2018年 32卷 第5期
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2018, 32(5): 050101.
doi: 10.11858/gywlxb.20180587
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引证文献
摘要:
针对近二十多年的氢氘物态方程理论研究工作进行了综述分析，结合本课题组改进的自由能模型、直接量子蒙特卡洛和量子分子动力学方法的模拟结果，对多个研究小组采用不同方法获得的氢氘宽区物态方程数据进行了定量评估分析。结果表明：在当前理论框架下，仅基于第一原理数值模拟得到的氢氘物态方程能够描述的热力学相空间有限；多模型集成的H-REOS.3数据库在105 K以下温度与数值模拟结果的相对差别较大，且数据稀少，二者均不能满足工程应用需求。建议采用基于半经验模型的宽区域物态方程研究方法，即结合高精度的实验研究、数值模拟和解析模型，构建满足工程应用需求的氢氘宽区实用物态方程。
针对近二十多年的氢氘物态方程理论研究工作进行了综述分析，结合本课题组改进的自由能模型、直接量子蒙特卡洛和量子分子动力学方法的模拟结果，对多个研究小组采用不同方法获得的氢氘宽区物态方程数据进行了定量评估分析。结果表明：在当前理论框架下，仅基于第一原理数值模拟得到的氢氘物态方程能够描述的热力学相空间有限；多模型集成的H-REOS.3数据库在105 K以下温度与数值模拟结果的相对差别较大，且数据稀少，二者均不能满足工程应用需求。建议采用基于半经验模型的宽区域物态方程研究方法，即结合高精度的实验研究、数值模拟和解析模型，构建满足工程应用需求的氢氘宽区实用物态方程。
2018, 32(5): 051101.
doi: 10.11858/gywlxb.20180511
2018, 32(5): 051201.
doi: 10.11858/gywlxb.20180599
摘要:
地球在形成之初处于熔融状态，随着时间的推移，地球表面的岩浆不断冷却、凝固，发展成现在的圈层结构，并且地球物质的冷却及液-固转变依然在持续。通过对地震发生后地球日长变化进行统计分析，发现总体上地震后地球自转速率加快。分析认为，这一现象是由于地幔部分岩浆冷却凝固使地壳岩石圈下部体积塌缩所致。由此，建立了一个地壳动力学模型，以解释地壳各板块间的相互作用和相对运动，并且认为地震等地质活动的动力学成因主要是地球内部熔体持续凝固所导致的地壳下部体积收缩、压力减小，在重力作用下，构成地壳的各板块之间的相互作用加剧，原有力学结构失稳，发生大规模岩层错位、断裂，从而引起地震、火山爆发等剧烈的地质活动。通过建立热学模型和力学模型，验证了上述观点。
地球在形成之初处于熔融状态，随着时间的推移，地球表面的岩浆不断冷却、凝固，发展成现在的圈层结构，并且地球物质的冷却及液-固转变依然在持续。通过对地震发生后地球日长变化进行统计分析，发现总体上地震后地球自转速率加快。分析认为，这一现象是由于地幔部分岩浆冷却凝固使地壳岩石圈下部体积塌缩所致。由此，建立了一个地壳动力学模型，以解释地壳各板块间的相互作用和相对运动，并且认为地震等地质活动的动力学成因主要是地球内部熔体持续凝固所导致的地壳下部体积收缩、压力减小，在重力作用下，构成地壳的各板块之间的相互作用加剧，原有力学结构失稳，发生大规模岩层错位、断裂，从而引起地震、火山爆发等剧烈的地质活动。通过建立热学模型和力学模型，验证了上述观点。
2018, 32(5): 051202.
