钢板夹钢管组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于钢管良好的变形能力、吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-钢管芯层-钢板的三明治型抗爆组合板。对芯层钢管数量为5根、4根、3根的组合板进行了TNT装药量为1kg的接触爆炸试验,考察了各板在承受接触爆炸冲击荷载时的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,钢板夹钢管组合板承受接触爆炸冲击荷载时,主要发生局部压缩变形。钢管变形是组合板耗散能量的主要途径。增加钢管数量,增大钢板厚度,增大钢管管壁厚度,均可减小组合板在接触爆炸条件下的变形破坏,提高抗接触爆炸性能。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

水下近场非接触爆炸作用下固支方板破口计算

为研究水下近场非接触爆炸载荷作用下固支方板的破口现象,根据能量守恒原理,假设冲击波能完全转化为结构的初始动能,进而转化为结构的塑性变形能。通过假设变形模式,建立塑性变形能与平板转角之间关系,进而求解平板转角。平板在中间出现破口后,裂纹向外扩展,呈现花瓣状,满足环向应变等于开裂应变条件时裂纹终止,破口达到最大。根据转角大小,可以求解破口尺寸。与通用有限元软件ABAQUS/EXPLICIT计算结果对比,两者吻合较好。工程上,可以利用本文建立的计算方法估算破口大小。     

金属薄板与加筋板爆炸冲击响应研究进展

综述了爆炸冲击载荷作用下金属薄板与加筋板塑性动力响应研究新进展。评述了近距离/接触爆炸实验加载方法及确定冲击波载荷的近似理论和数值方法,介绍了爆炸冲击载荷作用下金属薄板与加筋板失效模式、塑性变形和起裂与破口的研究进展,指出了需要进一步研究的问题。     

柱形波纹压溃元件轴向冲击力学行为研究

针对冲击载荷作用下多层柱形波纹压溃元件的力学特性分析非常困难的问题,结合柱形波纹压溃元件的冲击压溃变形特征,将柱形波纹压溃元件的变形划分为弹性变形阶段、壁面接触前的塑性变形阶段、混合塑性变形阶段、壁面接触过程中的塑性变形阶段,研究了轴向冲击下柱形波纹压溃元件变形抗力的理论计算方法。利用Matlab Simulink软件编程,计算分析了不同高度落锤冲击柱形波纹压溃元件产生的变形抗力与压溃量之间的映射特性,并与实验结果进行了比较。研究结果表明,在不同跌落高度冲击下,理论计算的变形抗力与实验结果吻合较好,证明所提出的理论分析方法是合理的,对波纹压溃缓冲元件的工程应用具有指导意义。     

水下爆炸条件下不同装药对水面舰船冲击环境的影响试验研究

水下非接触爆炸产生的冲击往往会造成舰船设备的大范围破坏,从而影响舰船的生命力和战斗力。为此,对以船体结构动响应为输入条件的船用设备冲击环境的研究受到了各国海军的重视。其中,研究水下爆炸载荷与舰船冲击环境之间的联系对于舰船设备抗冲击设计以及提高水中兵器作战效能等都具有极其重要的意义。利用某型船的整体缩比模型进行水下非接触爆炸试验,通过自由场水下爆炸载荷和缩比模型冲击环境变化规律对比,得出了冲击环境主要参数与水下爆炸载荷之间的关系,试验结果具有参考价值。     

浅水爆炸下高桩钢管柱表面作用荷载实验研究

通过不同炸药量、不同爆炸距离、不同起爆深度的水中爆炸模型实验,研究了浅水爆炸条件下高桩钢管柱表面压力特征和空间分布规律,分析了比例爆距对冲击波峰值及空间分布影响,给出了钢管柱表面冲击波反射系数、绕射系数和抗爆设计中实际作用冲击波的工程算法。研究结果表明:水中爆炸作用下,反射和绕射冲击波近似同时作用在钢管柱表面,峰值沿柱身高度方向非均匀分;冲击波受水面影响程度相对较小,二次气泡脉动受水面影响程度较大;反射和绕射冲击波峰值均随炸药量增加、作用距离减小而增加。比例爆距相同,反射冲击波峰值相同,但炸药量小、爆炸距离近的实验工况绕射冲击波峰值相对较小;钢管柱表面冲击波反射系数和绕射系数随比例爆距增加而减小。比例爆距≥1.71时,钢管柱实际作用冲击波峰值可近似按自由场冲击波峰值的1.37倍计算。     

