“异常环境安全性试验技术及相关效应研究”专刊序言

正安全性是武器装备一项重要性能指标,在装备勤务使用过程中,有可能会经受诸如跌落、碰撞、火烧、水浸、枪击等一系列异常事故场景,导致严重的灾难性后果。建立针对典型事故场景模拟的试验技术和能力,研究获得典型结构/材料在事故载荷下的响应特性及其影响规律,可为装备异常环境安全性设计、安全性验证与评估提供支撑。近年来,针对安全性试验验证及评估需求,     

入水角度对球体高速入水空泡特性影响研究

目的 针对球体高速入水过程中空泡的演化过程及运动特性展开研究,为弹体入水或空投鱼雷入水提供理论参考。方法 基于试验与数值模拟,主要讨论入水角度对球体高速入水过程中空泡生成、闭合、溃灭以及运动特性。结果 在球体入水过程中,根据入水空泡的形态特征,可以将入水过程分为入水冲击、空泡形成、空泡闭合和空泡溃灭4个阶段。在入水冲击阶段,球体头部承受的压力最大,且随着入水角度的减小,冲击阶段球体头部压力逐渐减小。在空泡闭合后,空泡的截面面积随着入水角度的增大而减小。在溃灭阶段,由于空泡溃灭夹断,会产生回射流,回射流的强度随着入水角度的减小而减小。在球体入水角度为30°时,溃灭夹断不会产生回射流。此外,球体以不同角度入水时,球体在水下的运动轨迹会发生不同程度的偏离,偏离程度随着入水角度的增大而减小,垂直入水时几乎未发生偏离。结论 入水角度对球体高速入水过程中空泡的演化过程及运动特性有较大影响,入水角度越小,球体入水后空泡截面积越大,总流动阻力系数Cd越大,且球体运动轨迹偏离越严重。     

翻滚安全性研究方法综述

首先对翻滚事故的分类、场景特征进行了归纳总结,然后从整车翻滚安全性试验方法、翻滚试验与翻滚事故场景的关联性、翻滚数值模拟方法等几个方面,对翻滚安全性的研究现状进行了阐述.目前研究认为,绊翻、抛翻、坠翻是发生比例最高的几类翻滚事故,绊翻试验(路缘绊翻及沙地翻滚)、螺旋翻滚试验、边坡翻滚试验方法能够覆盖大部分的翻滚事故场景.最后,分析了目前国内该领域研究存在的问题,未来还需在建立完整详细的翻滚事故数据库、形成科学合理的翻滚试验方法与规范、实现翻滚全过程的精细化数值模拟能力等方面加强研究.     

特种方舱铁路运输异常调车纵向冲击试验研究

目的 针对特种方舱铁路运输,明确异常调车纵向冲击试验方法,并掌握异常纵向冲击安全性边界.方法 首先开展"一车冲一车"、"一车冲三车"铁路冲击对比试验,获得2种工况下的冲击特性数据.然后,基于冲击试验获得的缓冲器性能,建立特种方舱铁路运输调车作业动力学模型,研究冲击模式下不同冲击速度的纵向冲击特性.结果 试验工况1(冲击...     

武器装备温度冲击试验数值模拟

根据GJB 150．5-86中提供的军用设备温度冲击试验方法,对武器装备和设备做了数值模拟分析。结果表明,由于隔热层的存在,温度冲击对武器装备内部设备的影响非常小,而单独针对设备的温度冲击试验对设备的影响则是非常严酷的。因此,该试验方法对于有隔热层而不会经受急剧的极端温度变化的设备是不适用的。     

有机污染土壤堆式热脱附过程中热湿迁移试验及数值模拟

堆式燃气热脱附技术因具有二次污染小、污染物去除率高和处理周期短等优势而得到快速发展. 土壤中的水分是影响堆体热修复过程中土壤升温的关键因素,然而其热湿迁移机理尚不明晰,工程设计主要依赖于实践经验. 该研究以山东省某污染场地的砂质壤土开展堆体热湿迁移试验,结合COMSOL仿真模拟,系统分析加热过程中土壤温度和湿度在竖直及水平方向上的变化规律. 结果表明:热源附近土壤水分呈逐渐升高并出现短暂峰值(高于初始值10.9%)后再下降的趋势,水分峰值随温度提高而升高;热源温度越高,土壤中水汽的对流和扩散作用愈加明显,当热源温度由50.0 ℃升至100 ℃时,监测点体积含水量下降率由4.50%升至27.2%,且水汽的浓度扩散机制在水分迁移过程中占主导作用;对于相同热源作用下,初始体积含水量较高的土壤具有相对较高的温度变化,温升过程中对流传热以及热传导的作用更显著,当初始体积含水量由0.0700 m3/m3升至0.160 m3/m3时,监测点的温度由37.1 ℃升至40.0 ℃,其中多孔基体间的热传导作用占主导. 研究显示,堆体热脱附过程中土壤水分迁移规律与土壤体积含水量、距热源的距离、热源温度有关,且多孔基体间的热传导是引起土壤升温的主要机制.      

