原发性肺冲击伤生物力学研究概述（－）

原发性肺冲击伤生物力学研究概述（－）赵敏，王正国（第三军医大学野战外科研究所重庆市６３００４２）激波，又称冲击波或爆炸波（以下统称激波）作用于机体引起损伤的过程，既是激波作用于机体结构的力学过程，也是生物体以其独特而复杂的结构和力学特性响应激波作用的     

原发性肺冲击伤生物力学研究概述（－）

原发性肺冲击伤生物力学研究概述（－）赵敏，王正国（第三军医大学野战外科研究所重庆市６３００４２）激波，又称冲击波或爆炸波（以下统称激波）作用于机体引起损伤的过程，既是激波作用于机体结构的力学过程，也是生物体以其独特而复杂的结构和力学特性响应激波作用的...     

激波致伤的流体力学模型

本文从激波和人体组织相互作用的流体力学现象出发,提出和分析了激波致伤的四个流体动力学模型,即激波与不同密度的物质相互作用模型、气泡坍缩模型。激波作用下组织的表面形成射流模型和激波加速人体形成界面不稳定性模型。这几种模型是在激波和人体器官相互作用的复杂过程中引起原发性冲击伤的重要机制。     

系列生物激波管的研制与应用

本文介绍了国内唯一的大、中、小系列生物激波管的研制和应用。大型总长39.0m,试验段内径1m,驱动段最大超压可达10.3MPa,利用其末端挡板反射稀疏波的运行而可产生负压。中型总长34.5m,驱动段最大超压为22MPa,试验段为组合式,内径77～60mm,可作超压、爆炸性减压和水下爆炸波等试验。小型总长0.5m,设计承压为68.6MPa。三种激波管均用双夹膜将驱动段与试验段分开。动物实验表明,此套装置可使大、小动物产生不同程度的全身或局部冲击伤,可满足冲击伤实验研究的需要。     

带喷流激波针流动特性实验研究

采用动态测力、动态测压和纹影等风洞实验技术,对加装了带喷流激波针的钝头体的绕流特性、稳定和非稳模态的形成条件和机理进行了研究.结果表明:带喷流激波针流场存在稳态和非稳态两种模态,超声速喷流的压比大于临界压比时流动处于稳定模态,反之则为非稳模态;增大激波针长度可减小钝头体阻力,但达到一定长度后,进一步减阻的效果不再显著;增大喷流压比能够有效减弱再附激波强度,有利于缓解单独激波针的肩部热斑问题;非稳模态下波系自激振荡对再附激波在钝头体表面所围的区域影响剧烈,振荡是周期性的,且存在确定的主导频率,主导频率随喷流压力比增大而减小;自激振荡的产生是由于喷流出口周围的反压在喷流压比小于临界压比时无法获得持续的平衡而导致.      

饱和水泥试样被爆炸激波损伤破碎的尺度研究

利用水中爆炸冲击波使水泥试样损伤破坏,模拟爆炸采油时激波使岩石损伤开裂的现象。实验获得了适合本实验条件的激波峰压衰减规律pm8.2(W1/3/R)1.46,得知压碎区尺度为集中装药特征尺度的2～5倍、拉伸损伤区尺度为集中装药特征尺度的20～30倍,激波使水泥试样破碎、拉裂的能量占总能量的2%～7%。     

生物激波管及动物耐受性的实验研究

在冲击伤研究中,必须针对两种试验方式分别对致伤机理、耐受性和机体瞬时动力学响应等进行研究。只有这样才能得到近真实的研究结果。文中介绍了能够模拟爆炸波波形因素和满足动物冲击伤实验研究物理参数要求的BST-Ⅰ型生物激波管。它是国内第一台用于生物实验的激波管。文中有应用该管开口和端板的两种实验方式,选用51只成年雄性杂种狗作耐受性实验观察。对实验结果作了分析。     

基于剪切修正GTN模型的金属弹性退化机理研究

许多金属材料在进行显微或宏观压入测试时,测得的弹性模量会随着压入深度的增大而不断降低.考虑到在压痕测试过程中金属材料并不产生明显的裂纹,这种性能退化应是由材料的损伤引起.然而,经典损伤理论认为以受压和受剪为主的压入变形不会引起材料软化和损伤.本文结合剪切变形下材料损伤的萌生和演化机理,对经典的GTN(Gurson-Tvergaard-Needleman)模型进行了修正,对压入测试进行了有限元模拟.模拟结果显示,材料在压入过程中的损伤是由现有空洞的扭曲变形和次级空洞的萌生共同引起,如果只考虑现有空洞变形则会低估材料在压入变形过程中的损伤演变.     

