铝粉比表面积与质量分数对浆状温压炸药爆炸冲击波影响的实验研究

将IPN作为含能液体组分,LiF作为惰性填充物质,利用FLQT—4、FLQ56和FLQ355A 3种牌号铝粉,配备了15种浆状温压炸药。在一半密闭爆炸室中进行空中爆炸实验,从冲击波超压和冲量两个方面讨论了铝粉比表面积和质量分数对实验装药冲击波输出的影响。结果表明:铝粉比表面积增大,冲击波峰值超压和冲量减小,铝粉质量分数增大,超压减小,冲量增大;对于只含有IPN和FLQ355A铝的配方,加入60%铝粉,冲击波峰值超压达到最大值,铝粉质量分数在40%～80%之间时,冲量随着铝粉质量分数的增加而呈线性增加。     

不同形状装药爆炸作用下地下管廊动力响应研究

探究装药形状对地下结构动力响应的影响，运用动力有限元分析程序，建立空气、土体、钢筋混凝土管廊和炸药的模型，利用流固耦合算法，对地下管廊在土中爆炸荷载作用下的响应进行研究。试验中常将TNT堆叠为方形集团装药对地下结构进行爆轰，而在实际情况，精确制导炸弹为柱状。比较柱状装药和集团装药在相同当量以及同一起爆位置爆炸时的响应，当比例距离小于0.5 m/kg^1/3时，柱状装药在相同比例距离的轴向超压大于径向超压，前者峰值约为后者峰值的1.12～4.79倍，在比例距离小于0.4 m/kg^1/3时，柱状装药径向超压大于同比例距离集团装药的轴向超压，爆炸冲击波沿装药轴向传播速度大于径向传播；两种装药顶爆作用下，主要是结构顶部竖向响应的区别，柱状装药对结构顶板的竖向扰动持续时间更长，顶板竖向加速度峰值在大舱顶板部位高出15.6%,小舱顶板部位高出12.2%,对于侧墙部位的加速度和位移影响并不是很大。表明装药形状对于结构动力响应有一定的影响，研究结果对防护工程结构以及内部附属设施设计提供参考。     

不同长径比柱形装药水下爆炸冲击波演化规律

为分析药柱形状对水下爆炸冲击波演化的影响。针对圆柱形装药中心起爆问题,在理论上建立了炸药与水交界面上初始冲击波压力及其传播方向的二维计算方法,借助于AUTODYN有限元计算程序开展了长径比1:2～10:1的圆柱形TNT在无限水域爆炸的数值模拟,并开展了长径比为1:1和2.6:1的圆柱形TNT的水下爆炸试验;对比理论、仿真和试验结果,验证了理论模型的合理性和数值模拟的有效性,分析了柱形装药水下爆炸冲击波的传播规律,重点分析了药柱长径比对不同爆距处冲击波压力分布及传播方向的影响。结果表明：圆柱形装药水下爆炸后,冲击波波阵面逐渐从柱形趋向椭球型再趋向球型,当冲击波传播至10倍无量纲爆距时高压区的转移结束;当长径比大于1:1时,炸药轴向(端面)的冲击波压力衰减速率大于径向(圆柱面)的衰减速率,冲击波峰值压力随着方向角的增大而单调增长;在1:1～5:1的长径比和20倍无量纲爆距范围内,增大药柱长径比可定向增强炸药径向的冲击波压力,药柱的形状对冲击波压力分布影响随着爆距增大而减小。     

温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播规律研究

温压炸药爆炸冲击波对坑道内的人员和设备构成严重威胁。在TNT爆炸试验数据验证的基础上,利用AUTODYN软件建立了炸药堵口爆炸的数值计算模型。基于JWL-Miller能量释放模型计算原理,通过与TNT冲击波的对比,研究了某型温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性;通过与空旷地面爆炸冲击波的对比,研究了坑道对温压炸药爆炸冲击波的约束作用。研究结果表明:温压炸药具有更大的破坏威力,温压炸药的超压峰值和正相冲量平均为TNT的1.91倍和1.82倍,其超压和冲量等效TNT当量系数分别为1.94和2.21;坑道对温压炸药冲击波的约束作用明显,其超压峰值和正相冲量平均值分别为空旷地面上的13.55倍和15.21倍。     