跌落/撞击载荷下装药结构的安全性评估方法

目的 提出装药结构在跌落/撞击事故条件下安全性的定量评估方法.方法 针对装药结构跌落/撞击条件下含能部件非冲击点火存在的不确定性大、缺乏可供工程应用的点火判据等问题,采用基于数理统计思想的定量评估思路,建立"3类试验+1种方法"的安全性评估体系,并提出试验设计、方法选取和评估实施的方法及要求,可供工程应用.结果 采用该方法,开展了某装药结构跌落安全性的定量评估,通过标准试验探索获得了特定约束下的起爆阈值范围,通过设计并开展多发能包络整体级响应的构型试验,获得的实验数据可作为评估的样本数据.采用单侧置信下限方法进行了定量评估,获得了安全度为0.99999(置信度0.9)的定量评估结果.结论 该方法可实现对武器装备、航天发动机跌落/撞击条件下安全性的定量评估,但该方法仅适用于装药结构具有足够安全裕度的情况.     

centrifugal用热控装置设计

目的 评估飞行器产品在飞行过程对热–离心综合环境的适应性,研制一套热–离心综合环境试验用热控装置。方法 从热–离心试验需求出发,完成综合试验系统总体研制目标及系统方案设计。针对高g值离心环境（离心加速度值≥90g）下的热载荷加载需求,开展基于热传导的热载荷加载方法研究,并完成适用于高g值环境的热控装置硬件布局优化设计。提出基于分段包络思想的产品响应温度梯度分布效应模拟方法及实现,减少过试验考核。结果 利用该热控装置完成了热–离心综合环境功能验证试验,设置最大加速度为92g,保载时间为3 min,最高加热温度为150℃,最大温升速率为3℃/min,3温区控制,升温过程中,温度误差优于±1.5℃。结论 该热–离心综合环境试验用热控装置可用于飞行器产品热–离心综合环境试验的考核。     

冲击谱中过试验和欠试验的控制

冲击谱是冲击试验中较为常用的方法,可以较为科学地模拟产品所经历的冲击环境.但如果加速度时间历程曲线与实际相差很大时,也存在过试验或欠试验的可能.提出了冲击谱中的一些限制性要求,通过对部分参数的控制及优化,使其与加速度时间历程曲线相接近,可以避免过试验或欠试验.     

含能材料热烤试验用多温区热控装置设计

目的 评估含能材料产品在热烤环境下的热安全性,研制一套热烤环境试验用多温区热控装置.方法 从热烤试验需求出发,制定试验系统功能、指标.进行系统功能分解,重点分析加热方式和加热元件的选型,温区之间的温度耦合及控制.基于试件含能,危险性较大的情况,制定安全策略.基于组态软件实现热控系统的软件设计,考虑了参数及曲线设置、试验...     

用实测冲击环境数据确定冲击试验条件

冲击响应谱作为试验规范已被用于冲击环境试验.制订一个能真实模拟实际冲击环境的冲击响应谱是冲击环境试验的前提,文中对冲击实测时域数据的预处理,冲击持续时间的确定,冲击响应谱的计算,冲击响应谱的归纳方法进行了研究,并用实测的冲击数据,归纳出某型号冲击试验的冲击响应谱.     

炸药驱动式爆炸管的载荷计算

目的 建立管道内冲击波参数工程预示方法,指导炸药驱动式爆炸管载荷设计和试验调试.方法 建立炸药爆炸的多介质流动数值模型,研究圆形管道内冲击波的传播规律,给出冲击波参数与炸药量、传播距离之间的变化关系,基于已有的坑道内冲击波超压预示公式,建立表征模型.结果 冲击波在管道中经过一定距离的传播后,会逐渐形成平面冲击波.随着传...     

