爆炸冲击波和破片联合作用下玻璃纤维夹芯复合结构毁伤特性实验研究

为研究爆炸冲击波和破片联合作用下复合夹芯结构的防护能力和毁伤机理,采用TNT和预制破片开展了冲击波和破片联合作用下玻璃纤维夹芯结构的联合毁伤实验。研究玻璃纤维复合夹芯结构的毁伤特性,将其防护能力与芳纶、高强聚乙烯复合夹芯结构进行了量化对比,并分析了冲击波和破片联合作用下复合夹芯结构前面板、芯层、后面板的破坏模式及相应破坏机理。结果表明：选用复合夹芯结构抗冲击波和破片联合毁伤时,同等防护能力所需E玻璃纤维芯层重量分别为芳纶芯层、高强聚乙烯芯层的1.37倍、2.50倍;前面板破坏模式主要由冲击波载荷、破片载荷、芯层约束3方面因素共同决定;破片载荷对芯层破坏模式起主要作用,后面板破坏模式与芯层碰撞、破片载荷两方面因素有关,其中冲击波载荷和芯层碰撞为面载荷,使前后面板产生整体弯曲变形,破片载荷为点载荷,使面板和芯层产生局部的穿甲破孔,芯层约束限制了前面板变形空间。     

战斗部破片对舰船毁伤效应研究

半穿甲反舰导弹战斗部可穿透水面舰船甲板后在其内部爆炸,依靠装药的爆炸冲击波和壳体的爆炸破片对目标造成致命性打击。分析了半穿甲反舰导弹战斗部爆炸破片对舰船目标的侵彻过程及毁伤机理;根据莫特公式、格尼方程、破片衰减公式和侵彻公式等,理论计算了七种典型的反舰导弹战斗部破片对水面舰船结构的穿甲效应,获得了战斗部破片质量、初速度、终点速度、打击动能和穿甲厚度等参数,对比分析了各类导弹的战斗部毁伤特性。     

爆炸变形战斗部初探

爆炸变形装药战斗部是定向型战斗部的一种,可以提高破片战斗部对目标毁伤概率.本文介绍了爆炸变形战斗部模型弹设计中的主要关键技术,设计了爆炸变形战斗部模型,并通过实验测量了爆炸变形战斗部模型破片密度的空间分布,探讨了不同参数对破片密度分布的影响,得到了破片分布定向特征明显的爆炸变形战斗部.结果表明,与相同尺寸的柱形战斗部相比,爆炸变形战斗部飞向目标的破片密度可以大幅度地提高,而且初速也有一定程度的提高,对空中目标具有良好的毁伤效果.     

爆炸冲击载荷下固支单向加筋板的动响应及破损特性研究

以半穿甲反舰战斗部舱内爆炸的毁伤与防护问题为背景,研究多根单向加筋板结构在爆炸冲击波载荷作用下变形破坏特点及规律。利用有限元软件LS-DYNA开展爆炸冲击波对固支单向加筋板的毁伤作用数值仿真计算,分析近距离爆炸条件下单向加筋板的破坏过程,得到了在爆炸冲击波载荷作用下单向加筋板的变形破坏模式和典型爆炸冲击波载荷下加筋板变形规律。结果表明：加筋板在整体剪切或塑形大变形条件下,其最大无量纲挠度分别与无量纲冲击载荷和加强筋相对刚度之间呈明显的线性关系;在载荷确定情况下,通过改变加强筋相对刚度和无量纲冲击载荷可以确定加筋板失效模式以及失效模式之间转化的临界区域。     

杆式战斗部对柱壳装药的毁伤实验研究

利用某原型杆式战斗部对带防护的柱壳装药模拟靶进行了易损性毁伤实验研究。针对离散杆式破片毁伤和冲击波超压毁伤的实验结果进行了毁伤效应分析，与常用的Jacobs判据进行了对比。结果表明，离散杆式破片和冲击波超压引爆带防护的柱壳装药较难，但可对目标结构进行毁伤。     

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。     

近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯复合舱壁结构毁伤特性实验研究

为提高近距爆炸破片作用下夹芯结构的毁伤机理和防护能力,采用梯恩梯和预制破片开展了近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯结构的联合毁伤实验研究。揭示了破片的载荷特性,分析了芳纶纤维夹芯结构中各层结构的破坏模式,探讨了其抗毁伤机理,并与文献\[14\]中典型夹芯结构的防护能力进行了对比和排序。结果表明：夹芯防护结构中芯层起到了毁伤载荷的“中介”转化作用;通过对后面板撞击挤压,把着靶面积小、作用时间短且破坏能力强的破片点载荷转换为作用面积大、持续时间长的压力面载荷,扩大了载荷作用范围。综合材料质量和防护能力来看,气凝胶毡隔温层/高强聚乙烯夹芯结构防护能力优于芳纶纤维夹芯结构。     

