损伤破坏模型,研究了在轴向拉伸载荷作用下不同圆孔直径和铺层角度的复合材料层合板的纤维和基体的渐进损伤失效过程及规律。结果表明:不同铺层角度条件下,纤维和基体的损伤失效差别较大;圆孔直径和铺设角度对含孔复合材料层合板的失效破坏载荷的影响十分显著,而铺设顺序和开孔位置对失效破坏载荷的影响较小。建立的失效破坏模型能有效地分析层合板的渐进失效破坏过程,为层合板的工程应用和设计提供有益的参考。
不同载荷下TA2钛合金柱壳爆炸碎裂的实验研究
潘顺吉, 俞鑫炉, 董新龙
2017, 31(4): 382-388. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.005
摘要:
金属柱壳外爆的膨胀碎裂过程及机理十分复杂,与多个因素有关。对TA2钛合金柱壳在不同装药爆炸驱动下的膨胀碎裂开展实验研究,探讨载荷特性对金属柱壳变形、碎裂过程及碎片特征的影响。结果显示:在较高爆炸压力作用下,柱壳厚度方向的中间部位首先形成损伤带,碎裂破坏从该处起始向内、外表面扩展,且随着载荷脉宽的减小,试样厚度中部的损伤带却更趋严重,试样外表面产生层裂破坏现象;在较低爆压下,断裂裂纹从内壁起始,沿45°或135°方向剪切扩展,断裂机制与较高爆压下不同。分析认为,不同特性爆炸冲击波来回反射、相互作用会导致不同机制竞争,影响柱壳断裂起始、裂纹扩展过程及模式。
二茂铁质量对气相爆轰法合成碳纳米管的影响
杨瑞, 李晓杰, 闫鸿浩, 孔令杰
2017, 31(4): 389-395. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.006
摘要:
以甲烷和氧气作为爆源,二茂铁为前驱体,探究了不同前驱体质量对所合成的碳纳米管的影响。利用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)等手段对碳纳米管的形貌和结构进行表征,结果发现:当二茂铁量较少时,只有碳包覆铁纳米颗粒存在;随着二茂铁质量的增加,逐渐有碳纳米管生成,其管径大多分布在10~50 nm之间,为多壁碳纳米短管。随着前驱体质量的增加, 碳纳米管的石墨化程度提高,结构缺陷也变少。通过对合成产物的热重分析可得,气相爆轰法所制备的碳纳米管具有强烈吸氧性,所得样品中碳纳米管的质量分数为26%左右。
高压固氩物态方程的量子理论计算
郑兴荣, 陈海军, 高晓红, 李继弘, 宋小永
2017, 31(4): 396-402. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.007
摘要:
基于第一性原理,运用ab initio超分子单、双(三)重激发耦合簇理论(CCSD(T))和aug-cc-pVQZ基矢,精确计算了fcc晶体固氩在最近邻原子间距R=0.20~0.39 nm时的两体、三体和四体结合能,零点振动能及物态方程。结果表明:固氩的多体势对结合能的贡献在高压区域是一正负交叉级数;零点振动能占多体相互总能的比例较小,但不可忽略;在高压区域,只考虑两体势时对固氩的压缩特性表现过硬,加入三体势后与实验结果在60 GPa内完全吻合,考虑到四体势后对整个实验区间0~114 GPa内做出令人满意的描述,且在压强达到114 GPa时与实验值相差约3 GPa,吻合程度达到97%。最后,通过与密度泛函理论的局域密度近似和广义梯度近似方法比较发现,泛函理论(DFT)只有在50~114 GPa范围内与实验值符合较好,不如本研究所采用方法适用的压强范围宽。
多壁碳纳米管的爆轰改性
赵铁军, 闫鸿浩, 李晓杰, 王洋
2017, 31(4): 403-408. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.008
摘要:
为研究爆轰反应对多壁碳纳米管(MWCNTs)形貌与物相的影响,将按一定质量配比制备的MWCNTs混合炸药在密闭的反应釜内引爆,并利用透射电镜和X射线衍射仪对爆轰前、后MWCNTs的形貌与物相分别进行了表征。结果发现:MWCNTs的质量分数在30%~40%时,混合炸药能够顺利起爆,并可收集到大量的样品;爆轰反应后,MWCNTs的形貌与物相发生了巨大变化,由管状结构变成以碳片、碳棒、碳球为主的结构,并有明显的团聚现象;有少量MWCNTs依附于碳片等结构边缘;样品以不定型碳为主,其石墨化程度远低于初始MWCNTs,并随着MWCNTs质量比的增大,样品的石墨化程度增大。
