条形装药土中爆炸空腔发展过程的实验研究

本文通过X光摄影观察无限介质(土)中条形装药爆炸空腔发展的高速现象。得到了实验条件下的空腔发展规律,分析了空腔发展过程中一些重要现象。实验表明:空腔发展符合幂函数规律:空腔运动过程受装药的传爆特征、空腔长径比和裂缝出现时间的影响、空腔最终形状与起爆端位置无关。     

空腔膨胀理论靶体阻力模型及其应用研究进展

从静/动态空腔膨胀模型的理论体系出发,介绍了空腔膨胀模型在不同方向上取得的成果,主要涉及理想侵彻条件的空腔膨胀压力计算模型及数值模拟方法和空腔膨胀模型在典型侵彻问题及复杂弹靶条件下的应用。在理想侵彻条件下的空腔膨胀压力计算模型中,主要讨论了靶体材料、屈服准则和状态方程对空腔边界应力的影响规律及空腔膨胀模型的适用性问题;根据数值模拟中初始条件的不同,介绍了空腔表面恒定速度/恒定压力两种数值模拟方法,证明了数值模拟方法的可靠性;整理了空腔膨胀模型的基本假设、适用范围、工程应用特点,列举了其在典型侵彻问题及多层复合靶板、约束靶体、弹体刻槽和异形截面形状弹体等复杂弹靶条件下的应用。针对空腔膨胀模型的研究现状,总结了目前空腔膨胀模型在冲击动力学领域的应用方向,归纳了空腔膨胀模型应用中尚存在的问题,展望了空腔膨胀模型下一步的重点发展方向。     

THE OSCILLATION MODE OF INCOMPRESSIBLE CAVITY FLOW

采用二维大涡模拟方法进行了空腔水流场的数值计算, 考察空腔前缘动量损失厚度及来流速度等因素如何影响空腔流的振荡, 同时考察了空腔长深比与空腔流振荡模式的关系. 用空腔水流场的粒子图像测速测量结果验证了数值计算的可信性.结果表明, 空腔水流是否发生振荡取决于壁面摩擦速度.瞬时涡结构和空腔阻力系数2个方面的特征显示空腔水流场有2种典型的振荡模式, 剪切层模式与尾流模式, 确定振荡模式的关键因素是空腔长深比.     

混凝土材料的动态空腔膨胀理论

采用三段式线性状态方程和考虑拉伸破坏的带剪切饱和的Mohr-Coulomb屈服准则描述混凝土材料的本构关系,运用相似变换方法推导出了空腔膨胀动态响应的理论表达式,并运用Runge-Kutta-Felhberg数值方法给出了球形空腔动态响应的数值解。结果表明:空腔膨胀压力随空腔膨胀速度和剪切饱和强度的增加而增加,在空腔膨胀速度较高时,考虑剪切饱和时的空腔膨胀压力明显小于不考虑剪切饱和时的空腔膨胀压力。     

开式空腔流动的蒙特卡罗直接模拟

蒙特卡罗直接模拟(Direct Simulation Monte-Carlo)方法是一种基于分子动力论的随机性数值模拟方法，它在各类稀薄气体流动模拟中得到了广泛应用。本文首先讨论了DSMC方法的基本原理，引用文献结果论述了DSMC方法与Boltzmann方程的内在一致性，采用DSMC方法从分子运动论层次对过渡区开式空腔流动进行精细模拟，再现空腔内旋涡的形成及发展过程，了解复杂流场的流场特性。模拟和分析了空腔的形状(展弦比)、壁温以及Knudsen数(稀薄性)等因素对空腔内流动和旋涡结构的影响。研究表明，空腔的展弦比、壁面温度以及流动Knudsen数等因素对空腔内旋涡的大小、形状、位置、个数都有极大的影响，应用DSMC方法可以真实再现稀薄条件下的开式空腔流动。     