导弹目标在可变形战斗部作用下毁伤特性的数值仿真研究

基于强度等效法对导弹目标各个关键部件建立等效模型,通过对可变形战斗部的一体化作用过程进行数值仿真,得到了目标在可变形战斗部作用下的毁伤图像.结果表明,可变形战斗部在目标方向的破片密度增益比较明显,能对目标造成严重毁伤;在自然破片和预制破片共同作用下,目标各部件发生不同程度的变形,对于等效壳体较薄的制导舱和发动机舱段,壳体变形较为严重.     

水下爆炸冲击波和气泡载荷对典型圆柱壳结构的毁伤特性

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明：冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。     

反辐射导弹战斗部多元毁伤效能研究

采用固体云爆剂驱动破片的方法,设计了一种反辐射战斗部,通过对目标的易损性分析,给出了冲击波及破片对目标毁伤的理论计算公式,分析对比了FAE与RDX装药对目标的高温毁伤情况。地面静爆试验结果表明战斗部在破片、冲击波及高温等多元毁伤方面具有理想的毁伤效果。     

薄钢板在CL-20基含铝炸药内爆载荷作用下的变形响应和工程预测

针对圆形钢板在内爆炸载荷作用下的变形响应问题,利用爆炸容器罐进行了一系列以六硝基六氮杂异伍兹烷 (CL-20)基含铝炸药为主的内爆炸试验。以圆形钢板作为容器罐装填口的密封结构来承受装药爆炸冲击载荷,开展了100 g、200 g两种装药量下10%、20%、30%3种不同铝含量的CL-20基含铝炸药内爆炸冲击加载密封钢板的测试试验;建立了密封钢板最大残余变形挠度的工程预测模型。结果表明：铝粉在后燃烧阶段释放的能量对冲击钢板变形能起到一定作用,密封钢板的最大残余变形量取决于炸药内爆炸初始冲击波的有效冲量（正相位冲量）;对于200 g装药量,随着铝含量由10%升至30%,初始冲击波有效冲量依次降低6.9%和7.8%,钢板的变形和失效程度减小,最大残余变形挠度依次减小5.3%和7.5%.     

水雾对舱内装药爆炸载荷的耗散效能试验研究

为了分析水雾对舰船舱内爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过舱内装药爆炸试验研究方法,在有限空间爆炸舱中心设置爆源,测量并对比在有无喷雾工况下舱内典型位置的壁压和准静态压力。结果表明：在水雾抑爆的舱内爆炸试验中,水雾对舱内爆炸载荷的准静态压力和超压峰值削弱作用明显,其中27.5 g梯恩梯爆炸角隅位置的初始冲击波超压衰减率为26.47%,二次反射冲击波波峰值衰减率达到27.27%,准静态压力衰减率达到31.82%;喷雾液滴分布特性相同情况下,随着装药量增加,水雾对冲击波和准静态压力的衰减效果不断降低。     

舱内设备对爆载荷毁伤效应影响的对比分析

舰艇舱室内常按其功能要求安装布置有不同的设备,目前舱室内爆毁伤相关研究主要关注毁伤元对无设备舱室结构的毁伤,而很少考虑舱室内设备对于毁伤效应的影响。基于有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了带加强筋舱室模型,分别分析了没有安装设备、安装一台设备和对称安装两台设备等三种工况的舰艇舱室,在受战斗部装药内部爆炸载荷作用时舱室结构和设备机柜等效物的毁伤情况,对比分析了设备对毁伤效应的影响。通过对比分析三种工况下毁伤过程、测点压力变化及舱壁飞散速度的结果表明,爆炸发生后,受设备遮挡作用,不同数量的设备将对舱室内部流场分布及角隅部位冲击波的汇聚产生影响,降低了舱室内的最大超压值、改变了最大超压出现的位置,使舱室结构的破坏过程发生变化。     

聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

为研究先进装甲目标内乘员部位冲击波毁伤效应,建立了典型装甲车辆乘员舱室模拟等效目标靶,开展了破甲弹静爆射流穿透装甲钢舱壁及炸药在舱内静爆条件下舱内冲击波试验。试验结果表明：聚能射流穿透装甲舱室后,在舱室内具有一定的冲击波毁伤效应;受射流穿透舱壁时舱体振动、测试位置、壁面反射、传感器安装方式等因素影响,测试波形差异较大;与裸装药在模拟装甲舱内爆炸的试验结果相比,聚能装药爆炸射流穿透舱壁作用下产生的冲击波波形更复杂;若采取无模拟舱底钢板的等效舱试验方法,更加有利于获取有效的超压测试波形。     