Influence of Bend Structure on Air ShockwaveGenerated from Gas Explosion in theStraight Tunnel before the Bend
PANG Lei, LIU Hai-Ying, XIA Deng-You, LÜ Peng-Fei
2017, 31(4): 409-418. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.009
摘要:
The bend structure is one of the most basic building elements of a coal tunnel.A good understanding of its influence on the gas explosion is essential for estimating the tunnel's blast resistance and thus for optimizing the tunnel's design.In the present work, we studied the influence of the bend structure on shockwaves in the straight tunnel before and at the bend under premixed methane-air explosion using numerical simulations.The shockwave propagation in the straight tunnel before the bend was analyzed.For a one-bend tunnel, the closer to the bend, the more obvious the difference between the impulse at this location and that at the same location in a straight tunnel.For tunnels with different bend angles, the larger the bend angle, the greater the change in the impulse compared with that at the corresponding location in a straight tunnel.Based on the influence of the reflected shockwave on the original shockwave in the straight tunnel before the bend, the relation of the critical scaled distance with the bend angle was established.At the bend, as the bend angle increases, the impulse here increases, and its increase percentage compared with that at the corresponding location in a straight tunnel changes as well, whose relation was also proposed.
内爆磁通量压缩过程的一维磁流体计算及分析
陆禹, 谷卓伟
2017, 31(4): 419-425. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.010
摘要:
在一维内爆磁流体力学编码MC11D的基础上,引入了解析形式的状态方程组。利用改造后的编码对样品为铜材料的柱面内爆磁通量压缩实验进行了模拟,得到了样品管内壁的速度历史,材料的p-V关系曲线以及温升曲线。与原编码利用列表式状态方程数据库计算的结果比较,由两种状态方程模拟得到的速度曲线符合程度很好,所得p-V曲线的最大相对偏差为6.6%,温升曲线基本吻合,且模拟的速度曲线与实验结果符合较好。通过对MC11D编码的改造,拓展了其应用范围,使其可对未包含于现有列表式状态方程数据库中的材料进行模拟,为实验结果分析及数据处理提供了一种方法。
