低温循环老化航空锂离子电池热失控的爆炸危险性

鉴于全寿命周期内循环老化后航空锂离子电池热失控反应较新电池有显著差异,且低温环境对锂离子电池系统重大失效危险性影响更加贴近低空实际飞行场景,自主搭建了锂离子电池热失控及气体爆炸测试平台,采用锂离子电池的热失控时间、表面峰值温度和热失控超压及热失控气体的爆炸极限、压力及温度为关键参数,探讨低温（−10 ℃）循环老化对锂离子电池热失控爆炸危险性的影响。实验结果显示,常温循环老化锂离子电池较新电池热失控时间明显提前和电池安全阀开启到完全热失控的时间间隔明显增长,分别为559.86和122.56 s,且热失控气体爆炸下限升高30.95%,气体爆炸压力降低至258.6 kPa;低温环境因素则会使老化锂离子电池热失控的爆炸危险性发生显著变化,导致热失控时间提前至412.38 s,安全阀打开到完全热失控的时间间隔缩短至56.66 s,并使热失控气体爆炸下限降低20.49%,爆炸压力高达319.5 kPa。     

侵彻爆炸作用下钢纤维混凝土结构的破坏模式

基于大口径发射平台进行了155 mm杀伤爆破榴弹毁伤钢纤维混凝土结构的试验,得到了打击不同位置时结构的破坏情况;结合LS-DYNA数值模拟,分析了不同打击位置和不同命中速度下钢纤维混凝土结构的毁伤效应,讨论了侵彻与爆炸联合作用下钢纤维混凝土结构的损伤过程和破坏模式。结果表明：钢纤维混凝土结构在155 mm榴弹作用下,配置钢筋的顶板和侧墙发生较轻的爆炸成坑破坏,无配筋的前墙发生严重的爆炸震塌破坏。SPG (smooth particle Galerkin method)-结构化ALE (arbitrary Lagrange-Euler)(S-ALE)流固耦合算法能够有效预测钢筋混凝土结构在侵彻和爆炸共同作用下的损伤发展过程和破坏模式。大口径弹体侵彻有限边界靶的加速度时程曲线特征为突增骤减单峰值形式,弹体速度呈现先快速降低后缓慢减小的特征;靶标在基于侵彻损伤的爆炸作用下,主要破坏模式为混凝土块大量崩塌和裂缝的生长,且随着侵彻速度的增加,爆炸造成的毁伤由局部破坏向结构整体破坏发展;混凝土破碎区内,垂直于弹体的钢筋在侵彻作用下达到屈服,板顶和板底的钢筋在爆炸后达到屈服。     

泡沫铜对密闭管道内合成气爆炸特性影响的实验研究

为研究泡沫铜孔隙密度和H₂体积分数对合成气爆炸特性的影响,在封闭的管道中安装了孔隙密度为15、25和40 ppi的泡沫铜,实验分析了当量比为1的合成气-空气在不同H₂体积分数时的火焰结构、尖端速度和超压等参数变化规律。实验结果表明：火焰在泡沫铜上游的行为是受“郁金香”火焰形成过程的影响,泡沫铜对其没有影响。但是孔隙密度和H₂体积分数的改变不仅会影响“郁金香”火焰的形成时间,还会影响变形“郁金香”火焰的形成。泡沫铜将火焰分割促使其从层流向湍流转化,对爆炸火焰传播起到加速作用。泡沫铜会引起管道内超压和火焰尖端速度的极大提升,且孔隙密度越小,H₂体积分数越大,火焰穿过泡沫铜后的最大火焰尖端速度越大,压力上升幅度越大,超压峰值越高。     

