2018年  32卷  第6期

Physical Property & Structure
Pressure-Induced Electrical Transport Anomaly, Structure Evolution and Vibration Change in Layered Material 1T-TiTe2
GU Kemin, YAN Hao, KE Feng, DENG Wen, XU Jianing, CHEN Bin
2018, 32(6): 061101. doi: 10.11858/gywlxb.20180568
摘要:
We conducted a systematic study on pressure-dependent electrical, vibrational and structural properties of titanium ditelluride up to 43.4 GPa. The room-temperature resistivity shows a series of anomaly changes at around 6, 13 and 22 GPa. Low-temperature resistance measurement was also employed to better understand the electronic structure and we observed the superconductivity at about 6 GPa successfully. Raman spectroscopy and X-ray diffraction (XRD) experiment show a topological phase transition at about 6 GPa followed by a structure phase transition at about 13 GPa. The P3m1 to C2/m phase transition begins from about 13 GPa and completes at about 22 GPa. The XRD data correlate well with our electronic transport measurement result, which shows a pressure-induced structure evolution and electronic structure modification. Therefore titanium ditelluride may provide us with a new perspective to understand the high pressure behaviors in transition metal dichalcogenides.
高压物质与结构
高温高压合成翡翠的谱学特征初探
邢莹莹, 何涌
2018, 32(6): 061102. doi: 10.11858/gywlxb.20180545
摘要:
通过电子探针、X射线粉晶衍射、傅里叶变化红外光谱、激光拉曼光谱、紫外-可见光吸收光谱和光致发光光谱对合成翡翠矿物谱学特征及呈色机理进行系统的测试与分析。研究结果显示,合成翡翠与天然翡翠外观、矿物成分、拉曼光谱及光致发光光谱表征基本一致,但红外吸收光谱、紫外光谱以及化学成分均出现较为明显的差异,具体表现为:较低的Fe含量导致可见光区域内437 nm吸收谱带缺失;由于微量元素的含量和形成环境差异,导致红外光谱表征中ν(M/Cr-O)和νas(M-OH)伸缩振动所致的红外吸收谱带表征出与天然翡翠较大的差异。
高压理论与计算
基于电流密度的分段计算电爆炸模型研究
于红新, 冉汉政, 杜涛, 丰伟
2018, 32(6): 062401. doi: 10.11858/gywlxb.20180537
摘要:
