次生冲击波超压的实验研究和数值模拟

随着武器科技的发展,冲击波对掩体内部人员的伤害已经不能忽略。利用自行设计的爆炸实验研究了泡沫铝作为底板材料对爆炸冲击波在结构后产生的次生冲击波超压的衰减,并利用LS-DYNA模拟实验结果。通过数值模拟还研究了泡沫铝的排序结构对其防爆震效果产生的影响。     

管道中瓦斯爆炸特性的数值模拟

应用计算流体动力学软件AutoreaGas定量研究了管道中瓦斯爆炸特性。分析了不同初始压力、初始温度、障碍物形状、尺寸及空间位置等条件对管道中瓦斯爆炸超压及火焰速度的影响。研究结果表明:初始温度和初始压力对爆炸峰值超压有一定影响,初始压力越高超压越大,而初始温度越高超压越小,并且变化呈近似线性关系;火焰速度变化不大;障碍物对爆炸过程有显著影响,障碍物在管道中间比在两侧影响大,平板障碍物比长方体和圆柱体障碍物影响大,长障碍物比短障碍物影响要大。     

冲击波作用下单层钢化玻璃抗爆性能的数值模拟研究

借助通用显式动力分析程序LS-DYNA软件平台,采用拉格朗日方法描述钢化玻璃,增加侵蚀算法来模拟钢化玻璃的破坏。钢化玻璃采用线弹性材料模型,通过建立的模型研究单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下的动态响应。利用场地试验结果对数值模型进行验证,证明了此模型的合理性。用已验证的模型对单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下进行数值模拟,得到一组单层钢化玻璃破坏的超压冲量临界点。通过数值模拟结果得到了爆炸冲击波对单层钢化玻璃损伤的超压-冲量曲线,进一步推导出了单层钢化玻璃损伤超压-冲量曲线的经验公式,并与数值结果进行比对,具有很好的吻合性。研究表明,得到的超压-冲量曲线及经验公式可以为单层钢化玻璃抗爆设计提供有价值的参考。     

破片侵彻陶瓷/芳纶复合装甲数值模拟

利用三维非线性动力有限元程序LS-DYNA,建立了破片侵彻陶瓷/芳纶复合材料装甲的有限元分析模型,描述了侵彻过程的物理和力学现象,得出了一些重要参量的变化规律,与破片侵彻相同面密度的均质装甲钢装甲进行了比较.陶瓷/芳纶复合装甲的抗侵彻能力要优于相同面密度的均质钢装甲.     

复合装药结构隔板实验与数值模拟

为得到钝感炸药（IHE）和高能炸药（HE）复合装药结构对冲击波感度的响应情况,对不同结构的复合装药进行隔板实验,得到了其冲击波感度与药柱高度比值的一阶指数关系。利用显式有限元程序对复合装药结构进行隔板实验的数值模拟,计算结果与实验结果吻合。通过数值模拟计算并比较了铝、有机玻璃、钢隔板和未反应JB-9014炸药的爆轰反应边界值。     

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。     

EFP冲击引爆带壳炸药数值模拟研究

利用非线性有限元程序LS-DYNA中的ALE算法对EFP的成型、冲击引爆带壳炸药作用过程进行了数值模拟.与试验结果相比较,数值模拟结果具有较高的可信度,证明采用了LS-DYNA中的ALE算法,能有效获取EFP对带壳炸药引爆过程的参数.     

泡沫铝材料防护性能的数值模拟

为了解不同材料参数对防护结构防护性能的影响,对泡沫铝材料防护性能的数值进行模拟.针对应用AUTOUDYN软件数值模拟单一泡沫铝作防护材料时对爆炸冲击波的衰减特性,设计防护结构为圆柱形的3维实体,根据圆柱形轴对称的特性,建立2维仿真简化模型,采用2维欧拉多物质算法数值模拟单一泡沫铝圆柱形防护结构,得出其对爆炸冲击波的衰减效果.结果表明:泡沫铝对冲击波有着显著的衰减作用,可为泡沫铝在相关复合防护结构中的应用提供参考.     