原发性肺冲击伤生物力学研究概述（二）

原发性肺冲击伤生物力学研究概述（二）赵敏，王正国（重庆第三军医大学野战外科研究所重庆６３００４２）（续第１４卷第１期第９６页）４激波作用时体内应力波的传播生物体是个非常复杂的结构。激波作用下体内应力波的传播一直是研究者们非常关心的问题。但应力波在体内     

二维激波与剪切层相互作用的直接数值模拟研究

采用五阶weighed esseritially non-oscillatory (WENO) 格式和三阶total variation diminishing (TVD) Runge-Kutta 格式, 通过求解二维非定常Navier-Stokes 方程, 直接数值模拟了激波与剪切层相互作用, 目的在于揭示激波与剪切层相互作用过程中噪声产生的机理. 研究发现:(1) 当入射激波穿过剪切层时, 剪切层中心位置向下层区域偏移;(2) 入射激波穿过剪切层产生小激波, 在小激波与剪切层接触点处产生声波并向外辐射;(3) 反射激波穿过剪切层后形成了分段弧状激波;(4) 当反射激波穿过剪切层时, 激波在鞍点处泄漏并向外辐射声波, 这是一种激波泄漏机制.     

介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响

激波管通常用于动态压力传感器的校准，压阻式绝压传感器在激波管校准过程当中，会出现谐振频率等动态性能指标随着激波管静态压力环境、气体介质变化而改变的情况，影响传感器动态特性的校准。基于压阻式传感器的工作原理，对传感器的敏感膜片结构进行了机理分析，建立了膜片结构与校准环境中介质和静压关系的动态模型；通过ANSYS与SIMULINK软件开展了数值模拟验证工作，模拟结果与理论推导一致。通过激波管校准实验验证了气体介质与静压的影响关系，结果表明:传感器的谐振频率与静压间存在非线性关系，并且随着敏感膜片径厚比的增大而显著增大；系统阻尼比大小与气体介质有关，随着气体密度的降低而升高；传感器的灵敏度与气体介质和静压无太大直接关系。在使用激波管校准压阻式绝压传感器时，应当考虑介质与静压参数对校准结果的影响。     

MGFM在强激波与物质界面作用中的应用

原始的虚拟流方法(GFM)在计算强激波和物质界面作用时无法得到正确的计算结果,而改进虚拟流方法(MGFM)处理这类问题的能力大大提高.本文用Level set捕获物质界面,用MGFM方法定义虚拟流节点参数,Euler方程采用HLLC格式离散求解,完成了强激波和物质界面作用的一维和二维数值实验.结果表明改进虚拟流方法在强激波与物质界面作用中的应用是成功的.     

激波绕射碰撞加速诱导爆轰的数值模拟

基于单步化学反应的Euler方程和对激波(爆轰波)、接触间断具有良好捕捉效果的Roe/HLL混合格式以及自适应网格技术,模拟了激波在方形管中与方块障碍物相互作用,并发生绕射碰撞来诱导爆轰的过程.结果表明,弱激波在绕经方块时,形成上、下绕射激波并在方块尾部发生碰撞,生成局部高温高压点,可加快爆轰的形成;而当管内阻塞比超过...     

秦岭公路隧道2号竖井地应力与岩爆分析

利用水平圆柱形激波管对激波驱动的可压缩性气固两相流进行了试验研究. 利用压电式压力传感器、电荷放大器、示波器及计算机组成的压力信号测试系统, 对激波 与颗粒作用前后的气相参数进行测量及分析. 试验中测得了激波在管中的传播速 度, 波后气流的压力, 反射激波、透射激波的压力和速度等. 分别考察颗粒、装载 比、驱动气源以及入射激波马赫数等因素的差异对气相参数的影响. 试验结果表明: 激波与颗粒群相互作用时, 会产生反射激波和透射激波, 其强度与驱动气源、颗粒大小、颗粒装载比等参数有关; 激波衰减率随着装载比、马赫数的增大而减小. 研究指出, 在颗粒群被激波加速的初始阶段, 颗粒间的弹性碰撞起着重要的作用.     

激波驱动的气固两相流的动态压力测量

利用水平圆柱形激波管对激波驱动的可压缩性气固两相流进行了试验研究.利用压电式压力传感器、电荷放大器、示波器及计算机组成的压力信号测试系统, 对激波与颗粒作用前后的气相参数进行测量及分析. 试验中测得了激波在管中的传播速度, 波后气流的压力, 反射激波、透射激波的压力和速度等. 分别考察颗粒、装载比、驱动气源以及入射激波马赫数等因素的差异对气相参数的影响.试验结果表明: 激波与颗粒群相互作用时, 会产生反射激波和透射激波,其强度与驱动气源、颗粒大小、颗粒装载比等参数有关;激波衰减率随着装载比、马赫数的增大而减小. 研究指出,在颗粒群被激波加速的初始阶段, 颗粒间的弹性碰撞起着重要的作用.      

