温压炸药内爆炸压力特性及威力试验研究

为研究温压炸药内爆炸压力特性和威力,基于爆炸相似律与理想气体状态方程分析建立了冲击波超压及准静态压力计算模型,并利用爆炸罐开展了温压炸药和梯恩梯（TNT）炸药裸药柱内爆炸试验。结果表明：内爆炸压力效应包括冲击波压力和准静态压力,准静态压力上升伴随着冲击波的多次反射,反射结束后准静态压力上升到峰值并维持较长时间;温压炸药内爆炸冲击波超压峰值和准静态压力峰值较TNT炸药分别提高了18.0%和62.9%,基于内爆炸冲击波超压和准静态压力计算得到的温压炸药TNT当量分别为1.18和1.63.     

冲击波作用有/无防护颅脑靶标动态响应规律

为探究真实工况下冲击波作用颅脑动态响应特性,开展单兵火箭弹膛口冲击波作用有/无防护颅脑靶标试验。分析颅脑内不同位置的压力特性和演化历程,并对比有/无防护下颅脑内压力变化。对比结果表明：无头盔颅脑内压力时程曲线表现出非典型冲击波特征,超压上升速度较慢,持续时间较长,并有正负压交替振荡效应,振荡周期为1 ms左右;无头盔颅脑内不同位置,压力峰值差异显著,冲击对侧表现出显著的负压特征,其正压力峰值超过冲击侧近1倍,但不同位置的冲量大小比较接近;头盔防护后颅脑内不同位置的压力衰减率差异显著,带头盔后冲击波对侧颅脑区域压力峰值和冲量衰减较明显并且会削弱或抑制冲击对侧的负压效应,而冲击侧颅脑区域衰减不明显,甚至有部分区域颅脑压力峰值增强。     

基于爆炸冲击波的头盔防护性能

针对爆炸冲击波致脑损伤的防护问题,开展基于爆炸冲击波的头盔防护性能研究,结合壁面压力传感器和颅脑模拟靶标,形成不同头盔结构和头盔内不同位置的冲击波防护试验测试方法,获取模拟靶标前额、颅顶和颅后的压力-时间变化曲线,分析爆炸冲击波在有/无防护条件下的颅脑表面传播规律。试验结果表明：头盔均能有效削弱冲击波超压,前额超压峰值可从无防护的352.57 kPa削弱至戴QGF-03式头盔的151.31 kPa,戴上全盔后则可削弱至11.36 kPa;冲击波在有防护的颅脑靶标传播过程中易发生绕射和叠加汇聚效应,与无防护相比,QGF-03式头盔内颅后超压提高了50%~100%,FAST头盔内颅后超压提高了9%,盔内压力作用时间显著增长,其中防护面罩可以大幅削弱爆炸冲击波对头部的作用,对前额和面部冲击波超压的削弱可达75%;全盔防护效果最好,能在前额、颅顶和颅后三处分别削弱90%、87%、80%超压峰值,密闭性对冲击波防护具有积极作用。     

舱室内爆炸压力载荷测试方法研究

针对装药在密闭或准密闭舰船舱室内的爆炸实验,研究首次反射冲击波和准静态压力两种毁伤压力载荷测试方法。分析了舱室内装药爆炸形成的首次反射冲击波和准静态压力两种载荷的频率与幅值特性,阐明了采用不同频响传感器分别进行测量的必要性和合理性;提出了采用高频压电传感器测量首次反射冲击波和低频压阻传感器测量准静态压力的传感器选型方法;给出了专用工艺工装设计以及传感器布设方法,其中尼龙套筒工装可有效起到绝缘和衰减应力波的作用,其内腔传压管设计可有效消除爆炸产生的高频信号和光、热信号对压阻传感器的干扰,从而保证了测试精度。进行了模拟舱室内的装药爆炸实验,所得测试数据与经典公式计算结果一致性良好。研究结果表明：所提出的舱室内爆炸毁伤压力载荷并行测试方法以及工艺工装设计合理可行,能够在获取足够精度的反射冲击波数据基础上更加精确地获取准静态压力峰值及衰减规律;为了准确获取舱室内爆炸压力载荷数据,在合理预估待测信号幅值范围前提下,首次反射冲击波测试采样率应为兆赫兹量级,准静态压力测试采样率应为千赫兹量级;为了防止干扰信号对测试的影响,应采用尼龙套筒工装并采用过盈配合的安装方法。     

