泡沫铝复合结构的应力波防护性能研究

为研究泡沫铝复合结构对应力波的防护能力,利用传统和改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同相对密度及不同厚度组合的泡沫铝-铝板复合结构进行冲击试验。研究结果表明：泡沫铝作为夹层,可使入射波分多次传到背板,延迟应力波到达时间,降低了应力波强度。随着泡沫铝夹层厚度的增加,应力波衰减效果明显。泡沫铝-铝板复合结构作为面板,应力波的加载方式发生变化,上升沿得到改善,脉冲宽度增大,最大应力幅值降低,同时吸收大量冲击能,是一种良好的应力波防护材料。增大复合结构中泡沫铝厚度,应力波的上升沿时间延长、斜率减小,应力幅值降低,但脉冲宽度变化不大;铝板厚度对应力波传播影响较小。随着泡沫铝相对密度的增加,经泡沫铝-铝板复合结构作用后,应力波的上升斜率减小,最大应力幅值降低,但脉冲宽度和上升沿时间不变。     

温压炸药爆炸冲击波在爆炸堡内的传播规律

为研究温压炸药爆炸冲击波在有限空间的传播特征,在爆炸堡中进行400 g RDX/Al/AP(高氯酸铵)/HTPB(端羟基聚丁二烯)温压炸药的爆炸实验,通过压力测试系统得到冲击波在地面和空中的超压时程曲线,以JWL-Miller方程作为爆炸产物状态方程,采用AUTODYN软件对爆炸过程进行了数值模拟,并用数值模拟结果研究冲击波在爆炸堡内发生正反射和斜反射。结果表明,数值模拟得到的冲击波形态、峰值及作用时间与实验测试结果吻合较好,Miller余项能够较为合理地描述含铝温压炸药的后燃特征。正反射发生在装药的地面投影点,反射波峰值达到入射波峰值的3.3倍;斜反射包括规则反射和马赫反射,冲击波入射角小于40°时,在地面形成规则反射,反射波峰值约为入射波峰值的2.5倍;冲击波入射角大于40°时形成马赫反射,马赫波峰值约为入射波峰值的1.2~1.6倍;在侧壁及穹顶发生规则反射。在几何对称轴上发生聚焦现象,聚焦点冲击波超压高于2200 k Pa,达到该点入射冲击波超压的4.3倍,增强了爆炸堡内冲击波,提高了温压炸药的毁伤能力。     

空心锥撞击杆对分离式霍普金森压杆入射脉冲弥散的抑制效果分析

为了抑制入射脉冲弥散效应,采用动力有限元软件分析了常规分离式霍普金森压杆（SHPB）入射脉冲几何弥散的空间变化规律,发现入射杆中沿着应力波传播方向,几何弥散效应趋于增强;横截面上沿径向向外弥散效应趋于减弱。为此,在撞击杆的碰撞端部挖去一个共轴圆锥,称改造后的撞击杆为空心锥撞击杆。进而分析了空心锥撞击杆获得入射脉冲几何弥散的空间变化规律,结果表明：入射脉冲初始振荡得到有效抑制,且加载上升时间变长,空心锥的底面半径越大、锥角越小对弥散效应抑制效果越好;研究还发现采用空心锥撞击杆时,碰撞端面的摩擦效应对入射脉冲几何弥散影响不大,只是改变了振荡波的相位。最后,采用实验方法对该种改造方法的效果进行了验证,实验结果与理论和数值分析结果吻合较好。     

沉底装药水下爆炸冲击波传播规律

应用流体动力学分析软件建立沉底装药水下爆炸仿真计算模型,对沉底爆炸过程进行了数值模拟,得到了沉底装药水下爆炸冲击波传播作用规律：沉底装药水下爆炸冲击波传播满足指数衰减规律;水底影响冲击波的传播,对于爆距较小的水底面测点反射波追上入射波形成马赫波,对于水底附近区域测点则产生水底反射冲击波或稀疏波对入射波造成增强或削弱作用。     

复合型含能破片冲击波起爆特性研究

为了解释冲击波对复合型含能破片内装药的起爆机理,建立了含能破片反射波冲击起爆理论模型,对含能破片的起爆阈值速度进行理论计算。对含能破片的撞靶过程进行数值模拟,分析了不同头部厚度、装药长度和破片直径对含能材料入射波和反射波起爆的影响。分析结果表明:含能破片反射冲击波起爆阈值速度比入射波低;破片壳体头部厚度只影响2种起爆方式的阈值速度,不决定装药的起爆方式,装药长度和破片直径之比k决定含能材料的起爆方式;不同的含能材料具有不同的临界值,当k小于临界值时,含能破片的临界起爆速度由反射波强度决定。2种起爆方式的毁伤模式有一定的差异,同时起爆方式也对释能时间有一定影响。     

