一种新型水下爆炸冲击等效加载实验方法

针对传统水下爆炸冲击响应实验研究中存在的问题,提出了一种实验室仿真水下爆炸冲击的等效加载方法,通过飞片撞击的方式来获得水下爆炸冲击等效载荷.同时建立了等效理论模型与流固耦合数值仿真来进行对比分析.结果表明,数值仿真结果与理论分析结果吻合较好,通过调节飞片的撞击速度与撞击比质量可以获得不同水下爆炸冲击所需要的等效载荷,进而为鱼雷爆炸对典型舰船结构的冲击响应研究提供一种新的思路.     

水下近距和接触爆炸流固耦合作用机理及加载效应研究

深入理解近距和接触爆炸(R0≤R≤6R0)范围内的流固耦合作用机理及加载特性,对水中兵器毁伤效应和舰船抗爆防护研究均具有重要的现实意义。为了揭示水下近距和接触爆炸范围内的流固耦合作用过程,对爆距小于或等于4倍药包半径范围内的背气钢板进行了水下爆炸试验,采用多普勒光纤探针和聚偏氟乙烯计测得了背气钢板典型位置处结构运动速度时程和壁压时程。建立了数值模型,并对试验过程进行了模拟。为了能够表征水下爆炸导致的空化及其闭合再加载过程,水介质用两相状态方程描述。结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好,验证了数值计算方法的可靠性。结合试验和数值结果,详细分析了水下近距和接触爆炸范围内冲击波的传播、冲击波与气泡(爆轰产物气团)的相互作用以及空化闭合再加载效应,揭示了结构上不同位置处的加载机理。     

近水面水下爆炸对结构冲击的数值模拟

采用AUTODYN数值计算软件,对彭托利特炸药近水面爆炸时对圆柱壳体的冲击加载过程进行了数值模拟。计算时,在炸药及其附近水域建立足够细密的二维Euler网格模型,以捕捉初始冲击波的高频特征;并将计算结果映射到三维流固耦合模型中继续计算,较好地解决了计算精度和计算耗时之间的矛盾;同时选择了合理的材料模型参数和网格单元类型。数值计算结果与实验吻合较好。计算方法对结构抗冲击数值模拟具有一定的参考意义。     

离散杆和EFP组合战斗部对飞机毁伤效应研究

为分析离散杆与EFP复合战斗部对典型战斗机毁伤效应,根据强度等效原则,采用动力学有限差分程序建立了数值模拟模型.采用流固耦合与接触算法,模拟了爆炸冲击波、离散杆条、EFP 3种毁伤元爆炸形成过程,以及典型弹靶交会条件下对飞机的联合毁伤效应.分析获得3种毁伤元对飞机各部分结构破坏、对油箱引燃概率的初步规律.研究结果对新型防空战斗部杀伤元素的设计及毁伤效应评估具有重要的参考价值.     

容器内填沙爆炸实验的数值模拟

为了研究沙介质衰减爆炸冲击性能,在圆柱形爆炸容器内进行填沙爆炸加载实验。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对实验过程进行数值模拟;分别采用三维流固耦合算法和二维自适应算法对容器结构动态响应进行分析。模拟得到容器外壁面正对爆心部位的环向应变在大装药量时与实验结果吻合较好。通过数值模拟,获取了容器内部壁面反射超压载荷和沙中成腔尺寸等信息。     

不同爆炸距离下单向支撑方形钢筋混凝土板破坏模式数值模拟研究

为研究方形钢筋混凝土板在爆炸波作用下的破坏模式和抗爆性能,在不同爆炸距离作用和装药量下对典型单向支撑方形钢筋混凝土板进行了数值模拟分析。用AUTODYN软件和流固耦合算法建立混凝土和钢筋三维分离式实体模型,对实验过程进行数值模拟分析,并考虑应变率对钢筋和混凝土材料的动态本构特性的影响。在此基础上,分析了不同装药量下对钢筋混凝土板的损伤和破坏特征。计算结果揭示了钢筋混凝土板从混凝土开裂、底部层裂碎片形成、钢筋屈服到混凝土板局部震塌的动态演变过程。研究结果表明,在近爆非均布爆炸荷载作用下钢筋混凝土板易发生局部冲切破坏,在远距离均匀爆炸冲击波作用下易发生整体弯曲破坏和支座剪切破坏。     

远场水下爆炸作用下平板的冲击响应仿真

为了对舰船水下防护结构设计提供参考,采用LS-DYNA软件中的声固耦合法对远场水下爆炸作用下平板的冲击响应问题进行了模拟,计算结果与公认的双渐进近似算法计算结果较为接近.计算模型中采用了空化声单元和粘性非反射边界,并对比了网格加密、不同水柱高度和是否考虑空化的影响.LS-DYNA的声固耦合法计算速度快,计算准确度接近公认的双渐进近似算法,为国内水下爆炸数值计算人员提供了一种新的思路和计算工具.     

内爆炸条件下钢筋混凝土表面鼓包的试验观测和数值分析

对内爆炸条件下钢筋混凝土表面鼓包运动规律进行研究。采用高速运动分析系统记录试件的表面鼓包运动,得到表面鼓包形状、中心位移和速度曲线。应用LS-DYNA程序,建立分离式钢筋混凝土模型,使用流体—固体耦合方法对表面鼓包运动进行数值计算。试验结果表明,表面鼓包速度主要受爆轰气体压力载荷控制,应力波使材料产生初期裂纹,同时试件漏斗坑形状呈阶梯型。数值模拟所得到的表面鼓包运动过程和破坏形貌与试验结果相比吻合较好。     

混凝土中爆炸的破坏效应数值模拟

根据混凝土介质在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏特性，利用LS—DYNA程序流-固耦合算法，使用能够反映拉伸破坏的Tayler-Chen—Kuszmand（TCK）和反映压缩破坏的Tayler-Chen-Kuszmand（TCK）材料模型，通过建立混凝土有限元模型，进行混凝土在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏效应的数值计算分析．数值计算能够很好地模拟钢筋混凝土内部爆炸时中心爆炸空腔压缩面和自由面的拉伸层裂破坏过程．     

炸药装药爆炸反应演化过程和约束影响的数值模拟

为分析弱刺激条件下炸药装药反应演化问题和约束条件对炸药爆炸反应的影响,构建了炸药爆炸反应速率增长的唯像模型,采用多介质任意拉式欧拉和流固耦合算法,实现了约束装药局部点火后缓慢燃烧反应到剧烈爆炸反应增长及其与壳体相互作用的数值模拟.基于强约束球形装药中心点火实验,数值模拟分析了约束条件对压装PBX-2炸药爆炸反应压力增长过程的影响,结果表明壳体强度或厚度增加,装药内反应压力的峰值也增大;随着钢壳厚度从5 mm增加到20 mm,压力峰值从163 MPa增大到1357 MPa,而且压力增长过程存在很大的差异,但随着壳体破裂解体,抑制了爆炸向爆轰反应的转变.