基于遥感影像的大当量爆炸建筑物毁伤评估模型

为了研究大当量爆炸建筑物毁伤评估问题,基于遥感影像解译和大数据分析构建了大当量爆炸建筑物毁伤评估模型。首先,基于大当量爆炸的具体历史案例构建了毁伤数据集,具体指基于遥感影像提取建筑物毁伤信息,辅助大数据信息补充毁伤细节,利用地理信息系统空间分析数字化毁伤信息,构成毁伤数据集。然后,基于毁伤数据集中的训练样本修正经验模型参数,构建了适用于大当量爆炸的针对不同类型建筑物的毁伤评估模型,并基于毁伤数据集中的验证样本测试了模型性能。实验证明：所构建模型拟合优度高于96%,检验样本准确度高于84%,整体误差在可接受范围内。所构建模型在一定精度要求下可为大当量爆炸事故评估提供参考。     

舰艇水下爆炸破损分布特性

舰艇在作战过程中受到武器攻击,从爆炸产生的破口持续多向进水,影响舰艇的不沉性。为了探究水下爆炸破损分布特性,开展了驳船近场水下爆炸试验,利用声固耦合法计算了冲击波与气泡射流载荷联合作用下全船结构的毁伤,得到整船塑性变形区域的凹陷深度为85 cm,L形破口宽30 cm,破口面积为0.2 m²。对比了试验和仿真数据,计算破口尺寸的相对误差小于20%,破口位置吻合较好,验证了模型的准确性。利用该模型进行了不同爆距下爆炸仿真计算,提出了驳船在近场水下爆炸载荷作用下的分布式损伤模式,明确了舰船结构的毁伤除整体折断和局部大型破口外还有广泛分布的小裂缝存在于舱壁、舷侧外板等部位。随着冲击因子从5.74减小至1.91,舱底破口尺寸减小,舱内裂缝增多;当冲击因子在1.91~2.87之间时,舱底破损为分散式的小型破口。舷侧、舱壁与舱底的连接处为薄弱部位,小裂缝分布较多,在舰艇设计过程中可重点加强防护。     

不耦合装药下岩石爆破块体尺寸的分布特征

通过不同装药结构下立方体红砂岩小型爆破实验,分析了岩石的损伤程度和破坏模式,同时引入三参数极值分布函数量化岩石爆破块体尺寸分布特征。此外,根据岩样R1的爆破实验结果进行了有限元数值模型验证,基于验证的模型展开了岩石单孔爆破损伤破裂行为的模拟,讨论了径向、轴向不耦合系数和耦合介质对岩石破碎效果的影响。结果表明,三参数极值分布函数可以较好地表征岩石爆破后破碎块体尺寸分布特征,块体平均尺寸随着不耦合系数的减小呈线性降低趋势,且破碎块度趋于均匀。通过比较不同耦合介质装药时岩石内部的能量分布特征和破坏体积发现,水作为耦合介质时,爆炸能量的传递效率最高,其次分别是湿砂和干砂,空气的能量传递效率最低。结合等效波阻法计算的理论应力透射系数可以很好地反映不耦合装药时岩石的破碎程度。     

爆炸冲击伤发生机制及防护材料研究进展

爆炸冲击伤是我国面临的重大公共卫生问题,呈现高发、群发、难防的特点,并且危重伤多,感染发生率高,诊治难度大。对爆炸冲击伤施以有效的防护胜过任何最可靠的救治。爆炸冲击伤防护是涉及医学、材料学、爆炸冲击力学等多学科的复杂问题,需要建立起爆炸冲击波传播、伤情评估、材料设计制备及材料衰减性能评测等方面的关系。基于此,本文从爆炸冲击波的产生、传播及爆炸冲击伤的发生机制出发,介绍了肺部、颅脑爆炸伤致伤机制,给出了不同程度的肺部、颅脑冲击伤的损伤力学指标,并系统地综述了爆炸冲击伤防护材料的研究现状及进展,讨论了不同材料的防护机理,重点针对目前广泛使用的爆炸冲击波防护材料,如多孔材料、水凝胶、聚脲等进行综述。此外,针对防护材料衰减爆炸冲击波性能评估方法不统一的问题,对材料衰减爆炸冲击波性能,如生物评估法、引线测试法等评估方法进行了全面的调研并分析了各种评估方法的优缺点。最后展望了在爆炸冲击波防护性能评测、动物爆炸冲击伤伤情和材料防护性能与人员防护之间的尺度关系、材料力学指标与防护性能之间的关系等方面的发展趋势。本文可为人员爆炸冲击伤防护材料的设计制备、应用和测试提供技术、理论参考。     