非对称云雾爆炸超压场数值模拟

针对非对称云雾爆炸超压场的分布特性问题,利用LS-DYNA程序对非对称云雾爆炸超压过程进行数值模拟。将数值模拟超压值与空投试验超压结果进行对比,得到了0°、90°和180°共3个方 向的峰值超压随距离的变化规律以及不同云雾倾角对超压场分布的影响。研究结果表明：非对称云雾与地面存在一定的倾斜角度,在起爆后地面冲击波轨迹呈现倾斜的椭球形,且各个方向上的超压衰减特性不同,在0°方向冲击波峰值超压较大,且衰减速率最大,在180°方向冲击波峰值超压较低,且衰减速率较小;当云雾倾角由0°增加到8.27°时,传播距离在13~30 m范围内的0°方向上,峰值超压平均提高了7%,在90°方向上,超压值基本无变化,而在180°方向上,峰值超压平均降低了8%,因此增加云雾倾角使得峰值超压强度降低。     

穿爆战斗部装药对舰艇组合舱室内爆炸毁伤效应研究

为了研究穿爆战斗部装药对舰艇组合舱室的毁伤效应,运用有限元软件ANSYS-DYNA进行舱室内爆炸仿真。分析了爆炸载荷作用下主舱和后邻舱舱内流场分布、压力变化及其破坏模式,评估了穿爆战斗部装药对组合舱室的毁伤效果。两级装药爆炸产生的冲击波相互作用,提高了主舱室内的冲击波峰值和准静态压力值,增强了对主舱室的毁伤能力,能够实现对舰艇组合舱室的高效毁伤。研究结果为舰艇组合舱室毁伤评估提供了参考。     

铝氧比对水中爆炸近场冲击波的影响

为揭示铝氧比对水中爆炸近场冲击波压力的影响,对三种不同铝氧比的RDX/Al体系柱形装药进行了水中爆炸实验,通过高速扫描方法求解了水中爆炸近场冲击波峰值压力随传播距离的衰减规律,分析了所含铝氧比对冲击波初始压力峰值和压力峰值衰减的影响.结果表明,Al/O=0时,初始冲击波峰值压力达到了18.95 GPa,Al/O=0.4时初始冲击波峰值压力约为13.66 GPa,而Al/O=0.7时初始冲击波峰值压力约为8.35 GPa,而峰值压力的衰减速率也随着铝含量的增加而降低.铝粉参加反应的时间、反应的程度等因素对近场冲击波初始峰值压力和峰值压力的衰减影响显著.     

典型防爆装备对TNT爆炸冲击波的防护性能

爆炸冲击波是炸药爆炸时产生的强间断载荷，是引起人体颅脑、肺部等含气器官组织直接损伤的主导危害。基于Q235钢钢材和复合材料+液体两种典型材质的防爆装备，开展多种TNT药量的静爆试验和数值计算，研究空爆(FAB)、钢制防爆罐(SEP)和柔性防爆罐(FEP)3种不同防护条件下冲击波传播衰减规律，分析SEP和FEP两种典型防爆装备的响应过程与防护机理，获得典型装备冲击波超压峰值削弱防护的经验模型。研究结果表明：SEP和FEP可以大幅度削弱内爆炸冲击波载荷，相较于同位置处的FAB,SEP可削弱冲击波超压峰值55.4%～66.3%,FEP可削弱超压峰值57.2%～77.7%,且过当量爆炸时FEP的冲击波防护能力明显高于SEP;分析SEP和FEP的主要防护机理均为绕射遮蔽作用，但FEP的顶盖显著增加了冲击波与结构作用时间，通过水的动量提取效应和不同波阻抗界面反射削弱逃逸冲击波强度，而SEP中的冲击波仅通过刚性材料反射消耗后迅速绕射逃逸；建立了SEP、FEP冲击波峰值超压削弱经验模型，与试验结果相比SEP、FEP削弱模型平均误差分别为2.4%和10.2%;得到的典型装备冲击波削弱规律及防护经验模型为...     

含铝炸药爆炸空气冲击波超压理论计算方法

为了评估含铝炸药等非理想炸药的爆炸冲击波威力,通过研究其在空气中爆炸形成的初始冲击波,重新确定了影响远场冲击波超压的因素。对含铝炸药的爆炸空气冲击波超压峰值进行量纲分析,并由理想炸药的爆炸冲击波超压计算公式扩展推导出含铝炸药等非理想炸药的冲击波超压理论计算方法。研究结果显示,该计算方法可以很好地描述含铝炸药爆炸空气冲击波超压衰减慢、不服从相似律等实验现象,为评估含铝炸药等非理想炸药的冲击波威力提供了理论支持。     

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。     

云雾爆炸场超压的威力研究

为了研究FAE爆炸场超压规律，对FAE和TNT进行了静爆对比试验，获得了各自的爆炸场超压实测数据。分析得到了各自的拟合公式、曲线及TNT当量值。研究结果表明，FAE爆炸场超压规律与TNT有显著区别，可划分为云雾爆轰区和冲击波作用区，其中云雾爆轰区是强毁伤区。在云雾区(爆炸近场)，FAE超压值很低但近似相等，TNT具有高超压但衰减迅速的变化规律．在冲击波作用区(爆炸远场)，FAE和TNT超压分布具有某种“相似性”，均呈衰减趋势，其中尤以TNT衰减更为迅速。     