瞬态电阻是爆炸丝在电爆炸过程中最重要的参数之一,准确描述爆炸丝电阻的非线性时变特性是电爆炸仿真的关键,决定了电爆炸过程的仿真精度。为解决传统仿真模型精度差的问题,提出了根据电流密度采用分段计算的方法校正传统电阻率-比作用量关系,建立基于电流密度的分段计算电爆炸仿真模型。结果表明,在大脉冲电流条件下,基于电流密度的分段计算电爆炸模型精度较传统的仿真模型精度明显提高,可用于高精度的爆炸丝电爆炸过程研究。
高压技术与新材料合成
新型多层交错剖分超高压模具的数值模拟及其试验验证
王伯龙, 李明哲, 刘志卫, 韩鑫
2018, 32(6): 063101. doi: 10.11858/gywlxb.20180560
摘要:
介绍了一种新型的双斜边扇形块式多层交错剖分超高压模具,这种超高压模具是由箍紧环、多层交错剖分的预紧环和双斜边扇形组合压缸3部分构成。分析了双斜边扇形块式多层交错剖分超高压模具的受力情况,并与年轮式超高压模具做对比。结果表明:在相同腔体压力的情况下,双斜边扇形块压缸的等效应力和最大切应力分别降低46.8%和50.9%;双斜边扇形块压缸破坏时的油压为年轮式整体压缸油压的1.78倍;新型多层交错剖分超高压模具可实现大腔体超高压模具的制造,且具有装配方便、维修简单的特点。
五羰基铁气相爆轰法合成纳米碳胶囊
李雪琪, 李晓杰, 闫鸿浩, 王小红, 潘训岑
2018, 32(6): 063401. doi: 10.11858/gywlxb.20180562
摘要:
采用气相爆轰法,以乙炔气体、氧气和五羰基铁为原料成功地合成了比表面积为253.857 m2/g的胶囊状碳纳米材料。对反应的前置实验九羰基二铁的热分解反应的研究表明,在60~140℃之间,九羰基二铁热分解为五羰基铁和十二羰基三铁。对爆轰产物进行了XRD、TEM和BET物理吸附实验,结果表明:产物XRD图谱石墨峰明显,产物主要为具有石墨化倾向的薄层胶囊状无定形碳结构;实验产物比表面积为253.857 m2/g,孔体积为0.940 cm3/g,平均孔径为2.731 nm;吸附-脱附曲线回滞环类型为H3型,孔结构主要为颗粒堆积而形成的狭缝孔;爆轰产物比表面积较大,具有较强的吸附能力。证实了同样采用铁作为触媒,乙炔在不添加惰性气体作为缓冲剂的情况下,由于爆速过高而无法用于合成碳纳米管。
高压下物质动态响应
含缺陷的石墨烯对增强树脂基复合材料力学性能的影响
宋鲁彬, 郭章新, 李忠贵, 栾云博, 赵聃, 张祺
2018, 32(6): 064101. doi: 10.11858/gywlxb.20180586
摘要:
基于分子结构力学和多尺度方法,采用有限元商业软件ABAQUS,针对石墨烯存在的几种缺陷,构建了含有不同数量的双原子空缺缺陷和Stone-Wales(S-W)缺陷的石墨烯增强环氧树脂复合材料的有限元模型,研究了石墨烯的缺陷在不同石墨烯体积分数下对复合材料弹性模量以及界面层应力传递的影响。数值模拟结果表明,随着石墨烯体积分数的增加,完美石墨烯和缺陷石墨烯增强环氧树脂复合材料弹性模量均呈现线性上升。其次,缺陷种类和数量之间的结果对比表明,空缺缺陷会明显降低复合材料的弹性模量,且随着缺陷数量的增加,变化更明显。而S-W缺陷在一定程度上增加了复合材料的杨氏模量,对于剪切模量,则出现下降趋势。另外,界面层的应力传递一定程度上反映了缺陷对复合材料的影响。
工业管道系统流致疲劳寿命的数值模拟
尹晓文, 田泽, 韩阳, 李志强
2018, 32(6): 064102. doi: 10.11858/gywlxb.20180559
摘要:
鉴于目前对整个管道系统的疲劳分析和相应数值模拟比较缺乏,基于ANSYS软件,利用Workbench和nCode DesignLife完成了管道系统从建模到流固耦合再到疲劳分析的完整模拟计算过程,得到了一般高压工业输水管道系统在正常流速及管内高压工况下的模拟计算结果,探究了入口速度和随机激振力作用下管道系统和各组件的疲劳响应。结果表明:对于实际运用的工业高压管道,需要对各部分管内流速进行监控,保证其处于合理可控范围;管道系统内的连接部是发生疲劳失效的重点区域,并且多发生于相贯线处;管道系统有助于增加各法兰管件在极限状态下的疲劳寿命。研究结果可为高压工业管道系统的设计和疲劳失效防护提供指导。
在顶爆作用下含裂隙锚固洞室的损伤演化及动态响应规律
王光勇, 裴晨浩, 林加剑