doi: 10.11858/gywlxb.20170698
摘要:
BiFeO3是少数在室温下同时具有铁电有序和铁磁有序的多铁材料之一。BiFeO3在室温下呈扭曲的三方钙钛矿结构，满足R3c空间群。通过六面顶大压机在高温高压下合成纯的BiFeO3粉晶，并结合高压拉曼光谱测试技术，得到了0~44 GPa压强下BiFeO3的拉曼光谱。结果表明：随着压强的增加，低波数的拉曼峰逐渐向高波数迁移并展宽，位于145、177和231 cm-1的拉曼峰强度逐渐减弱。第一次相变发生在5 GPa左右，位于145 cm-1左右的拉曼峰消失，与此同时在217 cm-1左右出现新的拉曼峰。当压强增加到11 GPa时，明显观察到位于340 cm-1左右的拉曼峰出现，而低波数（< 200 cm-1）的拉曼峰则全部消失，标志BiFeO3发生第二次相变，转为正交晶系的Pnma结构。压强增加到38 GPa时，BiFeO3发生第三次相变，位于340 cm-1左右的拉曼峰消失，谱线上不存在明显的拉曼峰，BiFeO3可能由正交晶系的Pnma结构转变为Pnmm结构或高对称的立方晶系结构。
BiFeO3是少数在室温下同时具有铁电有序和铁磁有序的多铁材料之一。BiFeO3在室温下呈扭曲的三方钙钛矿结构，满足R3c空间群。通过六面顶大压机在高温高压下合成纯的BiFeO3粉晶，并结合高压拉曼光谱测试技术，得到了0~44 GPa压强下BiFeO3的拉曼光谱。结果表明：随着压强的增加，低波数的拉曼峰逐渐向高波数迁移并展宽，位于145、177和231 cm-1的拉曼峰强度逐渐减弱。第一次相变发生在5 GPa左右，位于145 cm-1左右的拉曼峰消失，与此同时在217 cm-1左右出现新的拉曼峰。当压强增加到11 GPa时，明显观察到位于340 cm-1左右的拉曼峰出现，而低波数（< 200 cm-1）的拉曼峰则全部消失，标志BiFeO3发生第二次相变，转为正交晶系的Pnma结构。压强增加到38 GPa时，BiFeO3发生第三次相变，位于340 cm-1左右的拉曼峰消失，谱线上不存在明显的拉曼峰，BiFeO3可能由正交晶系的Pnma结构转变为Pnmm结构或高对称的立方晶系结构。
2018, 32(5): 051301.
doi: 10.11858/gywlxb.20180524
摘要:
为了获得未反应JB-9014炸药的Grüneisen参数Γ，在火炮加载平台上对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。实验中，将炸药样品安装于两个铜板之间，两个PVDF压力计分别安装在炸药样品前表面和中部，记录两个位置处的压力随时间的变化历程；将圆形铜板作为飞片安装于弹托前表面，利用火炮加速弹托，使飞片以一定速度撞击样品装置前铜板，前铜板中产生右行冲击波对炸药样品形成一次压缩；随后冲击波在炸药样品/后铜板交界面发生反射，产生左行冲击波对炸药样品形成二次压缩。假设炸药样品的Grüneisen参数Γ为常数，计算不同Γ值下炸药样品前表面和中部压力随时间的变化历程，将不同Γ下的计算值与实验值进行对比，获得了JB-9014钝感炸药Grüneisen参数的最优值，为1.7。
为了获得未反应JB-9014炸药的Grüneisen参数Γ，在火炮加载平台上对JB-9014炸药进行一维平面冲击实验。实验中，将炸药样品安装于两个铜板之间，两个PVDF压力计分别安装在炸药样品前表面和中部，记录两个位置处的压力随时间的变化历程；将圆形铜板作为飞片安装于弹托前表面，利用火炮加速弹托，使飞片以一定速度撞击样品装置前铜板，前铜板中产生右行冲击波对炸药样品形成一次压缩；随后冲击波在炸药样品/后铜板交界面发生反射，产生左行冲击波对炸药样品形成二次压缩。假设炸药样品的Grüneisen参数Γ为常数，计算不同Γ值下炸药样品前表面和中部压力随时间的变化历程，将不同Γ下的计算值与实验值进行对比，获得了JB-9014钝感炸药Grüneisen参数的最优值，为1.7。
2018, 32(5): 053201.
doi: 10.11858/gywlxb.20180528
2018, 32(5): 053301.