水滴帷幕对战斗部自动化生产线防殉爆性能仿真

针对弹药生产线安全生产的需求,提出一种水滴帷幕的防殉爆装置。利用APDL 进行编程,实现水滴在 水幕区域的随机投放;用Autodyn 仿真软件对水滴帷幕的防殉爆效果进行验证;通过对22 种工况的分析,发现随单 位区域内水滴数量的增加,水滴帷幕的防殉爆效果不断增强,但当水滴到达一定数量后,水滴帷幕对冲击波超压及 破片速度的衰减率趋于稳定。结果表明：该水滴帷幕对冲击波超压的衰减率约为63.2%,对破片速度的衰减率约为 87.5%,具有良好的衰减效果,在保证安全性的同时提高生产效率。     

高架桥下通道内爆炸灾害荷载数值模拟分析

为了掌握爆炸灾害中爆炸冲击波作用于建筑上的荷载特性,应用非线性显式有限元软件LS-DYNA建立了高架桥下通道内的爆炸数值模型;分析了网格划分方法对超压荷载计算结果的影响;得出了刚性地面上不同炸药当量、不同爆距下,通道外建筑迎爆面上荷载的变化规律,为建筑物的抗爆炸灾害预警、设计和加固等实际工程提供参考。     

复合防护液舱抗爆效能对比试验研究

液舱是舰船多层防护结构体系中的重要功能舱室,战斗部近距离爆炸时,高速破片和冲击波载荷将对防护液舱产生严重的毁伤效应。针对高速破片和冲击波作用下防护液舱的动态响应特性和毁伤模式,提出了复合防护液舱的结构形式。为了对比该液舱相对常规液舱的抗爆效能,开展了战斗部模型近距离爆炸载荷作用下复合液舱和常规结构形式液舱毁伤的模型试验,得到了战斗部模型破片速度、液舱结构的变形、应变、破口尺寸、舱壁压力等参量。通过对比发现,相对于传统液舱结构,复合防护液舱前面板、后面板最大变形分别减少22.78%和8.47%,结构应变降低30%,冲击波峰值减弱18.62%,该新型结构形式明显提高了液舱抗爆防御效果。     

铝粉粒度对奥克托今基空爆温压炸药能量释放的影响

为了研究含铝空爆温压炸药(TBX)的能量释放规律及铝粉粒度对其的影响,以野外近地实测与有限元分析软件Autodyn数值计算相结合,获得了TBX的冲击波超压场。对梯恩梯（TNT）在空爆情况下的超压场进行实验及其分析,基于TNT实验结果分析了TBX的能量水平以及铝的后燃烧效应对爆热的贡献。结果表明：含铝TBX的能量释放率呈现先降低、后逐渐升高的趋势,TBX在3 m近场处的超压主要由高能炸药及氧化剂贡献;而5 m处铝粉吸热,出现削弱冲击波的现象;由于铝粉的后燃烧效应,远场处的能量释放率较高,5 kg TBX在13 m处可达到1.93倍TNT当量。铝粉粒度对TBX的影响主要体现在氧化铝对总能量的衰减作用和细铝粉对远场的超压贡献不足两个方面。采用5 kg TBX实测数据对Autodyn模拟结果进行校正,通过校正过的约束条件计算质量为1 000 kg的TBX,计算得到颗粒级配铝粉的TBX有效毁伤半径可达72 m,较TNT增加了50%.     

水下爆炸冲击波对圆柱形壳体结构叠加效应的数值模拟

为研究水下多点起爆冲击波的叠加效应,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件的流固耦合算法,首先将固支方板在水下爆炸载荷作用下的数值模拟与试验数据进行对比,将水中爆炸冲击波的超压计算值与理论值进行对比,证明了流固耦合算法的设置及相关材料参数的选取是合理的。在此基础上,针对鱼雷模拟器,进行了同一当量下单装药和四装药起爆下的系列数值运算,初步分析时差对叠加效应的影响。结果表明:当TNT当量一定时,冲击波超压值随炸距和模拟器直径的增加呈指数形式衰减; 炸距越远,模拟器直径越小,冲击波的叠加效应越强; 对于1.63 g TNT,认为多装药同时起爆的时间间隔最大不超过11 μs。给出了超压放大倍数与模拟器直径和炸距间的关系式。研究结果为大口径弹水下爆炸冲击合成毁伤鱼雷提供了理论指导。