表面爆炸和高速撞击问题的自模拟解

在海面或地面上的强点爆炸(核爆炸)问题中,或陨石对行星体及宇宙飞船的高速撞击(其撞击速度可达每秒十几公里或几十公里)问题中,爆炸点或撞击点附近的介质均可视为液体甚至是气体。这类问题属于流体模型的二维轴对称的动力学问题,通常是个较复杂的问题。在某些条件下可以满足自模拟条件。      

第二届全国爆炸力学学术会议

中国力学学会召开的第二届全国爆炸力学学术会议已于1981年12月在扬州市举行。参加会议的共有84个单位,260名代表。会议特邀报告有郑哲敏的"流体弹塑性模型中若干理论问题",丁(忄敬)的"对凝聚相爆轰的几点认识",朱兆祥的"爆炸、冲击与非线性波",黄敦的"近地爆炸的两种奇点",经福谦的"关于实验爆轰物理学若干问题的研究进展"。     

第2届全国爆炸力学学术会议

第2届全国爆炸力学学术会议于1981年12月2—8日在苏江省扬州市举行,由中国力学学会爆炸力学专业委员会主持。到会的有来自国防、生产、科研部门和高等院校的84个单位,260名代表。收到报告170篇。大会特邀报告有:流体弹塑性模型中若干理论问题(郑哲敏),对凝聚相爆轰的点几认识(丁(忄敬)),爆炸、冲击和非线性波(朱兆祥),近地爆炸的两种奇点(黄敦),关于实验爆轰物理学若干问题的研究进展(陈能宽、经福谦、张寿齐,由经福谦报告)等。这些报      

受撞击粘弹性基支弹性直梁的动力响应

本研究了半无限线性粘弹性Ｗｉｎｋｌｅｒ地基上的弹性直梁受低速运动物体撞击的动力响应分析问题，在不计撞击中应力波传播的条件下推导出了关于撞击力Ｆ（ｔ）的非线性Ｖｏｌｔｅｒｒａ分方程，得出了梁的横向位移Ｗ（ｘ，ｔ）的一般表达式，作为实例，本对两端简支弹性直梁受圆球对心横向撞击的问题进行了分析计算。     

非线性应力波传播理论的发展及应用

应力波传播理论是分析结构和材料在爆炸/冲击载荷作用下的响应及破坏特性的基础,在国防和民用工程上有重大价值。本文对作者们近半个世纪来在非线性应力波传播理论的发展及其工程应用方面所开展的主要研究作一回顾和讨论,包括：几类非线性应力波相互作用及失效,非线性粘弹性波传播理论及应用,动态破坏和应力波相互作用,以及应力波理论在防护工程中的应用等。     

受撞击黏弹性基支弹性直梁的动力响应

本文研究了半无限线性黏弹性Ｗｉｎｋｌｅｒ地基上的弹性直梁受低速运动物体撞击的动力响应分析问题．在不计撞击体中应力波传播的条件下，推导出了关于撞击力Ｆ（ｔ）的非线性Ｖｏｌｔｅｒｒａ积分方程，得出了梁的横向位移Ｗ（ｘ，ｔ）的一般表达式．作为实例，本文对两端简支弹性直梁受圆球对心横向撞击的问题进行了分析计算．     

高层建筑动力灾害模拟分析(Ⅱ)—受撞击坍塌过程模拟与对比分析

为了对高层建筑受飞机撞击后坍塌过程进行研究,使用颗粒流理论作为基础,对一建筑受飞机撞击后坍塌过程进行模拟。构建建筑和飞机的颗粒流模型,引入颗粒流的爆炸及火灾模型。模拟过程包括:飞机的撞击、油箱的爆炸引起的火灾、建筑坍塌至稳定的过程。飞机以900km/h的速度分别在高程为250m和150m处正对建筑进行撞击,分析建筑坍塌过程。结果表明,坍塌形式和时间受到经历过程(撞击、爆炸、火灾)、飞机质量和速度、建筑结构和撞击位置影响。本例主要是受撞击位置的影响,当在150m高程处撞击时坍塌时间为35.6s,而在250m高程处撞击时为64.4s。对两种核心筒构建方法进行比较,结果表明,增加构件尺寸较提高材料强度对建筑安全更有效。     