doi: 10.11858/gywlxb.20180564
摘要:
以氧化镁（MgO）和氧化钴（CoO）为初始材料，利用固相反应方法，经8 h的混料、200 MPa的预压以及在空气氛围下1 200℃的烧结等步骤，成功制备出钴的摩尔分数为9%的氧化镁传压介质（MgO+9% CoO）。采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜以及热重分析仪对样品进行表征，结果表明：在烧结过程中混合粉料之间发生了反应，金属离子相互交换，钴离子取代MgO晶格中的部分镁离子，从而形成MgO-CoO固溶体。与目前国产MgO传压介质（MgO+10% Na4SiO4（质量分数））相比，实验制备的钴掺杂MgO传压介质不含杂质，高温高压下更稳定，并且温度发生效率更高。
以氧化镁（MgO）和氧化钴（CoO）为初始材料，利用固相反应方法，经8 h的混料、200 MPa的预压以及在空气氛围下1 200℃的烧结等步骤，成功制备出钴的摩尔分数为9%的氧化镁传压介质（MgO+9% CoO）。采用X射线粉末衍射仪、扫描电子显微镜以及热重分析仪对样品进行表征，结果表明：在烧结过程中混合粉料之间发生了反应，金属离子相互交换，钴离子取代MgO晶格中的部分镁离子，从而形成MgO-CoO固溶体。与目前国产MgO传压介质（MgO+10% Na4SiO4（质量分数））相比，实验制备的钴掺杂MgO传压介质不含杂质，高温高压下更稳定，并且温度发生效率更高。
2018, 32(5): 054101.
doi: 10.11858/gywlxb.20180514
摘要:
为了实现侵彻体对多层靶板的高效毁伤，采用数值模拟方法研究了分段式横向效应增强体（PELE）对4层金属靶的侵彻效应，获得了弹体侵彻速度和靶板厚度对弹体终点效应的影响。结果表明，分段PELE弹侵彻4层靶的靶后效果优于普通PELE弹。与金属杆相比，分段PELE弹侵彻多层靶后的弹孔直径更大。弹丸贯穿各层靶板后壳体的径向速度峰值随着靶板厚度的增加而增大，而壳体破碎长度并不随之线性变化。提高弹丸侵彻速度时，弹丸穿过第1层靶板后壳体破碎长度的变化趋势与径向速度峰值的变化相似，穿过第2层和第3层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值在侵彻速度为1.4 km/s时达到极大值，随后下降，而穿过第4层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值随着初速度的增加而增大。
为了实现侵彻体对多层靶板的高效毁伤，采用数值模拟方法研究了分段式横向效应增强体（PELE）对4层金属靶的侵彻效应，获得了弹体侵彻速度和靶板厚度对弹体终点效应的影响。结果表明，分段PELE弹侵彻4层靶的靶后效果优于普通PELE弹。与金属杆相比，分段PELE弹侵彻多层靶后的弹孔直径更大。弹丸贯穿各层靶板后壳体的径向速度峰值随着靶板厚度的增加而增大，而壳体破碎长度并不随之线性变化。提高弹丸侵彻速度时，弹丸穿过第1层靶板后壳体破碎长度的变化趋势与径向速度峰值的变化相似，穿过第2层和第3层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值在侵彻速度为1.4 km/s时达到极大值，随后下降，而穿过第4层靶板后壳体破碎长度和径向速度峰值随着初速度的增加而增大。
2018, 32(5): 054102.
doi: 10.11858/gywlxb.20180502
摘要:
基于Donnell壳体理论和经典板壳理论，利用Hamilton变分原理得到轴向荷载作用下材料属性呈幂律分布的功能梯度材料圆柱壳的动力屈曲控制方程。根据圆柱壳周向连续性设出径向位移的函数表达，利用分离变量法求解得到功能梯度材料圆柱壳在轴向荷载作用下的动力屈曲临界荷载的解析表达式和屈曲解。利用MATLAB软件编程计算，讨论了径厚比、梯度指数、环向模态数、轴向模态数等对功能梯度材料圆柱壳动力屈曲临界荷载的影响。结果表明：圆柱壳的临界荷载随临界长度的增加而减小；冲击端为夹支的临界荷载比冲击端为简支的临界荷载大，说明约束条件对临界荷载有较大影响；圆柱壳的临界荷载随着模态数的增加而增大，说明临界荷载越大，高阶模态越易被激发；屈曲模态图随着模态数的增加而复杂化。
基于Donnell壳体理论和经典板壳理论，利用Hamilton变分原理得到轴向荷载作用下材料属性呈幂律分布的功能梯度材料圆柱壳的动力屈曲控制方程。根据圆柱壳周向连续性设出径向位移的函数表达，利用分离变量法求解得到功能梯度材料圆柱壳在轴向荷载作用下的动力屈曲临界荷载的解析表达式和屈曲解。利用MATLAB软件编程计算，讨论了径厚比、梯度指数、环向模态数、轴向模态数等对功能梯度材料圆柱壳动力屈曲临界荷载的影响。结果表明：圆柱壳的临界荷载随临界长度的增加而减小；冲击端为夹支的临界荷载比冲击端为简支的临界荷载大，说明约束条件对临界荷载有较大影响；圆柱壳的临界荷载随着模态数的增加而增大，说明临界荷载越大，高阶模态越易被激发；屈曲模态图随着模态数的增加而复杂化。
2018, 32(5): 054201.