聚脲加固配筋砌体墙抗燃气爆炸动态响应的数值模拟分析

为研究燃气爆炸作用下配筋砌体墙的抗爆能力及聚脲对墙体的加固性能,采用LS-DYNA软件,对无配筋砌体墙、配筋砌体墙、聚脲加固无筋砌体墙、聚脲加固配筋砌体墙的抗燃气爆炸性能进行数值模拟,得到了不同墙体在峰值为5、10、20、30 kPa的燃气爆炸荷载作用下的动态响应,并对灰缝竖向配筋增强效果和聚脲加固效果进行了对比分析。结果表明：（1）无筋墙体抗燃气爆炸能力较弱,一般在20 kPa荷载作用下发生不可修复破坏,在30 kPa荷载作用下发生倒塌破坏;（2）在砌体墙灰缝中,竖向配置钢筋和在墙体表面喷涂聚脲均可增强砌体墙的抗爆能力。在20 kPa荷载作用下,各加固墙体跨中峰值位移均较无筋墙体的减小,破坏均较轻,均可修复,其中双面喷涂聚脲加固无筋墙体的抗爆效果最好,其在30 kPa荷载作用下也未发生倒塌破坏,配筋加强和背爆面喷涂聚脲加固的次之;（3）三组聚脲加固配筋墙体均可承受30 kPa燃气爆炸荷载的作用,迎爆面喷涂加固的墙体中间发生开裂,有碎块飞溅,跨中峰值位移最大,背爆面以及双面喷涂加固的墙体两端出现局部破坏,两者墙体基本完整,且双面喷涂的墙体跨中峰值位移最小,说明在灰缝竖向配筋的基础上再双面喷涂聚脲,抗爆加固效果最优,还可以承受更大的燃气爆炸荷载。     

起爆方式对椭圆截面战斗部破片速度分布的影响

为研究椭圆截面战斗部在不同起爆方式下破片速度的分布特性,建立了5种具有不同短长轴比的椭圆截面战斗部数值模拟模型。开展了端面中心单点、短(长)轴中点双点、短长轴中点4点以及端面面起爆5种起爆方式数值模拟研究,分析了不同起爆方式下椭圆截面战斗部破片的速度分布及能量输出特性。研究结果表明：在径向方向,战斗部在不同起爆方式下破片最大径向速度变化规律基本一致,均呈现由长轴至短轴方向对数增长,且随着短长轴比的增大,短长轴方向破片速度差值逐渐减小。然而,不同起爆方式下椭圆截面战斗部最大速度截面上破片速度平均值存在明显差异,具体表现为端面起爆时的破片径向平均速度最高,单点起爆最低,且随着起爆点数量的增加,最大速度截面上的破片的整体平均速度逐渐增大。在轴向方向,受端面稀疏波的影响,不同方位角最大破片速度均出现在靠近非起爆端1/4处,且起爆点在短轴轴线上相较于在长轴轴线上会提高靠近起爆端长轴方向的破片速度,但短轴方向沿轴向的破片速度分布无明显差异。此外,不同起爆方式对椭圆截面装药爆炸能量输出特性无明显影响,其中27%的装药能量转化为壳体动能,有50%的能量被壳体断裂变形以及空气冲击波消耗。     

205Po激发态研究

本工作利用重离子熔合蒸发反应¹⁹⁶Pt(¹³C, 4n)²⁰⁵Po布居了²⁰⁵Po核的高自旋态,¹³C束流能量为72 MeV。扩展了²⁰⁵Po的能级纲图,新建了3个退激序列,新发现了19条γ射线。$^{203,,205,,207}{rm{Po}}$的晕态结构与大规模壳模型的计算结果进行了比较,壳模型计算使用的组态空间包含相同的质子和中子轨道,包括0h_9/2, 1f_5/2, 2p_3/2, 2p_1/2, 1g_9/2。理论计算结果很好地再现了实验数据。