高应变率变形图像去模糊及数字图像相关测量
郭翔, 李玉龙, 索涛, 刘慧芳, 张超
2017, 31(4): 426-432. doi: 10.11858/gywlxb.2017.00.011
摘要:
针对材料高应变率动态变形中的高速运动模糊图像,提出了一种基于加载分析的点扩散函数去模糊方法,通过对模糊像素进行卷积,有效地去除了试件高速变形过程中所产生的运动模糊。通过霍普金森杆加载实验验证了该方法的有效性,与原始模糊图像的对比表明,该方法可有效地恢复运动模糊图像,从而提高数字图像相关测量的准确性和稳定性。
装药结构对固体火箭发动机烤燃温度分布的影响
杨筱, 智小琦, 杨宝良, 李娟娟
2017, 31(4): 433-442. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.012
摘要:
为研究装药结构对固体火箭发动机烤燃特性的影响,以装填HTPE推进剂的固体火箭发动机为研究对象,建立了复合、单孔管形及星孔形3种装药结构的固体发动机烤燃模型。以1和2℃/min的升温速率对小尺寸HTPE推进剂烤燃试样进行烤燃实验,以实验结果为基础,修正了推进剂材料参数。利用Fluent软件对3种装药结构在不同升温速率(β)下的烤燃行为进行了数值模拟。结果表明:装药结构对固体火箭发动机的烤燃响应时间、点火点和快/慢速烤燃的划分都有影响; 星孔形装药会导致点火点出现跳跃性变化的临界升温速率效应,而单孔管形装药不存在此现象。在本研究条件下,包含星孔段的复合装药发动机的临界升温速率为0.2℃/min,星孔形装药发动机的临界升温速率为0.3和0.5℃/min,即当0.3℃/min≤β≤0.5℃/min时点火点发生跳跃变化。
水下爆炸强冲击波与平板结构相互作用的理论分析方法
罗泽立, 周章涛, 毛海斌, 刘建湖
2017, 31(4): 443-452. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.013
摘要:
针对水下爆炸一维强冲击波与平板结构的瞬态流固问题开展研究,综合考虑流体和结构材料的可压缩性,引入状态方程建立强冲击波在板表面反射后的波阵面参数关系,得到板表面的反射系数。然后依据动量守恒定律建立平板的运动方程,求解得到板表面的壁压及板的速度时程,形成了水下爆炸强冲击波与平板结构相互作用的理论分析方法。在此基础上给出了强冲击波与平板相互作用的冲量传递比近似估算公式。最后开展平板结构的近距及接触水下爆炸实验,并结合数值计算对理论方法进行验证。结果表明,建立的理论方法与实验及数值模拟结果吻合良好,为水下近距爆炸强冲击波与结构的相互作用分析提供了理论基础。
聚能装药水下爆炸冲击波载荷规律
王长利, 周刚, 马坤, 陈春林, 赵南, 冯娜
2017, 31(4): 453-461. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.014
摘要:
对聚能装药水下爆炸近区压力分布进行了实验研究,将其结果与数值计算结果进行比较,验证了计算模型及方法的可靠性;利用数值计算方法研究了聚能装药水下爆炸冲击波的分布规律、不同装药形式冲击波的传播以及能量的分布。结果表明:水中近场冲击波具有较强的不均匀性,侵彻体前端的水介质中有较强的压力扰动,对正向冲击波有增强作用,等压线呈不规则形状,近场冲击波阵面呈“梨形”演化。
环型聚能装药侵彻靶板能力多因素分析
马焱, 赵捍东, 黄鑫
2017, 31(4): 462-468. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.015
摘要:
环型聚能装药结构参数与其侵彻靶板能力间的关系难以用精确的数学函数表达,因此利用灰色关联理论建立描述该关系的模型是有意义的。首先采用灰色关联度理论对正交试验数据进行初步处理分析,将多目标问题转化为单目标问题,得到各结构参数与侵彻靶板能力的灰色关联度;然后应用基于支持向量机回归、粒子群优化、遗传算法等参数寻优算法的支持向量机(SVM)网络回归模型对灰色关联度进行预测,从而实现对环型聚能装药侵彻靶板能力的计算。结果表明,使用基于遗传算法参数寻优的SVM网络回归模型拟合精度最高,该模型可以很好地描述正交试验中环型聚能装药结构参数与侵彻靶板能力间的关系。最后选用正交试验外的一组数据,应用LS-DYNA对该结构参数下的环型聚能装药侵彻靶板过程进行仿真,并将仿真试验数据与SVM网络回归模型的预测值作比较,验证了该模型的可靠性。