整形器对入射波形的影响规律研究

为分析整形器对入射波形的影响规律,以紫铜T2材料为研究对象,在14.5 mmSHPB试验设备上开展整形器的直径和厚度、撞击杆速度和长度改变对入射波形状影响规律研究。结果表明:直径增大,整形器的广义强度增大,导致第1个拐点T1提高;厚度增加,整形器受冲击压缩应变率降低、压缩时间增加,拐点T1降低,拐点T2右移;撞击杆速度提高使第1个拐点T1提高,拐点T2位置左移;撞击杆长度对整形器调整入射波形状不产生影响,整形器吸收能量相同。     

弹体孔缝电磁脉冲耦合特性分析

为提高导弹抗强电磁脉冲打击能力,采用有限积分法对弹翼孔缝电磁脉冲耦合特性进行了仿真研究。对比分析了入射波极化、入射方向、孔缝尺寸和弹翼对耦合系数的影响。结果表明:弹体孔缝电磁脉冲耦合具有明显的极化特性,圆极化波更易耦合进入腔体内部;孔缝长度影响共振频率,而孔缝宽度仅对耦合系数的大小有影响;弹翼的反射和边缘绕射能够增强孔缝的耦合效应。     

利用盈利波测量涂层的结合强度

基于探索评价涂层抗拉结合强度方法的目的，考虑到激光冲击法测量涂层的抗拉伸结合强度时应力难于测量的情况，依据一维应力波的线性理论：在杆的一端撞击产生一压应力脉冲，此脉冲传到自由端后将反射为拉应力脉冲，当在杆的自由端有涂层薄膜时这一应力对涂层界面产生拉伸作用，如果这一应力幅值足够大就会将其拉开，以此实现抗拉结合强度测量。文中分析了应力波在涂层界面处产生拉应力的规律，利用Hopkinson压杆技术产生和测量应力脉冲。以此测量了铁基涂层的结合强度，证明了方法的有效性。     

入射激波强度对抛物形凹腔内激波聚焦影响的数值研究

为得到入射激波强度对抛物形凹腔内激波反射聚焦过程的影响,采用结构自适应加密网格和波传播算法,计算马赫数分别为1.1、1.3、1.5、2.0、3.0和4.0的平面入射激波在二维抛物形凹腔内的反射和聚焦过程。计算结果表明：入射激波在凹腔壁面上的反射依次为直接马赫反射、反转马赫反射和过渡规则反射;三波点及马赫干在对称面上的碰撞是形成高能区域的原因;随激波强度增加,在凹腔壁面反射的激波由在聚焦前后都在对称面上反射变为只在聚焦后反射,再到最后不会反射;三波点在壁面上的反射和在对称面上的反射随入射激波马赫数增大,其距离和时间间隔缩小。     

大直径分离式霍普金森压杆试验中的波形整形技术研究

采用直径100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,以碳纤维混凝土(CFRC)的SHPB试验为例,就试验过程中的波形整形技术展开研究,内容包括：波形整形器的设计、近似恒应变率的估算、最佳近似恒应变率的确定以及应力均匀性分析。结果表明：厚度为1 mm,直径分别为20 mm、22 mm、25 mm、27 mm、30 mm的H62黄铜波形整形器对入射波形有明显的改善效果,可将入射脉冲上升沿的升时延长1～1.6倍;应变率对于波形整形器的直径很敏感,随着整形器直径的增大,最佳近似恒应变率也在增加,一个几何尺寸的波形整形器只能对应于一个最佳近似恒应变率．且与整形器的直径之间满足线性函数关系;应力不均匀系数能够有效地描述混凝土材料SHPB试验的应力均匀性。     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移。在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量Δa的关系中,令Δa=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）c从而确定裂纹的动态起裂点。与其它方法相比,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间,所以该方法可在较高或较低的温度下使用;在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中,考虑了材料的动态应力—应变行为,使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