条形药包的空腔发展过程模拟

通过分析条形药包爆破中等效单元球药包与岩土体中实际球药包间的不同特点，计算了任一单元球药包的空腔发展过程，为模拟条形药包的空腔发展过程提供了可供选择的途径。     

旋流消能工内空腔旋流的能量特性

为了揭示旋流消能工内空腔旋流的能量特性,本文以公伯峡水电站为例,基于组合涡运动规律推导并建立了空腔旋流各类能量的计算公式,研究了空腔旋流的能量特性。结果表明,文中的能量计算公式在空腔旋流的能量计算中具有更好的适宜性,克服了常规能量方程在空腔旋流能量精确计算中的局限。旋流洞内空腔旋流的切向动能沿程减小;轴向动能和压力势能沿程波动变化,且相对轴向动能和相对压力势能沿程变化趋势相反;空腔旋流的总能量以轴向动能为主且沿程减小;在水平长度为15.5m的研究流段间其能量损失约占总水头的5%。并结合湍动能耗散率揭示了空腔旋流能量损失的主要组成部分。成果对旋流消能工的设计和深入认识旋流消能工内空腔旋流的能量特性具有指导意义。     

地下空腔解耦爆炸的数值模拟

采用一种Euler算法和Lagrange算法相结合的有限差分算法计算地下空腔解耦爆炸。对腔内气体,采用Euler网格,对腔外岩石,采用Lagrange网格,对不同半径的空腔爆炸引起的远场应力波和震源函数开展了数值模拟,重点分析了空腔尺度对震源函数的影响。结果表明,空腔增大会降低远场应力波峰值、地下爆炸的耦合强度和震源函数稳态值,但拐角频率随空腔的增大而增大。     

条形空腔分集药包若干设计问题的研究

本文讨论了条形空腔药包的分集原则、间断长度、药量计算和最小空腔比的确定,以及条形空腔药包的地震效应等,它们都是条形空腔药包设计中必须解决的重要课题。文中对建立的计算公式列举了若干算例,证明与爆后的实际情况或小型试验比较吻合。     

月牙形空腔结构金属靶的抗弹性能分析

为提高金属靶的抗弹性能,设计了一种含有月牙形空腔结构的金属靶。利用ABAQUS软件对月牙形空腔结构在12.7 mm穿甲燃烧弹弹芯侵彻下的弹体偏转性能进行了数值模拟研究,讨论了月牙形状、弹着点和空间排布对弹体偏转效果的影响。结果表明:月牙形状对弹体的偏转效果有显著的影响;空腔结构在不同弹着点表现出不同的弹体偏转性能,处于空腔胞元最薄弱处附近的弹着点弹体偏转角度明显小于其他位置;空腔胞元空间排布的非对称化处理能够提升空腔结构对子弹的偏转效果。     

岩体中非填实爆炸空腔壁振动状态分析

采用流体动力学模型研究了地下空腔中化学爆炸冲击波的传播过程及空腔壁的运动状态。计算中体现了空气冲击波与空腔壁作用后激发的强谱振幅高频冲击波。在实验中 ,解决了空腔内传感器的防护和抗干扰等技术难题 ,测到了空腔壁的地运动加速度波形。通过对所测波形的时频域分析得出了非填实爆炸在源区和近区激发高频应力波 ,其频率明显高于填实爆炸的频率。这些特征与数值计算相一致。最后简略讨论了数值计算与实验测量中需解决的问题。     

空腔物化过程的计算

本文研究固体介质内,如花岗岩,在爆炸产生的高温高压蒸汽压力的作用下,空腔的膨胀、空腔壁向内回弹、蒸汽冷却和凝聚及至最后倒塌的物化过程。文中引用热力学、统计物理、大形变的弹性理论,计算了腔内蒸汽量、蒸汽压、空腔半径和空腔温度的关系,计算出回弹时的温度、压力、蒸汽量和空腔半径。它们与已有的测定参量基本上符合,但尚有一些理论值有待进一步测试来验证,特别是回弹时的若干参数,这很有意义,也很关键。本文提出的计算模型对研究空腔形成的物化过程是有参考价值的。     

空腔流动的动量分解及能量输运特性

空腔结构广泛应用于航空航天飞行器部件及地面交通工具中,其复杂的流声特性是相关工程设计中必须考虑的关键问题.空腔流动中的流声相互作用是空腔自持振荡的重要过程,准确识别并解耦空腔内的流体动力学模态和声模态,是深入理解空腔流声相互作用和能量转化机制的关键.通过直接求解二维Navier-Stokes方程数值模拟来流马赫数Ma=...     