坑道内温压炸药冲击波传播特性的试验研究

为弄清温压炸药爆炸冲击波在坑道内的传播特性,考虑实际坑道口部特征,使用厚壁钢管和钢板加工了模型试验坑道。利用安装在模型坑道侧壁的压力传感器,分别实测了HMX基温压炸药和TNT口外爆炸时坑道内不同距离处的冲击波波形。通过对比分析,研究了该温压炸药冲击波波形及其参数在坑道内的传播特征。试验结果表明:温压炸药波形具有冲击波的典型特征,该温压炸药爆炸冲击波传播速度、超压峰值、正压持时和正向冲量均大于TNT,坑道深处其平均超压峰值、正压持时和正向冲量分别为TNT的1.19、1.31和1.53倍。利用坑道内冲击波传播的经验公式反推,得到试验用温压炸药爆炸冲击波超压峰值和正向冲量的平均等效TNT当量系数分别为1.79和1.99。表明该温压炸药冲击波比TNT具有更大的威力。     

铝粉含量和粒度对HMX基炸药空爆性能的影响

为了分析不同铝粉含量及颗粒尺寸对炸药空中爆炸性能的影响,笔者利用含铝炸药的自由场空爆试验,测试了不同配方的含铝炸药空爆超压、正压作用时间和空爆冲量,对试验结果进行了比较分析。对于HMX基含铝炸药,铝粉的质量分数为30%~35%时,超压和冲量较高;当铝粉的质量分数超过35%时,超压和冲量趋于降低。自由场传感器测定结果显示,超压和冲量在4.5 m的较远距离处、铝粉的质量分数约30%时有最大值。当铝粉的质量分数约为30%时,含纳米铝粉炸药的超压和冲量低于含微米铝粉炸药。     

TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟

准确预测三波点的位置和揭示三波点的规律,对工程防护和实现弹药的高效损伤有着重要作用。基于LS-DYNA有限元软件,利用数值模拟方法研究了TNT炸药在混凝土地面上形成爆炸冲击波的三波点运动轨迹,并初步揭示了炸高、药量和炸药形状等因素对三波点高度的影响。研究表明:在爆炸场中,爆炸冲击波以炸药为中心向四周传播,三波点轨迹的高度均呈现逐渐增高的变化趋势。不论改变炸药的药量还是炸高,三波点高度的增速在中场(4.0~7.0 m)都较缓,而进入远场(7.0 m)增速骤增。当炸药的炸高和药量相同,炸药形状不同时,圆柱状炸药在中场爆炸形成的三波点高度比长方体炸药略高,且高度增速都较缓;而在远场三波点的高度基本相等,且增速急剧上升,趋于定值。与炸药形状的影响相比,炸高和药量对TNT炸药爆炸冲击波的三波点高度的影响较大。     

TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟

准确预测三波点的位置和揭示三波点的规律,对工程防护和实现弹药的高效损伤有着重要作用。基于LS-DYNA有限元软件,利用数值模拟方法研究了TNT炸药在混凝土地面上形成爆炸冲击波的三波点运动轨迹,并初步揭示了炸高、药量和炸药形状等因素对三波点高度的影响。研究表明:在爆炸场中,爆炸冲击波以炸药为中心向四周传播,三波点轨迹的高度均呈现逐渐增高的变化趋势。不论改变炸药的药量还是炸高,三波点高度的增速在中场(4.0⁷.0 m)都较缓,而进入远场(>7.0 m)增速骤增。当炸药的炸高和药量相同,炸药形状不同时,圆柱状炸药在中场爆炸形成的三波点高度比长方体炸药略高,且高度增速都较缓;而在远场三波点的高度基本相等,且增速急剧上升,趋于定值。与炸药形状的影响相比,炸高和药量对TNT炸药爆炸冲击波的三波点高度的影响较大。     