一个改进的电磁波传输激波管实验

在中国科学院力学研究所Φ800 mm高温低密度激波管上进行电磁波在等离子体中传输机理研究时,低密度和强激波条件下,由于气体解离和电离等非平衡过程,使得激波后2区宽度显著减小;同时由于边界层效应造成激波衰减和接触面加速,使得激波后2区长度进一步减小.这两个效应导致激波管2区实验观测时间减小,2区气体处于非平衡状态,增加了观察数据的不稳定性和数据分析的难度.本文提出在Φ800 mm高温低密度激波管中采用氩气(Ar)和空气(Air)混合气替代纯空气作为激波管实验介质气体.利用Ar不解离和难电离的特性,减小激波前后压缩比,从而增加激波后2区实验时间和气体长度.采用Langmuir静电探针和微波透射诊断技术测量激波后电子密度,同时利用探针测量激波后2区实验时间.结果显示,在Ar+Air混合气实验中,激波波后电子密度可达与纯Air同样的10~(13)cm~(-3)量级.在与纯Air相同的电子密度和碰撞频率条件下,采用95%Ar+5%Air和90%Ar+10%Air两种混合气,激波后2区实验时间和气体长度约为纯Air条件下的5～10倍,其中2区实验时间为300～800μs,2区气体长度1～1.5 m.在Φ800 mm激波管中采用Ar+Air介质气体进行电磁波传输实验,获得了比在纯Air介质中与理论预测更一致的结果.     

动力刚化问题的实验研究

应用频散可控耗散格式对环形激波在圆柱形激波管内绕射、反射和聚焦 的问题进行了数值模拟研究. 研究结果表明环形激波形成强烈聚焦的关键因素是环形激波在 圆柱形管道中向对称轴运动时，绕射激波就不断加速而不作通常情况下的衰减；不同马赫数 的环形激波绕射也产生不同马赫数及形状的准柱形激波，导致聚焦效果和位置的差异；另外， 环形激波聚焦于一个点而圆柱形激波聚焦于一条线,两者有本质不同.     

激波的传播与干扰

激波的传播特性既取决于激波的产生条件,也与所处的传播环境密切相关.驱动条件、几何边界、介质的物理化学属性等发生变化时,都会引起激波传播特性的改变,而激波的变化反过来又会对其波及的流场产生影响.尽管激波传播及其干扰现象广泛存在于自然界和人类科技活动之中,其复杂机理的认识、规律的描述乃至应用潜力的挖掘仍有漫长的路要走.本文根据气体中激波传播和干扰现象以及与之相关的理论描述特征,在对激波传播以及反射、折射等基本现象进行简要阐述的基础上,重点围绕目前的热点问题,包括激波/激波干扰、激波/边界层干扰、激波与湍流作用、激波的聚焦与点火以及激波作用下气体界面不稳定性等研究进行了介绍和讨论,旨在对近年来该领域的进展及获得的成果做一个概述和归纳,期望对将来的深入研究有一个鉴借意义.     

Shock wave propagation and interactions

激波的传播特性既取决于激波的产生条件,也与所处的传播环境密切相关.驱动条件、几何边界、介质的物理化学属性等发生变化时,都会引起激波传播特性的改变,而激波的变化反过来又会对其波及的流场产生影响.尽管激波传播及其干扰现象广泛存在于自然界和人类科技活动之中,其复杂机理的认识、规律的描述乃至应用潜力的挖掘仍有漫长的路要走.本文根据气体中激波传播和干扰现象以及与之相关的理论描述特征,在对激波传播以及反射、折射等基本现象进行简要阐述的基础上,重点围绕目前的热点问题,包括激波/激波干扰、激波/边界层干扰、激波与湍流作用、激波的聚焦与点火以及激波作用下气体界面不稳定性等研究进行了介绍和讨论,旨在对近年来该领域的进展及获得的成果做一个概述和归纳,期望对将来的深入研究有一个鉴借意义.     

HLLE++格式在高马赫数空腔流动模拟中的应用

空腔流动存在剪切层运动、涡脱落与破裂,以及激波与激波、激波与剪切层、激波与膨胀波和激波/涡/剪切层相互干扰等现象,流动非常复杂,特别是高马赫数(M>2)时,剪切层和激波更强,激波与激波干扰更严重,对数值格式的要求更高,既需要格式耗散小,对分离涡等有很高的模拟精度,又需要格式在激波附近具有较大的耗散,可以很好地捕捉激波,防止非物理解的出现。Roe和HLLC等近似Riemann解格式在高马赫数强激波处可能会出现红玉现象,而HLLE++格式大大改善了这种缺陷,在捕捉高超声速激波时避免了红玉现象的发生,同时还保持在光滑区域的低数值耗散特性。本文在结构网格下HLLE++格式的基础上,通过改进激波探测的求解,建立了基于非结构混合网格的HLLE++计算方法,通过无粘斜坡算例,验证了HLLE++格式模拟高马赫数流动的能力,并应用于高马赫数空腔流动的数值模拟,开展了网格和湍流模型影响研究,验证了方法模拟高马赫数空腔流动的可靠性和有效性。