doi: 10.11858/gywlxb.20180512
2018, 32(5): 054202.
doi: 10.11858/gywlxb.20180527
2018, 32(5): 054203.
doi: 10.11858/gywlxb.20180521
摘要:
帽型梁结构作为汽车前纵梁主要部件，其轴向冲击变形模式和吸能特性是汽车被动安全设计的主要参考指标。为此，对带有倒角的帽型梁进行了初始能量为17.8 kJ的落锤轴向冲击实验和数值模拟。保持梁结构的质量不变，对不带倒角和直角弯折的两种截面梁进行同等条件的数值模拟，在一定范围内探讨截面几何参数对帽型梁的变形模式、变形量、吸能总量、峰值载荷、平均碰撞载荷和碰撞力效率的影响。结果表明：对于带有倒角的帽型梁，其变形模式和变形量的计算结果与实验结果基本吻合，验证了计算模型的合理性；倒角的存在使结构变形模式从非紧凑型向紧凑型转变，提高了缓冲效果，降低了峰值载荷；弯折角度由93°变为90°时，对变形模式的影响较小，非直角弯折梁的吸能效果较直角弯折梁好。因此，截面几何参数对帽型梁结构的变形模式和吸能特性有一定影响。
帽型梁结构作为汽车前纵梁主要部件，其轴向冲击变形模式和吸能特性是汽车被动安全设计的主要参考指标。为此，对带有倒角的帽型梁进行了初始能量为17.8 kJ的落锤轴向冲击实验和数值模拟。保持梁结构的质量不变，对不带倒角和直角弯折的两种截面梁进行同等条件的数值模拟，在一定范围内探讨截面几何参数对帽型梁的变形模式、变形量、吸能总量、峰值载荷、平均碰撞载荷和碰撞力效率的影响。结果表明：对于带有倒角的帽型梁，其变形模式和变形量的计算结果与实验结果基本吻合，验证了计算模型的合理性；倒角的存在使结构变形模式从非紧凑型向紧凑型转变，提高了缓冲效果，降低了峰值载荷；弯折角度由93°变为90°时，对变形模式的影响较小，非直角弯折梁的吸能效果较直角弯折梁好。因此，截面几何参数对帽型梁结构的变形模式和吸能特性有一定影响。
2018, 32(5): 055101.
doi: 10.11858/gywlxb.20180516
2018, 32(5): 055102.
doi: 10.11858/gywlxb.20170664
摘要:
随着高强度、高抗冲击特性钢结构在防护装甲、武器库防护门等军事领域得到广泛应用，钢结构的抗冲击性能成为研究的重点和热点。采用光滑粒子流体动力学方法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）对半球头弹撞击多层钢板的过程进行了数值模拟，并与实验对比，分析了半球头弹撞击后钢板的失效形式，得到了撞击点处钢板盘式隆起、蝶形破坏等过程，得到了钢板的von Mises应力分布以及半球头弹的剩余速度，验证了SPH方法在模拟钢板侵彻变形问题上的有效性。通过数值模拟，研究了钢体层数、钢体厚度对其抗侵彻特性的影响，研究表明：3 mm时单层钢板比多层钢板的防护能力强，9 mm时多层钢板比单层钢板的防护能力强，12 mm时多层钢板和单层钢板的防护能力相当。
随着高强度、高抗冲击特性钢结构在防护装甲、武器库防护门等军事领域得到广泛应用，钢结构的抗冲击性能成为研究的重点和热点。采用光滑粒子流体动力学方法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH）对半球头弹撞击多层钢板的过程进行了数值模拟，并与实验对比，分析了半球头弹撞击后钢板的失效形式，得到了撞击点处钢板盘式隆起、蝶形破坏等过程，得到了钢板的von Mises应力分布以及半球头弹的剩余速度，验证了SPH方法在模拟钢板侵彻变形问题上的有效性。通过数值模拟，研究了钢体层数、钢体厚度对其抗侵彻特性的影响，研究表明：3 mm时单层钢板比多层钢板的防护能力强，9 mm时多层钢板比单层钢板的防护能力强，12 mm时多层钢板和单层钢板的防护能力相当。
2018, 32(5): 055103.