新型复合药型罩侵彻体成型的数值模拟研究

在串联战斗部的前级聚能装药结构中加入衬筒,运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,研究衬筒、起爆方式和两罩材料对两段侵彻体性能的影响。结果表明:对于设计的前级聚能装药结构来说,无衬筒时不能形成有效前段侵彻体,反之,加入衬筒后可形成有一定头尾速度差的两段侵彻体,且衬筒直径为20~25 mm(0.35Dk左右),材料为铜时衬筒的截断作用最有效;当上罩选择锥形钛罩、下罩选择偏心亚半球钼罩,且采用双环起爆时形成的两段侵彻体性能最佳。     

不同结构钛合金罩战斗部侵彻混凝土数值模拟

为实现聚能装药对混凝土介质的大破孔侵彻,采用数值模拟的方法,利用Autodyn-2D动力学软件,分别对3种装药结构的TC4钛合金射流侵彻高强度混凝土靶的过程进行仿真计算,并分析射流的成型及侵彻规律。研究表明:在炸高为2倍装药口径的条件下,单锥形罩射流的侵彻深度可达到6倍装药口径,亚半球罩的侵彻孔径可达到0.6倍装药口径以上;弧锥结合罩射流得到的侵彻孔道较好地综合了两种传统聚能装药结构的特点,能兼顾侵彻孔径和孔深的要求。     

Numerical Simulation on New Perforator

To study a new shaped charge of perforator, the jet formation and penetration processes in concrete targets are simulated numerically by using LS-DYNA finite element analysis software. The results show that the cylindrical liner can form jet and most materials on top of liner form the tip of jet, while the others form the tail of jet. The jet has a better continuity, and the ratio of cumulative jet length to the liner diameter can reach to 7.56. Furthermore, the ratio of bore diameter to the liner diameter is from 0.36 and 1, and the ratio of penetration depth to the liner diameter can be up to 5.5.     

爆室内爆炸流场演化与壳体动力响应的数值模拟

为了研究中心装药爆炸后爆炸冲击波的产生、传播和壳体的动力响应的全过程,针对内爆炸载荷的特点,运用三维有限元编码与现场实测的方法对爆室内冲击波流场的演化及壳体动力响应规律进行了研究。结果表明:内爆炸加载容器的动力响应主要取决于首次压力脉冲;壳体的最大应变由近爆点向远爆点方向逐渐降低。研究结果为同类型爆室的工程设计提供了参考。     

B炸药落锤撞击点火的数值模拟

采用用热力耦合方法,选择有限元软件ANSYS/LS_DYNA中带热效应的弹性-粘塑性材料模型,考虑炸药自身的反应放热,以生热速率模拟炸药发生的化学放热反应,研究了混合炸药在落锤撞击下的点火特性和热点形成规律。以Comp.B炸药为算例,建立了撞击感度的有限元模型。结果表明,该数值模拟法模拟炸药瞬态放热和炸药内部产生的急剧温升是可行的。随着上击柱速度的增大,Comp.B炸药内部的高温热点越易形成。当上击柱速度为5 m·s-1时热点温度增大,0.7 ms时形成接近或超过临界温度的热点并发生点火反应。计算结果为判断炸药撞击点火提供了理论依据。     

带管道连接的空间中悬浮铝粉尘爆轰波传播数值模拟

为研究悬浮铝粉尘爆轰及效应的问题,采用两相流模型数值研究了铝粉尘与空气当量比为1时,浓度0.304 kg·m~(-3),铝颗粒半径为2.0μm,悬浮铝粉尘爆轰波在通过管道连接的空间内的发展传播过程,用数值模拟得到了爆轰波的点火起爆及爆轰波传播、反射和绕射过程的压力、温度分布。结果表明,在模拟区域左侧的密闭空间中,爆轰波与壁面产生反射形成6.5 MPa局部高压区,而爆轰波与两壁产生的反射波的相互作用会形成18 MPa的局部高压区。爆轰波能通过绕射传播进入管道内,并在接近管道出口处速度能到达1571 m·s~(-1),压力能达到2.85 MPa,接近稳定传播状态。爆轰波通过绕射传播进入右侧空间中,在管道出口处绕射形成对称低压低密度区域,爆轰波压力和爆速下降,在右侧空间内继续传播。计算区域内的爆轰波后大部分区域温度保持在3400 K以上。     

炸药驱动惰性颗粒运动过程数值模拟研究

利用炸药将细小惰性金属颗粒抛洒并形成具有大动能的金属颗粒群是一种特殊的毁伤模式。在装药及其作用机理研究中,对颗粒运动过程和抛洒范围等重要参数的研究具有重要意义。主要对炸药驱动直径710μm的球形钨颗粒的运动过程进行了的数值模拟研究。通过模拟得出了颗粒的抛洒初速。基于对不同装药比及颗粒层数等情况的模拟分析,讨论了装药比对颗粒初速的影响,以及不同颗粒层间颗粒运动的差异。最后基于颗粒在空气中的运动模型,分析了颗粒的抛洒范围。