2018, 32(6): 064103. doi: 10.11858/gywlxb.20180561
摘要:
基于相似模型试验,利用数值分析方法研究了含裂隙锚固洞室在顶爆下的损伤演化和动态响应规律,并探讨了裂隙倾角和长度对锚固洞室损伤分布和拱顶位移的影响。随着爆炸应力波的传播,在裂隙表面形成张拉损伤,并在裂隙尖端扩展出翼生裂纹,随后在锚固洞室附近的拱顶自由面、锚固区边界处以及底板中间依次形成较大拉伸损伤区域。随着裂隙倾角从0°加大到90°,拱顶锚固区及锚固区边界最大损伤区域面积先减小后增加,裂隙倾角为45°时面积最小。当裂隙的长度相同时,拱顶峰值位移随裂隙倾角的增大先增加后减小;当裂隙的倾角相同时,裂隙长度越长对应力波的阻碍作用越明显,裂隙长度为30 cm、倾角为45°时洞室破坏最小。
地下管廊在燃气爆炸作用下的动力响应分析
刘希亮, 李烨, 王新宇, 郭佳奇
2018, 32(6): 064104. doi: 10.11858/gywlxb.20180544
摘要:
在燃气通过地下管廊输送过程中,若燃气泄漏进入管廊内部并引起爆炸将会产生严重的后果。以平潭综合试验区环岛路管线工程为背景,借助LS-DYNA非线性动力分析有限元软件,基于流固耦合和ALE多物质算法,建立地下空间燃气爆炸数值计算模型,探讨管廊内燃气爆炸过程中爆炸冲击波对管廊结构的影响。数值计算结果表明:在爆炸过程中,超压峰值从爆源中心转移到波阵面上,导致爆源附近压力低于波阵面压力,爆源附近形成负压区;爆炸荷载作用下,燃气仓内距离爆源最近的内墙上的测点超压值最大,在t=7.8 ms时达到最大值为18.65 MPa,且在t=10 ms左右时,位移和速度达到最大值,分别为10.47 mm、3.303 m/s;气体爆炸后,管廊燃气仓内墙正负压振荡时间持续较长,振动现象最为明显,最易发生破坏。
高压科学应用
破片式战斗部破片与冲击波相遇位置研究
陈兴, 周兰伟, 李向东, 胡诤哲, 张瑞
2018, 32(6): 065101. doi: 10.11858/gywlxb.20180591
摘要:
为研究破片式战斗部爆炸后破片和冲击波两种毁伤元的相遇位置,先通过ANSYS/LS-DYNA对破片式战斗部的爆炸过程进行数值计算,再通过试验的方法测量破片和冲击波相遇位置,验证了数值计算方法的合理性。在此基础上,分析了装填系数、破片质量、爆速和爆热对相遇位置的影响。结果表明:随着装填系数、破片质量、爆速和爆热的增加,相遇位置减小;装填系数增加31%,相遇位置距爆炸中心的距离减小11.5%;单枚破片质量增加1倍,相遇位置距爆炸中心的距离减小2.4%。
极小装药爆炸驱动两级重载荷研究
李鹏飞, 杨磊, 赵向军, 肖川, 宋浦
2018, 32(6): 065102. doi: 10.11858/gywlxb.20180581
摘要:
根据瞬时爆轰理论,在极小装填比(C/M)条件下进行了小质量装药驱动大质量载荷运动研究,理论分析了弱约束和强约束装药条件下载荷驱动速度。弱约束装药条件下在格尼方程基础上通过考虑装药壳体径向飞散获得二维炸药驱动载荷运动的计算模型,强约束条件下按照爆轰产物等熵膨胀理论获得大质量载荷驱动速度的计算模型。开展了两种约束条件下爆炸驱动大质量载荷的运动试验研究,弱约束条件下,载荷驱动速度随着装药长径比减小而增大;强约束条件下,载荷驱动速度随着装药量增加而增大,随装药腔体与运动腔体直径比增大而增大。
距离参数对浅水中气泡运动影响规律的实验和数值模拟
孟祎, 张舵, 郑监
2018, 32(6): 065103. doi: 10.11858/gywlxb.20180583
摘要:
当爆炸气泡在浅水中运动时,同时受到自由面和水底壁面的作用而产生极其复杂的水面现象,气泡的运动特性与在自由场中或单一边界附近处爆炸相比会发生很大变化。为探究其规律,通过电火花诱导气泡实验,利用高速摄影技术对气泡与组合多边界的相互作用进行了研究,总结了自由面距离(γf)和壁面距离(γw)对气泡运动和水冢类型的影响。并用OpenFOAM进行了数值模拟,分析了距离参数对射流载荷的影响。结果表明:自由面距离参数较壁面距离参数对水冢类型影响更大;射流速度随自由面距离的增大而减小,在0 < γw < 2时,射流速度随壁面距离的增大先减小后增大;壁面压力与距离呈负相关,射流冲击面积与距离呈正相关。