水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷测试技术研究

为解水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷特性,该文对其测试技术进行研究。对于冲击波的破坏载荷,采用DPS(多普勒光纤探针)获取外板在冲击波作用下的速度时程,分析得到不同接触爆炸条件下冲击波破坏载荷的时空分布特性;对于爆轰产物的破坏载荷,在外板上预制破口,在内板位置放置质量块作为效应物,采用激光位移传感器测得质量块在爆轰产物作用下的位移时程,分析得到爆轰产物破坏载荷随爆距的变化规律。研究结果表明,该文提出的水下接触爆炸对舷侧空舱结构破坏载荷的测试技术是可行的,可为相关理论研究和试验测试提供技术基础。     

钢板夹泡沫铝组合板抗爆性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的抗爆组合板。对厚度为10 cm、7 cm和5 cm的组合板进行了5组不同装药量的爆炸试验,考察了各板在不同装药量爆炸条件下的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析。研究表明:组合板承受爆炸冲击荷载时,通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收能量。钢板相同时,适当增大泡沫铝芯层厚度,增强面板与芯层间连接,可提高该组合板的抗爆性能,防止组合板发生剥离,减小其承受爆炸冲击荷载时产生的变形。     

外接触爆炸荷载作用下大口径钢管变形与破坏效应的数值模拟

摘 要：基于动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian耦合方法,对大口径钢管在凝聚态炸药外接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行数值模拟,描述了管道的变形情况、破坏过程以及管道内部应力的发展过程,分析了炸药质量、管道壁厚等因素对钢管破坏效应的影响。并在相同的条件下进行了实验研究,计算结果与实验数据具有较好的一致性。研究表明,小质量炸药爆炸后在装药与钢管接触处产生凹坑、鼓包及层裂等破坏效应;而较大质量炸药爆炸后在其爆破部位发生剪切破坏产生类似弹丸的破片,破片具有较大的动能,能够击穿另一侧管壁。研究结果可应用于管道结构在接触爆炸作用下的毁伤或防护方面的预测,从而为管道的安全防护设计提供理论依据。     

爆炸冲击下变截面H型钢动态响应模拟研究

钢结构在爆炸冲击下的动态响应是一个复杂的动力学问题。运用ABAQUS软件,建立两端固定约束下变截面H型钢构件模型,利用CONWEP爆炸加载方式,模拟3~8.25 m八种不同爆炸距离下钢构件的动态响应过程,分析结构腹板、迎爆面翼缘变形与爆炸距离的关系。结果表明:CONWEP程序能够准确的作为爆炸加载方式;在3~6.75 m爆炸距离内,腹板发生塑性变形,随着爆炸距离的增加,构件腹板最大位移线性减小,最大位移位置非线性升高;翼缘最大位移迅速减小,翼缘发生失稳破坏;在6.75~7.5 m爆炸距离内,腹板处于弹塑性变形阶段;当爆炸距离超过7.5 m后,腹板处于弹性变形阶段,迎爆面翼缘发生局部失稳,承载力降低。     

爆炸冲击作用下连续梁桥动力响应和影响因素研究

运用数值模拟的方法建立爆炸冲击作用下的钢筋混凝土连续梁桥模型,通过改变爆炸作用点位置、爆炸作用比例距离等因素,研究连续梁桥在爆炸冲击荷载作用下的动力响应和敏感性影响因素。结果表明:连续梁桥中跨跨中是其桥面抗爆性能最为薄弱的位置,在抗爆设防中应着重考虑;当装药量相同时,桥梁的破坏程度与比例距离成反比关系;连续箱型桥梁内部爆炸时,对桥梁造成的破坏最为严重,同等条件下下方爆炸时,桥梁破坏程度最小。本研究为桥梁抗爆设计及损伤评估提供理论依据。     