应力波载荷作用下材料断裂韧性JId测试研究

本文建立了一个测定动态弹塑性断裂韧性JId的方法。该方法利用改进的Hopkinson压杆加载Charpy冲击试样,利用压杆上应变片记录的入射应力波和反射应力波,由一维应力波理论得到试样所受的载荷和加载点位移,在建立的裂纹尖端张开位移COD和裂纹扩展量△a的关系中,令△a=0,可得到裂纹起裂时的临界（COD）,从而确定裂纹的动态起裂点,与其它方法相比,本文的方法不需要昂贵的仪器来测试动态断裂参数;不需将应变片贴在试样上确定起裂时间,所以该方法可在较高或较低的温度下使用;在动态弹塑性断裂韧性JId的计算中,考虑了材料的动态应力一应变行为,使测得的JId值能更好地反映材料在应力波载荷作用下的动态断裂性能。     

飞片冲击载荷在环氧树脂/印刷电路板/环氧树脂界面处的传递特性

为提高弹载电路系统的抗冲击性,开展平面冲击载荷在电路灌封系统内典型界面处的传递特性研究。从试验、理论和仿真角度出发,对冲击载荷在环氧树脂/印刷电路板（PCB）/环氧树脂界面间的传递变化过程进行分析。以轻气炮为试验平台,通过多重埋入式应力传感器测得冲击载荷在界面间的变化过程;以应力波理论为基础,对应力波在多重界面间的入射、反射和透射特性进行分析,并考虑其在黏性介质中的衰减特性,计算求得冲击载荷在此种界面处传递的近似理论结果;结合文献［16］成果,对试验过程进行验证仿真。结果表明：理论、仿真结果与实测数据吻合良好;沿应力波传播方向,PCB背面处的载荷更小,更适宜放置关键元器件。     

冲击波壁面反射压カ的压杆测试法

为测量爆炸容器壁面反射压力，设计了一种压杆测压系统，对应力波在压杆中的传播进行了数值模拟，分析了压杆测压系统的频响、可测量下限和有效测量时间。对于直径为8 mm的钢质压杆系统，其频响约为115 kHz，使用电阻应变片可测量下限约为3.6 MPa．将压杆测压系统成功应用于小比距离爆炸冲击波测试，获得了较理想的结果，测量最大压力约1.2 GPa．研究表明压杆测压是一种原理简单、量程大、频响高、成本低、抗干扰能力强的方法，可用于爆炸近区壁面反射压力测试。     

评定陶瓷复合装甲抗弹性能的动态实验方法研究

利用一维Hopkinson压杆实验装置做应力波发生源在陶瓷复合结构中产生应力波,用应变片测量不同夹层材料反射应力波的能力,同时对相同陶瓷结构进行抗弹性能实验.结果发现,具有反射应力波性能好的材料,可以提高陶瓷复合结构的抗弹性能,反射应力波的能力可以作为表征陶瓷复合结构抗弹性能的参量.     

行波杆在混凝土应力波参数测量中的应用

根据一维弹性波理论,提出了一种应用行波杆对混凝土内应力波参数进行测量的方法,介绍了该方法的测量原理,设计了该方法中行波杆的长度、外径和材质等关键参数,并构建了在爆炸载荷驱动下的混凝土实验模型,配置了测试系统。实验结果表明,行波杆设计方法正确,各项参数符合测试需求,实验数据真实可靠。     

枪榴弹引信发射冲击响应特性研究

枪榴弹发射过程中引信爆炸元件常在隔爆位置提前发火爆炸。应用应力波理论对枪榴弹引信发射过程的应力波传播问题进行了研究。将应力波在捕弹器和引信中的传播作为一维应变平面波来处理，运用杆中一维应力波中有关弹性纵波的理论，建立了由不同材料组成的应力波传播模型，详细探讨了在捕弹器捕获枪弹这一极其短暂的过程中，引信体或垫片结构尺寸、材料和位置参数等因素对引信爆炸元件中应力波传播的影响规律。     

延期体抗高加速度过载的界面加固性能研究

通过在延期体端面放置纸质垫片的途径来实现界面加固,采用Hopkinson加载试验技术和非线性数值模拟的方法对B/BaCrO4延期体上的应力波传播特性、抗过载界面加固特性进行了研究.研究结果表明:纸垫可以有效地衰减作用到延期体上的应力波,减小延期体的变形量,提高应力/应变分布均匀性,增强延期体的抗过载能力.延期体两个端面加固的效果优于一个端面的加固,应力波输出端加固性能优于应力波输入端加固性能.两端加固的纸垫厚度增加,延期体发生塑性变形的值相对变小.