不同炸高爆炸条件地下工程内冲击波传播规律的工程算法

为了获取不同工况下工程内部冲击波的传播规律，采用可拼装式钢结构单元组成地下工程模型进行了48次不同炸高的模拟爆炸试验，在模型结构内部侧壁安装压阻式压力传感器测量冲击波波形，由实测数据拟合了深钻地爆炸条件下地下工程内冲击波正压冲量和正压作用时间的工程算法模型。结果表明，冲击波特征参量的取值主要与覆盖层配筋率、装药的比例炸高与比例爆距、结构横截面比例直径有关；模型相关系数大于0.8，平均误差小于20%，能为地下工程抗爆炸毁伤分析与设计提供荷载依据。     

复合装药威力性能试验分析

为研究复合装药威力性能,设计由高爆速理想炸药和含铝炸药组成的内外复合装药结构.在分析复合装药作用原理的基础上,采用压力传感器法研究不同装药结构的冲击波超压性能,利用靶网测速法研究不同装药结构对破片初速的影响.试验结果表明:相对于单一含铝炸药,外层高爆速炸药、内层由含铝炸药组成的复合装药结构可显著提高冲击波超压值和破片初速.     

爆炸震动对整体隔震电磁屏蔽室屏蔽效能的影响

为解决电磁屏蔽室在爆炸引起的地冲击震动下屏蔽效能严重下降的问题,结合自有专利技术的隔震器,设计建造了整体隔震电磁屏蔽室,并利用野外化爆试验及屏蔽效能测试,研究爆炸冲击震动对整体隔震电磁屏蔽室屏蔽性能的影响。测试结果表明,在累计装药量160 kg的多炮次爆炸冲击震动下,尽管输入的震动加速度峰值高达115 m/s²,但采取了整体隔震措施的屏蔽室底板加速度响应峰值仅18 m/s²,有效地减轻了冲击震动对屏蔽室的不利影响,实现了所设计的电磁屏蔽室屏蔽效能不出现较大损失,仍满足Ⅰ级屏蔽指标的要求。     

多层复合装药爆炸冲击波信号能量谱

为研究多层复合装药爆炸冲击波在不同频段内的能量谱特性,进行了不同长径比多层复合装药的爆炸试验。利用小波包分析原理分析爆炸试验测得的冲击波压力信号,获得不同长径比复合装药的冲击波压力信号能量谱,得到了不同频段内冲击波压力信号的能量谱特征规律。结果表明：复合装药的冲击波能量谱值随装药长径比的增加而增加,冲击波能量主要集中在低频段,不同长径比复合装药爆炸冲击波具有不同的能量分布且各频段的能量差异明显;近距离及大长径比复合装药爆炸冲击波的低频段能量具有较大的能量增长百分比,内外同时起爆时多层复合装药的冲击波压力信号总能量是中心起爆的1.55倍。研究结果可为复合装药结构下毁伤威力可控战斗部的设计及毁伤效能评估提供参考。     

杀爆战斗部破片与冲击波运动规律研究

通过对杀爆战斗部爆炸后破片运动及冲击波传播的研究,为提高破片和冲击波相遇位置的计算精度,理论推导了新的计算方法。采用Visual C＋＋开发破片与冲击波运动规律计算系统使计算方便。运用AN-SYS／LS-DYNA数值模拟了某预制破片战斗部爆炸后破片与冲击波的运动,数值模拟与该模型计算结果相符,较以往计算模型精度提高了8.3％。     

炸弹邻近爆炸对浅埋结构人防工程的毁伤效应

为研究炸弹邻近爆炸对人防工程结构的破坏效应,对半埋和全埋式浅埋结构人防工程进行不同爆炸距离作用和装药量下的模型结构抗爆试验研究。在1/3大缩比条件下,通过11批次爆炸试验分析人防工程结构的动力响应和破坏特征。结果表明：爆炸产生的空气冲击波作用到外墙上产生的超压大小与墙板刚度有关,外墙结构设计荷载应取墙面受力最大位置的荷载;炸弹在半埋地下室外墙邻近处触地爆炸与全埋地下室外墙邻近处钻地爆炸对工程结构的毁伤效应,不仅与作用到墙面的超压有关,而且与爆炸作用持续时间和周边介质情况以及介质中构筑物的情况密切相关。