水下爆炸中铝圆柱壳的载荷分析

显式瞬态动力学软件（MSC/DYTRAN）已经被使用在水下爆炸分析中,最新发布的该软件版本中,一种新的ALE流体-结构耦合技术已经在多材料欧拉解法中引入,为了显示这种新型相互作用技术在水下爆炸分析中的功能,进行了包括水下爆炸铝圆柱壳受载的试验,结果表明,试验和分析结果吻合的很好,采用新型ALE时,CPU的时间效率提高了2倍。     

水下爆炸冲击波作用下小型多舱圆柱壳的塑性响应

运用数值计算与水下爆炸试验相结合的方法研究了水下爆炸冲击波作用下小型圆柱壳的塑性响应。通过引入金属材料的Johnson-Cook(J-C)强度模型,应用国际通用软件ABAQUS的声固耦合算法分析计算了小型圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的塑性变形,并进行了试验验证。     

水下爆炸作用下圆柱壳周围压力场分布

为研究水下爆炸对鱼雷、水雷等水下目标的破坏机理开展了一次水下爆炸试验,采用长2.2m、直径0.53 m的圆柱壳结构作为目标,采用1 kg标准TNT球形装药作为爆源在水平距离5.5m处爆炸,测量了圆柱壳正面、背面和侧面的压力场,得到了冲击波时程曲线,测量及分析结果表明:正面和侧面由于反射波的影响均会发生截断效应,背面由于前驱波影响前段上升缓慢,当冲击波到达时迅速上升,之后以指数形式衰减,圆柱壳结构正面的冲击波冲量最大,侧面次之,背面最小,对于结构侧面的破坏作用最小.     

炸药水下爆炸气泡脉动周期工程计算方法

在前入水下爆炸实验研究的基础上,引入柱形和球形装药的修正因子,建立了炸药水下爆炸气泡脉动周期的工程计算方法,揭示了炸药爆热与水下爆炸气泡脉动周期的关系,通过实验进行了验证,其计算误差小于5%,实现了不同炸药、不同装药结构水下爆炸气泡脉动周期准确的计算。该计算方法的建立为水下炸药配方设计、水中炸药性能评估提供重要的科学依据。     

水下爆炸载荷下舰船双层底部结构的毁伤特性

为研究舰船双层底部结构在水下爆炸载荷下的毁伤特性,进行电火花气泡与带破口双层结构模型相互作用实验,使用高速摄影机捕捉气泡在带破口双层结构下方的脉动特征,并使用LS-DYNA软件对该实验工况进行模拟,通过实验验证数值模型的有效性。在此基础上建立实尺度舰船双层底舱段有限元模型,通过改变爆距和双层板间水位,设置15个模拟工况,深入分析冲击波和气泡载荷对舰船双层底部结构的毁伤特性。研究结果表明：爆距较小时,外底板出现破口,内外底板之间的内气泡的膨胀作用加剧外底板破口的撕裂,同时使内底板出现塑性变形;爆距较大时,外底板仅发生变形,并与内底板接触,同时带动内底板的变形。双层板间水位较低时,冲击波载荷衰减较大,对内底板毁伤作用较小,此时内气泡的膨胀对内底板的变形起到主要作用;双层板间水位较高时,冲击波载荷衰减较小,冲击波和气泡脉动二次压力波载荷通过水介质共同作用到内底板,使内底板产生变形。     

基于DYTRAN软件的三维水下爆炸气泡运动研究

应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水下爆炸气泡的脉动规律。通过引入新的流场边界处理技术对不同TNT药量在同一水深、相同TNT药量在不同水深等多种工况下气泡脉动的过程进行了数值计算。分析和总结了球形TNT药包在不同装药量下气泡的半径及脉动的周期,得出了气泡脉动时气泡半径的时间历程曲线,并将计算结果与经验公式进行了对比分析。结果表明：计算结果与经验公式具有较好的一致性,有限元模型正确、有效,结果准确。计算模型、方法及结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

水下爆炸两气泡相互作用的数值计算研究

基于MSC.DYTRAN有限元软件中的EXINIT及EXFLOW2接口分别开发、定义了三维流场静水压力与边界条件的子程序;以Frost提出的气泡体积加速度模型为基础,确定了水下爆炸气泡脉动的初始条件,对水下爆炸单一气泡脉动过程进行了数值模拟;通过将气泡脉动半径、周期与经验公式对比,验证子程序开发的正确性与计算结果的准确性。以单一气泡运动模型为基础,建立水下爆炸两气泡运动的计算模型,研究两气泡水平距离、竖直距离及初始角度等参数对气泡运动与融合、射流角度、射流速度的影响规律。气泡运动建模思路、计算方法与结果对水下爆炸两气泡运动特性的研究具有一定参考价值。     

泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响

为了研究泡沫铝材料对水下爆炸冲击波的衰减特性,将泡沫铝材料制成不同壁厚的泡沫铝壳,初步研究了泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响.利用水下压力测试系统,分别测试了裸太安(PETN)药柱和将PETN药柱分别放入壁厚为1.5,2.5,3.5 cm的泡沫铝壳中爆炸条件下,距药柱0.5 m处的冲击波时程压力.通过对数据分析,发现...     

高速摄影技术在水下爆炸气泡脉动研究中的应用

利用APX-RS数字式高速相机拍摄了PETN炸药水下爆炸气泡自由场脉动过程、气泡与边界相互作用水射流形成过程的清晰图像。采用氙灯照明光源,高速相机幅频可以达到6000s-1,采用在水箱壁贴低密度材料的方法来降低反射冲击波对气泡脉动过程的影响,由高速相机测试结果分析得到的气泡脉动参数与8kg爆炸水池试验结果一致,验证了光学测试结果的真实性。     

水下爆炸冲击波毁伤鱼雷壳体结构的数值仿真研究

运用ANSYS／LS-DYNA程序对鱼雷壳体结构在近场水下爆炸冲击波作用下的毁伤过程进行了数值仿真,研究了鱼雷壳体的毁伤规律,分析了鱼雷内部构件的存在对于鱼雷壳体毁伤的影响,研究了鱼雷不同舱室壳体的易损性。仿真结果表明：在近场水下爆炸冲击波作用下,鱼雷壳体的毁伤具有局部性特点;内部构件对于鱼雷壳体的动态响应有显著影响,在仿真时必须考虑内部构件;鱼雷不同舱室壳体的易损性有较大差别,对于文中的鱼雷而言,在同样的冲击载荷作用下,鱼雷控制舱壳体的塑性变形较大,而后舱壳体更易产生等效应变。     

水下爆炸对比格犬损伤试验研究

为研究水下爆炸下水中作战人员的损伤模式和阈值,作者使用试验专用比格犬作为人体替代物,分别开展了克级、千克级TNT水下爆炸试验,直接观察到比格犬在水下爆炸冲击波与气泡脉动作用下的全过程响应,试验结果表明：水下爆炸作用下,含气器官如肺、听器等,遭遇冲击波、气泡、负压等载荷的作用,损伤最为严重,且无论头部是否露出水面,脑部都会产生一定程度的损伤;在同等水下爆炸条件下,潜泳战位比格犬的损伤半径约为泅渡战位的2.5倍;获取了泅渡与潜泳战位比格犬在水下爆炸下的损伤模式和阈值,可为人员水下爆炸冲击伤预测和救治提供参考。     

不同水深爆炸气泡运动特性仿真

为了研究不同水深对水下爆炸气泡运动特性的影响,采用有限元软件LS-DYNA建立了典型装药在不同水深下爆炸的仿真模型,计算并给出了不同水深条件下的爆炸气泡半径的时间历程曲线和压力场参数,并与经验值进行了比较,表明了有限元模型的正确性.通过对爆炸气泡的最大半径、脉动周期及压力场的对比分析,得出了不同水深压力对爆炸气泡脉动的影响规律,仿真结果表明,对于相同的装药,最大爆炸气泡半径和脉动周期都随水深增加而变小;爆炸场中气泡上部的压力最大,侧面次之,下部最小.本文的研究结果可以为水中兵器战斗部毁伤威力的评定提供参考.     