钢筋混凝土靶侵彻的可压缩弹-塑性动态空腔膨胀阻力模型

在Forrestal素混凝土靶侵彻的可压缩弹-塑性球形动态空腔膨胀理论模型基础上,考虑粉碎区以内钢筋对混凝土的环向约束作用,提出了一个适用于刚性弹侵彻钢筋混凝土靶的阻力模型。论文通过体积配筋率的引入,获得了钢筋混凝土靶空腔表面径向应力的理论解,并讨论了配筋率对空腔壁面径向应力及各分区大小的影响。结果表明:钢筋对混凝土的环向约束效应影响了空腔膨胀过程中混凝土各区域的大小分布,并提高了空腔表面的径向应力。     

基于Griffith强度理论的空腔膨胀模型与应用研究

根据混凝土材料受高速冲击时产生大量碎裂的特点,假设其粉碎(塑性)区介质服从Griffith 强度理论,发展了弹丸深侵彻混凝土靶的动态空腔膨胀模型,建立了弹丸深侵彻理论计算公 式. 对比表明：基于Griffith强度理论的球形动态空腔膨胀模型的计算结果与实验数据吻合 较好.     

高陡层状土质边坡风蚀失稳过程及机理研究

吐鲁番交河故城台地高陡层状土质边坡的失稳过程受风蚀控制和影响非常典型; 在土层组合特征和抗风蚀能力差异以及当地终年多大风的气候特征的共同作用下,坡体土层形成风蚀空腔并在空腔的控制下发生变形破坏。以工程地质定性分析、风洞实验、物理模拟为主要手段,结合数值模拟,分析了该边坡在自然风蚀改造过程中表现出具有特殊性、多样性和阶段性特征的失稳过程,验证了边坡风蚀空腔形成与发展的存在性,揭示了边坡在风蚀失稳过程中的客观存在的差异风蚀和外挑块体变形破坏机理,为防治和监测此类边坡的变形破坏提供了有益的参考。     

基于Ottosen屈服条件的不同强度混凝土空腔膨胀模型及侵彻机理

针对毁伤与防护领域对深层超硬目标理论研究及工程应用的迫切需求,引入改进的Ottosen屈服条件,对混凝土空腔膨胀过程中的响应分区和边界条件进行优化,求解空腔膨胀的全过程,分析不同强度混凝土响应分区的变化规律;根据空腔边界应力和空腔膨胀速度的关系,建立了弹体侵彻深度计算模型,对弹体侵彻不同强度混凝土工况进行了对比计算,并深入分析了靶体强度对侵彻深度影响的机理。通过与实验数据进行对比发现,改进的空腔膨胀理论对于普通混凝土和高强混凝土均有很好的适用性,可准确计算径向应力与空腔边界速度关系以及侵彻深度。研究结果显示,高强混凝土的弹塑性开裂区范围更大,密实区范围更小,表明了高强混凝土脆性大,材质密实的特点,引入塑性开裂区可以更好地反应侵彻过程中高强混凝土压实时对应速度更高的现象;随着混凝土强度的提高,其屈服包络面变化越来越小,因此混凝土的空腔边界应力增大但变化程度越来越小,导致弹体侵彻深度随速度增加的增量变小。     

空腔解耦爆炸实验研究的基础理论(Ⅰ)

空腔解耦爆炸可使远区地震波幅度大大降低 ,国外已在现场和实验室内进行了大量的实验研究 ,但涉及空腔解耦爆炸实验数据分析方法及相关的基础理论知识基本上散布于各文献 ,我们在对国外有关文献调研的基础上 ,较为系统地介绍了空腔解耦爆炸的基础理论知识、实验数据的分析方法及解耦效应的简化分析模型。     

空腔解耦爆炸实验研究的基础理论(Ⅱ)

空腔解耦爆炸可使远区地震波幅度大大降低 ,国外已在现场和实验室内进行了大量的实验研究 ,但涉及空腔解耦爆炸实验数据分析方法及相关的基础理论知识基本上散布于各文献 ,我们在对国外有关文献调研的基础上 ,较为系统地介绍了空腔解耦爆炸的基础理论知识、实验数据的分析方法及解耦效应的简化分析模型。     

空腔解耦爆炸实验研究的基础理论(Ⅰ)

空腔解耦爆炸可使远区地震波幅度大大降低 ,国外已在现场和实验室内进行了大量的实验研究 ,但涉及空腔解耦爆炸实验数据分析方法及相关的基础理论知识基本上散布于各文献 ,我们在对国外有关文献调研的基础上 ,较为系统地介绍了空腔解耦爆炸的基础理论知识、实验数据的分析方法及解耦效应的简化分析模型