基于贫铀合金药型罩的聚能弹破甲后效实验研究
龚柏林, 初哲, 王长利, 李明, 吴海军, 柯明
2018, 32(6): 065104. doi: 10.11858/gywlxb.20180538
摘要:
为研究贫铀合金应用于聚能药型罩的破甲后效特性,基于贫铀-铌合金药型罩,开展了聚能弹破甲后效实验。实验结果表明,贫铀合金药型罩形成的射流在穿透钢棒后,能形成一个高温、高速且具有一定发散能力的燃烧颗粒束,具有较强的纵火能力。贫铀合金药型罩形成的射流在穿透密闭装甲目标后,目标内部压力无明显变化,正对射流方向位置在0.2 s内产生了约15℃的温升,最终靶箱整体温度升高2.5℃。
环形双锥罩聚能装药结构优化设计
刘宏杰, 王伟力, 苗润, 吴世永
2018, 32(6): 065105. doi: 10.11858/gywlxb.20180539
摘要:
在环形聚能装药结构中,单锥罩结构形成的射流中间有堆积现象,断裂前射流拉伸长度有限,而双锥罩射流兼顾了上锥小锥角形成高头部速度,下锥大锥角增大射流有效质量的优点,形成的射流更加细长,头部速度高且不易断裂。基于环形切割聚能装药战斗部,综合考虑上锥角大小、上锥罩占药型罩高的比例、药型罩的高度以及药型罩壁厚对射流侵彻能力的影响,并基于灰关联理论对双锥罩环形聚能装药的优化提供依据,通过数值仿真,研究表明:上下锥角对射流成型影响最大,通过比较,当上锥罩为34°、上锥占罩高比例为40%、药型罩高度为70 mm、药型罩壁厚为5 mm时,形成的射流头部速度高,且在空气中能够稳定飞行。相比单锥罩结构,双锥罩射流细长,在空气中飞行时间长,对靶板的侵深大于单锥罩射流。
辅助药型罩材料对线型聚能射流性能影响的数值仿真
孙建军, 李如江, 杨玥, 万清华, 张明, 孙淼, 李杨
2018, 32(6): 065106. doi: 10.11858/gywlxb.20180542
摘要:
为了提升线型聚能射流的性能,将截顶加辅助药型罩结构应用于线型聚能装药,应用三维有限元分析软件(LS-DYNA)对以紫铜为主体药型罩,Al、Cu和W作为辅助药型罩时形成的线型聚能射流进行了数值仿真,并将其与传统的线型聚能射流进行了对比分析。结果表明:截顶加辅助药型罩结构形成的射流性能更优,并随辅助药型罩材料密度等的增大,射流的延展性、速度及有效质量均有提高,且均优于传统的楔形罩结构;W作为辅助药型罩材料时形成的线型聚能射流,速度较传统的楔形罩结构提高约25.9%,射流的有效长度增加约145%。
多三明治结构反应装甲干扰射流的数值模拟
万清华, 李如江, 杨玥, 孙建军, 张明, 孙淼
2018, 32(6): 065107. doi: 10.11858/gywlxb.20180571
摘要:
为了进一步提升反应装甲的防护能力,设计了一种新型多三明治结构反应装甲,并得出5种不同尺寸的反应装甲。第1种尺寸的反应装甲在传统反应装甲的中间部位加一层钢板,第2至第5种尺寸的反应装甲在第1种尺寸的基础上进行设计,但反应装甲总厚度均与传统反应装甲相同。采用ANSYS-LSDYNA软件进行数值模拟,与传统结构反应装甲就射流断裂时刻、射流刚接触后效靶板时刻、射流失去干扰时刻以及最终对后效靶板的侵彻结果进行了对比。为了更加直观地反映新结构反应装甲对射流干扰的强度,将5种反应装甲与传统双层反应装甲进行侵彻数据对比。模拟结果表明:A型反应装甲头部射流偏转距离最长;新结构反应装甲对射流的干扰时间均比传统反应装甲长,其中E型反应装甲对射流的干扰时间最长,A型反应装甲防护效果最好;在与传统反应装甲厚度相同的情况下,D型反应装甲的防护效果最好。选用A型、D型和F型反应装甲来做验证实验,结果表明数值模拟结果可靠。
双层楔形装药ERA干扰聚能射流的数值模拟
高永宏, 张明, 刘迎彬, 周杰, 石军磊, 孙淼, 孙建军, 万清华
2018, 32(6): 065108. doi: 10.11858/gywlxb.20170525
摘要:
在现有双层平板装药结构爆炸反应装甲(ERA)的基础上,设计了4种双层楔形装药ERA,利用模拟仿真软件LS-DYNA 3D对其干扰射流的能力进行评估,分别对侵彻过程中平板运动状态、射流头部的速度变化及偏转程度、杵体断裂情况、侵彻靶板的深度及分布等进行分析,以选出最优方案。对比发现:方案3聚能射流速度下降最快,侵彻深度最浅且分布均匀,拥有最好的防护性能;方案4次之;方案1较方案4差些;方案2最差。且方案3和方案4中出现类似于爆炸焊接原理形成的复合飞板层。合理使用楔形装药可以使射流切割更加均匀,增强坦克的防护性能,为以后在装药结构上的探索提供了理论依据。
着靶点位置对双层楔形装药反应装甲干扰射流的影响
张明, 高永宏, 杨玥, 孙建军, 万清华, 孙淼, 张伟
2018, 32(6): 065109. doi: 10.11858/gywlxb.20180577
摘要:
为了研究双层楔形装药反应装甲中线上不同着靶点位置对射流干扰的影响,利用模拟仿真软件LSDYNA-3D对其干扰射流的能力进行评估,分别对侵彻过程中飞板的运动状态、杵体断裂情况和接触后效靶板的瞬时速度、侵彻靶板的深度和开坑等进行分析,并通过试验进行对比分析。研究发现:着靶点在双层楔形装药反应装甲中线顶端区域时,受边界效应影响严重,双层楔形装药反应装甲干扰射流作用不明显,杵体在接触靶板前未断裂,致使靶板被击穿;着靶点在160 mm处时,射流侵彻双层楔形装药反应装甲后,杵体断裂时间最早,且被切割成多段并发生明显位移,杵体接触靶板瞬时速度最低,在后效靶板上的侵彻深度最小,抗侵彻效果优于传统双层平板装药。模拟计算与试验测量结果最大误差不超过10%,符合较好。
舱室模型内爆炸载荷下预制孔板的变形规律
赵鹏铎, 王庆, 张磊, 张鹏, 黄松, 徐豫新
2018, 32(6): 065110. doi: 10.11858/gywlxb.20180531
摘要:
为研究舱室模型内爆炸载荷下预制孔板的动态响应,实验验证舱室模型内偏置孔板和均匀孔板的变形规律,并与无孔板的变形规律对比,同时建立了一种模拟舱室的仿真模型,进行内爆炸载荷下的数值计算,分析典型测点内爆炸冲击波的分布,研究预制孔板的挠度变形规律。结果表明:预制孔板的局部强度减弱对挠度变形的增益大于泄爆效应的影响,内爆冲击波在舱室模型内部存在反射和汇聚现象,并在毫秒量级后期存在准静态特性,模拟结果与实验结果一致,同时预制孔板不同区域减薄率存在差异。研究结果可以为舱内爆炸冲击波-破片耦合损伤作用的机理分析提供依据。
半穿甲战斗部穿孔尺度对舰船舱室内爆效应的影响
苗润, 王伟力, 吴世永, 曾亮, 刘宏杰
2018, 32(6): 065111. doi: 10.11858/gywlxb.20180547
摘要:
研究了半穿甲战斗部所造成的舱壁破孔结构对小型舰船舱室内爆效应的影响,采用LS-DYNA有限元软件对小型舰船舱室的内爆试验进行数值模拟分析,采用合理的材料本构关系与状态方程以及材料和结构连接处的失效准则,通过与等比例试验中舱内冲击波超压峰值进行对比,验证了模型的有效性。通过建立不同尺寸弹孔,分析弹孔尺寸对舱室内爆效应的影响。结果表明:破孔结构导致舱室内爆时冲击波超压峰值下降,冲击波超压峰值的出现时间延后;当弹孔直径小于舱壁长度的1/10时,导弹穿孔对舱室内爆效应所造成的影响可忽略。
电磁轨道推进接触温度的特性研究
王振春, 杨德功, 张玉燕, 战再吉
2018, 32(6): 065112. doi: 10.11858/gywlxb.20180548
摘要:
在电磁轨道推进过程中,固体电枢和轨道接触面温度是衡量接触状态的重要指标之一,能够在一定程度上表征在电磁轨道推进过程中影响轨道推进性能和推进效率的轨道损伤程度。针对电磁轨道推进的电枢和轨道接触面温度特性,进行相关仿真分析与测量实验研究。根据电接触的基本理论,对电枢和轨道接触面的温度热源进行分析,建立温度模型,结合仿真研究,得出在几种热源作用下电枢和轨道接触面温度的变化情况。以电磁轨道推进装置为试验平台,采用基于红外辐射测温原理的测量系统,对电磁轨道推进装置电枢和轨道接触面温度进行测量,得出了几个典型位置的温度和典型加载电流下的温度数据。结果表明,测量温度在幅值上和趋势上与仿真模拟结果具有一致性。轨道损伤分析也反映了电枢和轨道接触面温度升高加速了轨道表面的烧蚀。