doi: 10.11858/gywlxb.20180504
摘要:
为研究不同形状贫铀（Depleted Uranium，DU）合金破片的侵彻性能，首先进行了终点弹道实验，得到了圆柱形DU破片侵彻20 mm厚Q235B钢靶的终点弹道相关参数。然后通过AUTODYN软件进行了相应终点弹道仿真模拟，结果表明，仿真与实验结果基本一致，验证了仿真结果的正确性。随后又在原仿真的基础上增加了圆柱形、立方形和球形破片以不同着靶姿态侵彻靶板的数值仿真。结果表明，在相同质量和相同初速的条件下，棱角着靶姿态的立方体、楞线着靶姿态的立方体和球形破片的侵彻能力依次减弱，圆柱形和平行着靶姿态的立方形破片侵彻能力最差。若均以垂直姿态着靶，圆柱形破片侵彻能力要强于立方体，以棱角或楞线着靶姿态着靶的立方体具有更强的侵彻能力。
为研究不同形状贫铀（Depleted Uranium，DU）合金破片的侵彻性能，首先进行了终点弹道实验，得到了圆柱形DU破片侵彻20 mm厚Q235B钢靶的终点弹道相关参数。然后通过AUTODYN软件进行了相应终点弹道仿真模拟，结果表明，仿真与实验结果基本一致，验证了仿真结果的正确性。随后又在原仿真的基础上增加了圆柱形、立方形和球形破片以不同着靶姿态侵彻靶板的数值仿真。结果表明，在相同质量和相同初速的条件下，棱角着靶姿态的立方体、楞线着靶姿态的立方体和球形破片的侵彻能力依次减弱，圆柱形和平行着靶姿态的立方形破片侵彻能力最差。若均以垂直姿态着靶，圆柱形破片侵彻能力要强于立方体，以棱角或楞线着靶姿态着靶的立方体具有更强的侵彻能力。
2018, 32(5): 055104.
doi: 10.11858/gywlxb.20180518
2018, 32(5): 055105.
doi: 10.11858/gywlxb.20180530
2018, 32(5): 055106.
doi: 10.11858/gywlxb.20180523
2018, 32(5): 055107.
doi: 10.11858/gywlxb.20170594
2018, 32(5): 055901.
doi: 10.11858/gywlxb.20180556
摘要:
利用脉冲衰减渗透率仪，测试了海陆过渡相煤系页岩在储层条件、不同应力状态下的渗透率，得到了渗透率随有效应力的演化规律，对比分析煤系页岩和美国Wilcox页岩的渗透率。结果表明：当围压为常数（17 MPa），有效应力从12.5 MPa降至2.0 MPa时，煤系页岩的渗透率范围为2.9×10-19~5.7×10-18 m2，比Wilcox页岩的渗透率高2~3个数量级。根据外部围压pc和内部孔隙压力pp定义有效应力σe=pc-χpp，有效应力系数χ约为1。渗透率试验数据的拟合结果显示，煤系页岩和Wilcox页岩的渗透率随有效应力、围压（常孔隙压力）和孔隙压力（常围压）按指数函数变化。
利用脉冲衰减渗透率仪，测试了海陆过渡相煤系页岩在储层条件、不同应力状态下的渗透率，得到了渗透率随有效应力的演化规律，对比分析煤系页岩和美国Wilcox页岩的渗透率。结果表明：当围压为常数（17 MPa），有效应力从12.5 MPa降至2.0 MPa时，煤系页岩的渗透率范围为2.9×10-19~5.7×10-18 m2，比Wilcox页岩的渗透率高2~3个数量级。根据外部围压pc和内部孔隙压力pp定义有效应力σe=pc-χpp，有效应力系数χ约为1。渗透率试验数据的拟合结果显示，煤系页岩和Wilcox页岩的渗透率随有效应力、围压（常孔隙压力）和孔隙压力（常围压）按指数函数变化。