winkler地基上弹性圆薄板受刚体撞击的动力响应

本文针对工程实际中所遇到的撞击问题,在事先仅知撞击体初始速度的条件下,研究分析了半无限粘弹性Winkler地基上的弹性圆薄板受刚体撞击的动力响应问题,推导出了关于撞击力F(t)的非线性Volterra积分方程,给出了薄板位移响应W(r,θ,t)的一般表达式,并给出了相应的数值求解方法。作为实例,本文对周边固定的弹性圆薄板在圆心处受刚球撞击问题进行了分析计算,并对某些参数的影响进行了讨论。     

winkler地基上弹性圆薄板受刚体撞击的动力响应

本文针对工程实际中所遇到的撞击问题,在事先仅知撞击体初始速度的条件下,研究分析了半无限粘弹性Winkler地基上的弹性圆薄板受刚体撞击的动力响应问题,推导出了关于撞击力F(t)的非线性Volterra积分方程,给出了薄板位移响应W(r,,t)的一般表达式,并给出了相应的数值求解方法。作为实例,本文对周边固定的弹性圆薄板在圆心处受刚球撞击问题进行了分析计算,并对某些参数的影响进行了讨论。     

黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

研究地下爆炸弹性区的震动特性,关键是获得场地介质与爆炸能量耦合作用下辐射弹性波的实验参数。对于不易加工成大尺寸模型的砂土岩,为研究其填实爆炸下辐射弹性波的特征,采用0.125 g TNT微型炸药球作为爆炸源,以塑性区可置换的?1 370 mm×1 200 mm黄土样品作为提供应力波传播路径的载体,用波阻抗近似相等的重塑黄土和砂土岩样品分别作为源区介质,对比分析了两种介质中微药量填实爆炸辐射的弹性波传播特征。实验结果表明:在测试范围内,两种介质中填实爆炸激发的弹性应力波粒子速度(位移)峰值的衰减规律、波形的主频变化规律一致;砂土岩中爆炸辐射的弹性波粒子速度(位移)峰值整体高于黄土、粒子速度波形的半高宽和主频低于黄土;砂土岩中爆炸耦合的向外传播的弹性波能量比黄土大。实测结果反映,黄土和砂土岩中填实爆炸弹性波能量耦合强度的差别。     

圆柱形弹体Taylor撞击方法研究

研究了圆柱形弹体垂直撞击刚性靶体的Taylor撞击问题,提出了弹体撞击过程中未发生变形部分的速度变化规律,即二次非线性变减速运动,并通过弹体的运动方程对Taylor撞击进行了理论分析;同时利用再生核质点法(Reproducing kernel particle method,RKPM)对Taylor撞击过程进行了数值分析。利用该理论对五种具体材料进行分析,结果表明,解析结果与试验结果及数值分析结果吻合较好。     

高度非线性孤立波与弹性大板的耦合作用研究

一维颗粒链的一端受到一个有初速度颗粒的撞击,导致颗粒连中产生稳定传播的应力波——高度非线性孤立波,该应力波的波长、波速以及幅值都能保持很好的稳定性,且遇到边界才会反射. 孤立波是一种良好的信息载体,广泛应用于无损检测技术中. 基于孤立波的特性,研究高度非线性孤立波与弹性大板耦合作用,基于赫兹定律和板的内在非弹性理论,推导出晶体链与大板的耦合微分方程组. 用龙格库塔法求解该微分方程组,得到颗粒链中各颗粒的位移、速度曲线. 通过分析回弹波出现的时间、回弹波所携带的能量以及模量、厚度、重力等对孤立波的影响,发现反射孤立波对大板的弹性模量和厚度尤为敏感,此外,颗粒链的摆放对整个耦合过程也有影响. 研究的结果为孤立波对结构体的无损探伤提供了理论依据,该技术可实现对结构体的快速检查和可控性研究.     