High Pressure Applications
Effect of High Pressure Processing with Different Holding Time on the Quality of Pomfret (Pampus argenteus) Fillets
LAN Weiqing, WANG Meng, CHE Xu, SUN Xiaohong, CHEN Yangyi, XIE Jing
2018, 32(6): 065301. doi: 10.11858/gywlxb.20180549
摘要:
The aim of this work was to evaluate the effect of high pressure processing (HPP) with different holding time on the quality of pomfret (Pampus argenteus) during cold storage. Different processing times (10, 20 and 30 min) at 200 MPa were applied and HPP treated pomfret were compared with untreated samples. Microbiological parameter (total viable count (TVC)), physicochemical (pH and total volatile base nitrogen (TVB-N), color difference, water holding capacity (WHC), texture profile analysis (TPA)) and sensory evaluation were performed respectively after the application of high pressure treatment on pomfret at the interval of 2 d (2 days).The significant difference (P < 0.05) regarding the results have been observed between HPP and CK group after 2 d storage on the values of TVC, pH, TVB-N, △E(Total color difference), WHC, TPA and sensory score. The controlled groups were the first to present signs of degradation reaching rejection[JP]threshold values for all evaluated parameters. The shelf life of CK group was only 4-5 d. HPP treatment has shown to be effective in inhibiting microorganism growth, protein degradation and the drip loss in samples and the texture characteristic of samples can be better maintained. The results of correlation analysis of different groups suggested that the correlation between △E, pH, TVB-N and TVC were significant. The shelf-life of treated pomfret samples can be extended from 4 d to 8-12 d and the optimal condition of fresh keeping effects was 200 MPa and 30 min.