初始湍流对粉尘爆炸影响的实验研究

采用大型实验装置对管道相连的粉尘操作设备中粉尘爆炸的火焰和压力传播过程及其影响因素进行实验研究。实验装置由两个通过管道连接的不同体积容器构成,爆炸从一个容器中通过管道传播到另一个容器中。在不同的初始湍流度条件下进行粉尘爆炸实验,测试不同位置的火焰和压力信号。结果表明:随着初始湍流度的增大,爆炸的猛烈程度增强,火焰和冲击波的传播速度加快,初始湍流作为影响粉尘爆炸发展过程的重要因素之一,在进行粉尘爆炸的安全防护和设计时必须考虑其作用。     

等效靶弹药空气中爆炸威力评估

针对传统的冲击波压力电测法操作复杂且易受干扰的问题,提出基于等效靶塑性变形的炸药爆炸威力评估方法.首先进行小当量立姿等效靶板变形试验,并基于实验结果确定适用于有限元数值模拟的模型;其次,使用量纲分析方法简化等效靶变形的理论模型,建立靶板中心最终变形挠度与爆炸当量、爆炸距离的关系;进一步结合实验数据与数值模拟结果,得出通...     

Accident sequence analysis for sites producing and storing explosives

This paper presents a QRA-based approach for assessing and evaluating the safety of installations handling explosive substances. Comprehensive generic lists of immediate causes and initiating events of detonation and deflagration of explosive substances as well as safety measures preventing these explosions are developed. Initiating events and corresponding measures are grouped under the more general categories of explosion due to shock wave, explosion due to mechanical energy, thermal energy, electrical energy, chemical energy, and electromagnetic radiation. Generic accident sequences are developed using Event Trees. This analysis is adapted to plant-specific conditions and potentially additional protective measures are rank-ordered in terms of the induced reduction in the frequency of explosion, by including also uncertainty. This approach has been applied to 14 plants in Greece with very satisfactory results.     

Damage prediction of concrete gravity dams subjected to underwater explosion shock loading

The damage prediction of concrete gravity dams under blast loads has gained importance in recent years due to the great number of accidental events and terrorist bombing attacks that affected engineering safety. It has long been known that an underwater explosion can cause significantly more damage to the targets in water than the same amount of explosive in air. While the physical processes during an underwater explosion and the subsequent response of structures are extremely complex, which involve lots of complex issues such as the explosion, shock wave propagation, shock wave-structure interaction and structural response. Hence a sophisticated numerical model for the loading and material responses would be required to enable more realistic reproduction of the underlying physical processes. In this paper, a fully coupled numerical approach with combined Lagrangian and Eulerian methods, incorporating the explosion processes, is performed. The RHT (Riedel–Hiermaier–Thoma) model including the strain rate effect is employed to model the concrete material behavior subjected to blast loading. Detailed numerical simulation and analysis of a typical concrete gravity dam subjected to underwater explosion are presented in this study. In terms of different TNT charge weights, the structural response and damage characteristics of the dam at different standoff distances are investigated. Based on the numerical results, critical curves related to different damage levels are derived.     

舰船双层底液舱水下爆炸作用下动态响应

用AUTODYN有限元程序研究水下非接触及接触爆炸作用下舰船双层底液舱内底的载荷特性。分别分析非接触及接触爆炸作用下,舰船双层底液舱半载与满载时内底的冲击载荷种类,探讨爆距及装载状态的不同对内底爆炸载荷特性的影响。研究表明,液舱满载时,透射冲击波是威胁内板的主要载荷形式;药包非接触、液舱半载时,液舱内部飞溅载荷是威胁内板的主要载荷形式;药包接触、液舱半载时,高速水层抨击是威胁内板的主要载荷形式,据此,总结得出舰船在服役过程中双层底液舱应采取的装载状态。     

水面舰艇甲板设备抗冲击设计谱分析

针对动态设计分析方法(DDAM)评估舰艇设备抗冲击性能与水下非接触爆炸条件联系不够紧密的不足,利用水面舰艇水下非接触爆炸数值仿真,得到不同工况下水面舰艇甲板设备垂向响应及冲击反应谱;结合联邦德国军舰建造规范BV043/85规定的正负三角波作为加载波形,加载到舰船甲板安装设备等效动力模型上,计算得到不同安装质量设备的甲板基础冲击反应谱,作为甲板安装设备抗冲击设计谱值。得到的抗冲击设计谱规律正确,数值合理。