水下爆炸冲击波载荷沿燃气轮机结构传递特征

为研究水下爆炸条件下冲击波载荷对燃气轮机结构的损伤特征,开展水下爆炸冲击波载荷沿燃气轮机主结构的传递规律研究,通过等效力学模型对燃气轮机进行载荷传递预报。针对燃气轮机传递路径上测得的有限元仿真加速度信号,使用经验模态分解法和与之对应的希尔伯特-黄变换对信号进行时频域分析和能量分布分析。分析结果表明：针对水下爆炸冲击波载荷,基于希尔伯特-黄变换及经验模态分解法可以得到冲击波载荷所包含的频率信息以及载荷强度等信息;沿燃气轮机传播路径的冲击波能量,随载荷传递距离的增加,高频能量占比有所降低,与燃气轮机的应力响应相对应;燃气轮机力学模型能够预测燃气轮机的载荷传递情况,该结果对燃气轮机抗冲击防护具有借鉴意义。     

圆柱壳体结构在侧向爆炸冲击波载荷下的塑性破坏

在相关理论和假设的基础上,给出了自由状态下阶梯形质量分布金属圆柱壳体在侧向非对称脉冲载荷下的变形和运动方程,针对矩形脉冲载荷得出塑性响应解及临界断裂破坏判据,理论预测与实验结果吻合较好。     

基于LS-DYNA软件的水下爆炸数值模拟研究

文中就LS—DYNA软件在水下爆炸数值模拟中的应用,在近场爆炸、远场爆炸、气泡脉动等方面的具体实现方法以及各项计算参数对计算结果的影响进行了研究。     

爆炸气泡帷幕对水中冲击波能量的衰减特性

在传统气泡帷幕减震技术的基础上,提出了爆炸气泡帷幕削能新理念,并对爆炸气泡帷幕削能设想进行了实验研究,发现在本实验条件下爆炸气泡帷幕能有效衰减冲击波峰值压力,且衰减量高达60%,对冲击波比冲量的衰减高达62.2%;采用小波包分解技术对爆炸气泡帷幕的削能效果进行评判,发现爆炸气泡帷幕对各频段的冲击波能量衰减效果明显,绝大部分频段的能量衰减都在50%以上;爆炸气泡帷幕能够有效消除水下爆炸冲击波的高频部分,爆炸冲击波通过爆炸气泡帷幕后只有低频成分,且低频成分能量大大削弱。     

低能量导爆索水中爆炸气泡的脉动现象

为了推动爆炸气泡帷幕减震技术的研究,揭示低能量导爆索水下爆炸气泡脉动规律,采用高速摄影系统对水平和竖向放置的单根及两根低能量导爆索水下爆炸气泡脉动特性进行了实验研究,得到了其不同放置方式下的气泡脉动特性。结果表明,水平放置单根低能量导爆索水下爆炸首次气泡脉动形状保持圆柱形,第一次气泡脉动周期为11.5 ms,最大直径为6.9 cm;水平放置两根低能量导爆索第一次气泡脉动周期为14 ms,22 ms时两气泡开始相互融合,形成一气泡帷幕层,比单根水平放置低能量导爆索第一次气泡脉动周期长。竖向放置两根低能量导爆索第一次气泡脉动周期为27.5 ms,比单根低能量导爆索第一次气泡脉动周期长,79.5 ms时形成完全融合的气泡帷幕,323 ms时该气泡帷幕仍清晰可见。将低能量导爆索竖向布置缠成网状,气泡脉动持续时间长,有利于爆炸气泡帷幕的形成。     

水下爆炸对水下目标的毁伤试验研究

为研究水下爆炸对蛙人的毁伤效果,进行了GUHL-1的水下爆炸试验,得到不同爆距处冲击波峰值压力。通过计算获得GUHL-1炸药水中爆炸自由场冲击波压力峰值和爆距的关系。同时对几种反蛙人武器系统的毁伤效果进行了分析,为今后反蛙人武器系统的设计提供参考。     

聚能战斗部水下爆炸载荷特性

为研究聚能战斗部水下爆炸产生的冲击波及侵彻体的载荷特性,建立聚能战斗部水中自由场爆炸及侵彻含水夹层复合靶的数值仿真模型,获得冲击波强度和测点相对位置的关系,研究有、无药型罩下战斗部对含水夹层复合靶的毁伤差别及冲击波、聚能侵彻体的毁伤效果。结果表明:聚能战斗部水中爆炸冲击波强度在相同爆距下与空间位置有关,但差距不大,聚能侵彻体利用炸药的部分能量形成集中于一个方向的强动载荷。     

小药量水下爆炸对水下目标的毁伤有效值评估

针对水下目标的小药量水下爆炸试验,分析影响试验效果的主要因素和破坏参数,对试验数据利用判别分析方法对水下爆炸对目标毁伤的有效性问题进行了定量分析,给出了目标毁伤曲线,确定了目标的毁伤范围,该曲线较好地反映了水下爆炸对水下目标的有效毁伤距离。