弹性应力波理论中的运动非线性问题

本文在线性应变条件下导出了应力波在弹性介质中传播的非线性的运动方程。文中指出方程的非线性性质是由变形运动本身的非线性性质决定的。故这类非线性问题可以称为弹性应力波理论中的运动非线性问题。文中对在有限变形下具有线性应力——应变关系的弹性材料,在一维应变下,对方程进行了简化并给出了一个求解的实例。计算结果表明,这种情况下存在着十分明显的非线性动态响应,在分析和计算中必须加以考虑。     

深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术

为模拟深部高围压硐室结构在爆炸地冲击扰动作用下的长持时加载过程，开展了模拟装置的调试和试验工作。分析了爆炸作用下，远场扰动应力波的主参量，并采用量纲分析获得了满足相似定律的仪器参数指标。利用模拟试验装置，分析探讨了气室压力、电磁阀开启时间、活塞速度、水压以及整形材料等因素对冲击波形、正压时间、升压时间和峰值的影响规律。结果表明，整形材料的刚度越低，应力波形的正压时间及升压时间越长，峰值相对越低；活塞撞击速度越高，应力峰值越高，但是正压时间及波形无明显变化。通过控制电磁阀开闭时间和气室气体压力值，可以控制活塞撞击的速度。通过改变整形材料和活塞撞击速度，实现了正压时间在3.5～5.0 ms之间的调整、升压时间在0.9～2.5 ms之间的调整，峰值在4～8 MPa之间的调整，调整后输出的压力波形可有效模拟深部围岩中远区爆炸应力波。采用有机玻璃复合结构作为试件，验证了装置在模拟深部围岩地冲击扰动作用的可行性及可靠性。上述研究证明了装置可为室内试验提供参数可控的爆炸地冲击扰动，丰富了深部地质力学试验系统模拟爆炸扰动的研究。     

深部围岩地冲击扰动作用的模拟试验技术

为模拟深部高围压硐室结构在爆炸地冲击扰动作用下的长持时加载过程，开展了模拟装置的调试和试验工作。分析了爆炸作用下，远场扰动应力波的主参量，并采用量纲分析获得了满足相似定律的仪器参数指标。利用模拟试验装置，分析探讨了气室压力、电磁阀开启时间、活塞速度、水压以及整形材料等因素对冲击波形、正压时间、升压时间和峰值的影响规律。结果表明，整形材料的刚度越低，应力波形的正压时间及升压时间越长，峰值相对越低；活塞撞击速度越高，应力峰值越高，但是正压时间及波形无明显变化。通过控制电磁阀开闭时间和气室气体压力值，可以控制活塞撞击的速度。通过改变整形材料和活塞撞击速度，实现了正压时间在3.5～5.0 ms之间的调整、升压时间在0.9～2.5 ms之间的调整，峰值在4～8 MPa之间的调整，调整后输出的压力波形可有效模拟深部围岩中远区爆炸应力波。采用有机玻璃复合结构作为试件，验证了装置在模拟深部围岩地冲击扰动作用的可行性及可靠性。上述研究证明了装置可为室内试验提供参数可控的爆炸地冲击扰动，丰富了深部地质力学试验系统模拟爆炸扰动的研究。     

首届全国爆炸与冲击动力学青年学者学术研讨会

<正>爆炸与冲击动力学是一个交叉性的力学分支学科,主要研究爆炸、冲击和能量突然沉积等强动载荷下介质、材料与结构的力学响应、效应及工程技术应用。当前,爆炸与冲击动力学的发展重点和学科前沿主要有非平衡爆轰与爆轰波结构,复杂介质状态方程的本构理论与材料动态力学,复杂结构高速撞击与侵彻动力学,超高速碰撞新原理和新方法,多场耦合模型建立与多尺度高精度计算方法以及在武器装备、航空航天和民用安全等领域的应用研究等。爆炸与冲击动力     