焊接薄壁弹体侵彻多层钢筋混凝土靶实验研究
戴湘晖, 段建, 周刚, 初哲, 王可慧, 古仁红, 李虎伟, 杨慧, 李鹏杰, 刘恒泽
2017, 31(4): 469-477. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.016
摘要:
为研究焊接薄壁侵彻弹体的技术可行性,进行了有限元数值仿真,并参考数值仿真结果设计了一组对比实验,利用100mm口径滑膛炮作为发射平台,开展了焊接薄壁弹体侵彻多层钢筋混凝土靶实验。通过实验对比分析了4种不同焊接薄壁弹体的结构响应和靶板破坏情况,优选出了较佳的头部焊接工艺和位置,并对尾部连接方式的强度进行了考核。研究结果可为焊接薄壁弹体的结构设计提供参考。
冲击引发Ti-Si活性粉体反应过程研究
崔乃夫, 陈鹏万, 周强, 周丙丙
2017, 31(4): 478-485. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.017
摘要:
采用二级轻气炮驱动飞片高速冲击样品管引发管中Ti-Si活性粉体的自蔓延反应,研究在冲击加载条件下,Ti-Si活性粉体中冲击波速度与燃烧反应速度的关系。在实验过程中,采用高速相机对自蔓延反应过程中燃烧波和冲击波的传播速度进行测量。实验结果表明:冲击波在活性粉体中的传播速度接近飞片运动的初始速度,并且随着传播距离的增加,冲击波速度明显减小,这一现象在冲击加载纯Si粉的过程中也得到验证;在冲击加载条件下,活性粉体中燃烧反应的燃烧波以每秒几厘米的速度传播,与冲击波在活性粉体中的传播速度相差巨大,未发现两者相互作用的过程,即未出现冲击波传播速度增加的现象。
一体式多爆炸成型弹丸的成型及侵彻性能
曹明阳, 王金相, 郝春杰, 宋海平, 张亚宁, 周莲, 周楠, 唐奎
2017, 31(4): 486-493. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.018
摘要:
为了提高一体式多爆炸成型弹丸(MEFP)的成型效果及侵彻能力,通过数值模拟分析了药型罩形状及壁厚、壳体厚度、起爆方式、破片支架对其成型及速度的影响,在此基础上给出了一种一体式MEFP战斗部,通过实验验证了该一体式MEFP战斗部结构的成型、散布特征及侵彻性能。结果表明:该战斗部可形成17枚聚能杆式弹丸(JPC),且单个JPC形状、飞行方向稳定,飞散角为14.5°,与实验结果14.8°吻合良好;该MEFP战斗部可对12mm厚的603装甲钢靶板造成有效毁伤。
超高压处理对冷藏鲈鱼片品质及组织结构变化的影响
赵宏强, 吴金鑫, 张苑怡, 蓝蔚青, 刘书成, 孙晓红, 谢晶
2017, 31(4): 494-504. doi: 10.11858/gywlxb.2017.04.019
摘要:
为研究超高压处理对冷藏鲈鱼片品质及组织结构变化的影响,将新鲜鲈鱼片经不同超高压(200、250、300MPa,保压时间9min)处理后,置于4℃条件下贮藏。分别于0、4、8、11、13、15d进行样品的理化指标(pH值、硬度、持水力、硫代巴比妥酸(TBA)值、挥发性盐基氮(TVB-N)值)和微生物指标(菌落总数)测定,并结合低场核磁共振技术表征其水分迁移状态,辅以外观及微观结构观察,进行指标间的相关性分析,以综合评价超高压处理对冷藏鲈鱼片品质及组织结构变化的影响。结果显示:随着贮藏时间的延长,样品的pH值呈先降后升的变化趋势,压力大小与pH值变化正相关,与硬度值、持水力负相关;超高压处理能抑制样品的TBA值、TVB-N值及菌落总数的上升,压力越高,抑制效果越显著。低场核磁共振技术结合持水力数据显示:超高压处理后鱼肉水分迁移变化明显;随着压力的增大,鱼肉样品表面呈乳白色,蒸煮效果显著。观察样品肌肉组织的微观结构得出,经超高压处理后,鱼体肌肉组织变得模糊,肌纤维结构紧致无序,其中300MPa处理组样品呈明显凝胶状。超高压处理能抑制样品的脂肪氧化和微生物生长,但会对样品外观、色泽及持水力产生不利影响。进行指标间的相关性分析得到,TVB-N、TBA值和菌落总数能作为判断鲈鱼鲜度的重要指标。比较各组别间的结果差异性,以250MPa、9min超高压处理的综合评价效果相对较好,能使鲈鱼片的冷藏货架期至少延长4d。