冲击损伤对炸药装药冲击起爆特性的影响

目的研究冲击载荷下炸药内部损伤随时间变化特征对其冲击感度的影响规律。方法针对损伤状态随时间变化的两种典型情况,采用冲击波模拟加载的方式对炸药装药进行损伤实验。损伤的恢复时间很长时,在损伤后将试样放置7天后,再研究其损伤状态对其冲击起爆特性的影响;恢复时间很短时,通过控制冲击损伤实验和冲击感度实验之间的时间间隔模拟多层靶板撞击的实际情况。选择常用的两种奥克托金基炸药作为研究对象,通过冲击感度实验确定临界隔板厚度、设计损伤条件,然后进行两种不同损伤愈合时间后的冲击起爆特性实验,研究损伤状态对炸药装药冲击起爆特性的影响。结果在文中损伤条件下,放置7天后,炸药装药的冲击感度均显著下降,而类似于侵彻多层靶板条件的实验后,炸药装药的冲击感度显著增加。结论炸药装药损伤状态随时间的变化对炸药装药冲击起爆有完全不同的影响趋势,在相关的炸药装药安全性设计时,必须考虑与损伤时间状态相关的冲击起爆特性。     

舰船电子设备高强度冲击试验和抗冲击设计探讨

介绍了舰船冲击试验的发展状况和舰船电子设备高强度冲击试验方法,针对舰船电子设备在作战中遭受到来自水下武器爆炸所产生的非接触爆炸而引起的高强度冲击的特点,对舰船电子设备抗冲击设计进行了探讨.     

冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法

目的 通过自动寻优制定冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件,避免冲击“过试验”。方法 根据冲击响应谱的基本原理和谱型特征,提出利用对数距离量化评价2条谱型的吻合度。对冲击环境和后峰锯齿脉冲分别进行冲击响应谱分析,将2条冲击响应谱之间的对数距离最小作为优化目标,将后峰锯齿脉冲的波形参数作为优化参数,基于自适应差分进化算法,提出冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法。结果 将所提方法分别应用于模拟冲击环境和实测冲击环境,均获得了合理的后峰锯齿脉冲试验条件,验证了所提方法的正确性。结论 提出的基于自适应差分进化算法的冲击环境后峰锯齿脉冲试验条件自动寻优方法正确可行。     

航天器火工冲击载荷减缓设计及验证

目的研究航天器火工冲击缓冲方案,降低火工冲击对航天器上设备的影响。方法根据火工冲击环境防护设计原则设计3种系统级缓冲方案,由NASTRAN软件进行响应预示,用星箭分离局部结构解锁分离试验数据进行验证及模型修正。结果在星箭连接界面增加间断面的加速度响应最大衰减量为62%,增加复杂构型结构的加速度响应最大衰减量为82%,采用冲击隔离的加速度响应最大衰减量为60%。结论在星箭连接界面增加间断面、复杂构型结构或减小星箭界面接触面积均有一定的缓冲效果,系统缓冲设计时应综合考虑质量、结构连接刚度、缓冲效果、卫星状态、运载火箭状态约束等条件。冲击响应预示计算结果与试验结果基本吻合(在±6 d B内),表明这种预示方法能够较准确预示某卫星结构火工冲击响应。     

冲击基本设计试验条件对机载外挂的适用性分析

借助冲击响应谱理论,分析了GJB 150.18系列标准中规定的飞行器设备冲击基本设计试验条件和机载外挂物着陆冲击试验条件的等效关系,理清了冲击基本设计试验条件考核机载外挂物的适用性问题,提出了机载外挂物挂机飞行、着陆过程中冲击环境的考核方法。     

爆炸分离冲击信号修正及结构状态分析

为了对爆炸分离冲击信号进行有效性分析及校正,进而对关键结构的状态变化进行分析,基于离散小波分解方法,对实测分离冲击信号及其速度积分进行校正,去除零漂趋势项.选取冲击结束后剩余自由响应阶段,对结构状态进行分析,基于冲击信号初始谱及剩余谱相关性分析,提出确定剩余自由响应阶段起始分析时间的确定方法.对该剩余响应信号结合频域窗...     

提高大型锻件冲击韧性的技巧

为提高大锻模件的冲击韧性,从不同的角度对其关键的影响因素进行了深入分析与探讨。同时,提出了改进措施。     

添加剂对水泥固化体机械性能的影响

以蛭石、分子筛、玻璃纤维为添加剂进行水泥固化并进行抗压强度和抗冲击性测试,结果表明:在抗压强度方面,以玻璃纤维作为添加剂的固化体抗压强度最大,分子筛次之,蛭石最差。在抗冲击性方面,蛭石对水泥固化体的抗冲击性能没有改善作用;以分子筛为添加剂在一定程度上可以改善水泥固化体的抗冲击性;以玻璃纤维为添加剂的水泥固化体有很好的抗冲击性。