爆炸与冲击问题的大规模高精度计算

爆炸与冲击问题的数值模拟在国防和民用安全领域具有重要的工程实用价值.由于爆炸与冲击问题是一个多物质在高应变率、高温及高压条件下的强非线性的瞬态动力学问题,给数值模拟带来了很多的困难,为此,针对爆炸与冲击问题数值模拟中的一些关键和难点问题开展了研究.提出了三维非线性双曲守恒系统的伪弧长自适应网格算法,分析了算法的实现过程,数值结果表明该算法有效地提高了冲击波强间断处的分辨率.发展了针对气相爆轰数值模拟的附加龙格-库塔方法,对非线性对流项进行显示计算,化学反应源项进行半隐式计算,有效地解决了源项引起的刚性问题,计算结果表明该算法可以准确地捕捉和描述爆轰波的复杂结构和典型特征.针对三维工程实际物理问题中的大规模计算需求,给出了三维多物质流体动力学欧拉数值方法的并行化方法,开发了三维爆炸与冲击问题并行计算程序,并给出了针对该并行程序的测试方法.上述工作有利地解决了爆炸与冲击问题大规模、高精度计算中的一些难题.最后,开展了大口径聚能射流侵彻混凝土靶问题的数值模拟和实验研究,通过典型爆炸与冲击工程问题的计算验证了所研究数值方法的有效性.      

炮孔之间爆炸应变场的光力学分析

本文分别运用动态云纹-光弹性和电阻应变量测方法研究了相邻两炮孔之间爆炸应变场。多火花式高速像机和超动态量测系统被用于动态记录。根据动态云纹-光弹条纹分析了应力波的叠加作用,定量地计算了爆炸应力波叠加作用期间内不同时刻地孔连心线上_x(沿连心线方向)和_r(垂直于连心线方向)的分布以及_x在连心线中垂线上的分布。用应变片记录了爆炸应力波叠加作用时连心线上应变-时间示波器轨迹。测量和计算所得炮孔间应力波叠加和衰减的规律与理论分析和动光弹模拟分析结果一致。     

表面涂层对非晶薄带爆炸焊接温度影响探讨

针对在非晶薄带爆炸复合制备块体非晶复合材料过程中涂层对温度的影响,提出对非晶薄带实施涂层后再进行爆炸复合。利用放缩法将涂层后的薄带简化为均匀材料,并对30 m厚的Fe78B13Si9非晶涂层前、后爆炸焊接层内温度场进行系列分析计算,表明:(1) 高速撞击产生的热量主要集中在涂铜层上,涂层处理能够显著减小界面撞击引起的热影响区域;(2) 相对于非涂层的非晶爆炸复合,文中方案平均温升降低约280 K;(3) 铜涂层后,碰撞界面冷却速率高达107 K/s。研究表明,具有表面涂层的非晶薄带在爆炸复合制备层合块体非晶复合材料过程中,能够更好地保持非晶材料的非晶结构,并有效扩大爆炸焊接窗口。     

爆炸冲击波作用下人体肺部的损伤

为探究肺部爆炸伤的致伤机制与评价指标,构建了人体-爆炸流场有限元模型,通过与爆炸事故中人员损伤情况比对,验证了模型的有效性。共进行39个爆炸工况的数值模拟,通过改变爆炸当量与距离,使得胸部受到不同量级爆炸载荷作用,肺部损伤等级从无损伤到严重损伤。通过分析爆炸流场分布、胸腔动力学响应、肺部应力分布等阐明肺部爆炸伤的力学机制。基于人体有限元模型输出的损伤响应,提出肺部爆炸伤的评价指标。研究结果表明:在爆炸载荷作用下,胸前壁高速撞击胸腔脏器,导致肺部产生应力波。随后在惯性作用下,胸前壁持续挤压胸腔脏器,并造成胸腔变形。应力波是造成肺部损伤的主要原因,胸腔变形挤压肺部造成的损伤风险较低。肺部损伤集中在靠近胸前壁及心脏的区域。胸骨速度峰值和胸骨加速度峰值可作为肺部爆炸伤的评价指标。胸部压缩量及黏性响应系数不能反映应力波对肺部造成的损伤,不适合评价肺部爆炸伤。