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RHT本构模型(Riedel-Hiermaier-Thoma model)被广泛地应用于爆炸冲击、侵彻等问题的数值模拟和分析中,而模拟结果的准确性很大程度取决于所采用的本构模型和模型中的参数取值。为完成不同岩石RHT模型中参数B、gt*、e0c、e0t、ec、et的敏感性分析及参数确定,利用LS-DYNA开展单一因素变化下的弹体侵彻靶体及SHPB冲击试验进行模拟试验,分析其取值变化对模拟结果的影响,进而通过正交试验对参数交互效应分析并进行确定。研究结果表明:不同工况条件下,参数B、gt*、e0c、e0t、ec、et敏感性排序存在差异,并确定了上述参数对SHPB冲击曲线弹性阶段、线性强化阶段及损伤软化阶段的影响;进一步利用SHPB冲击正交模拟试验验证上述参数间无显著交互作用,单因素敏感性分析结果有效,并量化分析得到花岗岩、红砂岩及大理岩RHT模型中上述参数的最优取值结果。研究结果可为岩石类RHT模型参数敏感性分析及确定提供参考。
为揭示高压脉冲水射流喷嘴内外速度的演化规律及高压脉冲水射流冲击下受载煤岩的冲击破坏特征,基于SPH-FEM(smoothed particle hydrodynamics-finite element method)耦合算法,采用具有正弦函数特性的速度挤压管道内柱塞以实现水射流速度的周期性变化,获得了水射流速度在喷嘴内外的演化规律,对比分析了脉冲射流冲击下受载和非受载煤岩破坏特征的时序特性,揭示了平均速度、脉冲幅值及脉冲频率等关键参数对煤岩损伤破坏特征的影响规律。结果表明:水粒子在喷嘴内外的速度演化过程依次经历了管路中的静止阶段和瞬态突增的低速阶段、喷嘴收敛段的加速阶段、出口直线段的微加速阶段、出喷嘴后的正弦脉冲变速阶段4个阶段。无应力和二维应力加载工况下,煤岩的破碎坑分别呈畸形化发展和碗状向U形演变。二维应力加载工况下,煤岩内部裂纹的衍生及传播受到抑制,煤岩破碎效率降低,脉冲射流的破碎效率高于连续射流的破碎效率。随着柱塞平均速度、脉冲幅值的增大,受载煤岩的破碎深度和破碎面积均呈指数增大。随着脉冲频率的增加,受载煤岩的破碎深度和破碎面积均呈先增大后减小的变化趋势。存在破碎煤岩效果最优的脉冲频率。研究成果可为高压脉冲水射流破碎受载煤岩的效率提升和工艺参数优化等提供理论指导。
金刚石压腔是被广泛使用的静高压装置之一,具有压力范围宽,光学适用性优良以及使用便利等优点,对高压科学的发展起到了巨大的推动作用。然而,压力较高时,传压介质固化等因素可能造成压腔内静水压环境失衡,从而产生压力梯度。采用皮秒超声技术测量压腔内各处的声学信号,通过声学数据分析获得了高压下样品腔内硅油的压力分布,结果显示:压力梯度随压强的升高而增大,从1 GPa时的1.3×10−4 GPa/μm增长为30 GPa时的5.3×10−2 GPa/μm。该方法不仅克服了以往实验技术在信号测量连续性、样品选择等方面的限制,还可在普通实验室搭建和使用。此外,还结合原位拉曼光谱技术,分析了加压过程中硅油中压力标准差的异常波动,该波动可能与硅油在经历了玻璃化转变之后发生固-固相变有关。
为了提高年轮式超高压模具腔体的极限承压能力、增大腔体容积,提出了一种缠绕离散式大腔体超高压模具结构,该模具主要由离散式压缸、支撑环和钢丝缠绕层组成。离散式结构消除了整体式压缸的周向应力,模具无需使用大尺寸硬质合金和支撑环,可有效提高模具的极限承压能力,降低模具制造难度,易于实现模具腔体大型化。对模具关键参数进行计算,得到确定模具结构最佳尺寸的方法。数值模拟结果表明:在相同的工作内压加载下,离散式压缸的应力值更低,压缸内壁的应力环境得到有效改善。对缠绕离散式大腔体超高压模具的极限承压能力进行预测,发现随着离散块数量的增加,模具的承压能力逐渐增强,但是增长速度越来越缓慢。因此,不能通过无限增加离散块数量来增加模具的极限承压能力。分析表明,缠绕离散式大腔体超高压模具的承压能力更高,降低了模具的运行成本。研究结果可为大腔体、高承压能力的超高压装置设计提供新思路、新方法。
为了探究不同喷射压力对受限空间内汽油的燃爆特性的影响,运用20 L球形爆炸测试装置,对不同喷射压力下汽油云雾燃爆的特征参数变化、火焰传播、温度变化进行了测试。结果表明:最佳喷料时间为100 ms,最大燃爆压力和最大燃爆压力上升速率随喷射压力的增加呈线性上升趋势,燃爆持续时间则呈线性下降趋势。喷射压力的变化对燃爆持续时间的影响更为显著,汽油的燃爆效率随着喷射压力的增加而显著提高。基于比色测温方法对火焰温度场进行重构,发现最高平均温度与喷射压力呈线性关系,最高平均温度随喷射压力的增加而升高。通过火焰传播过程中云雾形态和火焰温度的变化情况,就喷射压力对汽油云雾燃爆的影响进行了分析。研究结果可为增压直喷式内燃机的设计以及汽油内燃机燃烧效率和经济性的提升提供理论参考。