装药量对温压炸药爆炸毁伤威力的影响

为了获得温压炸药装药量对近地空中爆炸的能量输出结构的影响规律,开展了质量为0.5、1.0、2.0 kg的温压炸药近地空爆试验,并使用压力传感器、高速摄像机、红外热成像仪记录了爆炸冲击波和爆炸火球参数。使用TNT超压经验公式对0.5、1.0、2.0 kg装药的空中入射冲击波、地面冲击波的超压峰值进行拟合,建立了冲击波超压峰值衰减规律方程。根据高速摄像机和红外热成像仪的测试结果,建立了基于装药量的爆炸火球直径、火球持续时间和火球温度最高时刻热通量的拟合方程。对比0.5、1.0、2.0 kg装药的爆炸火球图像和温度曲线可以看出：随着装药量的增加,爆炸火球的最高温度、火球尺寸(直径×高度)以及持续时间均有一定的增加,高温区域在火球面积中的占比也有所提升。     

常规武器坑道口部爆炸效应的试验与数值模拟分析

通过现场试验和LS-DYNA有限元数值模拟方法研究了不同装药长径比对坑道内空气冲击波超压的影响.数值模拟计算结果与试验数据表明,常规武器战斗部装药长径比的增加引起了坑道内部空气冲击波超压明显增大,破坏能力得到增强.该结论为坑道防护设计提供了较好的参考依据.     

基于爆炸现场破坏分析的TNT当量快速估算方法研究

综合多年一线反恐经验,针对自制爆炸装置的TNT当量估算展开研究。一方面,根据现场勘查得到的冲击波超压对人体的杀伤程度,并参考炸点位置和地质强度,计算得到爆炸物的TNT当量;另一方面,分析了在不同环境下(空气中、软性地面、硬性地面)爆炸后形成的冲击波超压△pm的计算公式,同时结合冲击波对现场的破坏程度,计算得到爆炸装置的TNT当量。最后,可由TNT当量以及现场判定的炸药类型换算得到自制爆炸装置的装药质量。该方法成功地在多次案例分析中得以运用推广。研究成果对于勘察已爆现场、侦破涉爆案件、指导公安反恐防爆工作具有重大意义。     

不同组分温压炸药的爆炸冲击波特性

为了更好地运用炸药爆炸的毁伤能力,采用相关实验手段对不同组分温压炸药的冲击波超压、正压作用时间及冲量等反应爆炸冲击波特性的参数进行了研究,并将测得的实验结果与TNT的爆炸冲击波特性进行了对比分析。结果表明,两种温压炸药W-1、W-2的爆炸性能均强于TNT炸药,且由于固液混合相温压炸药W-2中各组分混合得更为均匀,其爆炸性能强于固相温压炸药W-1,可为进一步研究温压炸药毁伤效应提供参考。     

不同组分温压炸药的爆炸冲击波特性

为了更好地运用炸药爆炸的毁伤能力,采用相关实验手段对不同组分温压炸药的冲击波超压、正压作用时间及冲量等反应爆炸冲击波特性的参数进行了研究,并将测得的实验结果与TNT的爆炸冲击波特性进行了对比分析。结果表明,两种温压炸药W-1、W-2的爆炸性能均强于TNT炸药,且由于固液混合相温压炸药W-2中各组分混合得更为均匀,其爆炸性能强于固相温压炸药W-1,可为进一步研究温压炸药毁伤效应提供参考。     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^(1/3)≤Z≤3 m/kg(1/3)≤Z≤3 m/kg^(1/3)之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

高能炸药毁伤威力数值仿真实验研究

采用AUTODYN分别对2.0 kg球体裸装药TNT、H6、AL/AP-HE和PBX90104种常用爆炸材料建立数值仿真模型,对爆炸冲击波及热毁伤效应进行仿真分析,并对冲击波超压峰值和温度场温度进行对比分析.结果表明:不同爆炸材料爆炸产生的毁伤效应存在很大差别,在同等装药质量下,4种爆炸材料冲击波超压峰值PBX9010...     

刚性地面对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究刚性地面对爆炸冲击波传播特性的影响,采用ANSYS/LS-DYNA对TNT炸药在刚性地面工况下起爆后的整个过程进行了数值分析,得到了刚性地面工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数,并将其与自由空气工况下爆炸冲击波的传播规律以及特征参数进行了对比分析。建立了TNT炸药在刚性地面工况下起爆后,比例距离在0.5 m/kg^1/3≤Z≤3 m/kg^1/3之间时的冲击波超压峰值简便计算公式,分析了起爆高度对刚性地面附近冲击波的影响规律,并得到了刚性地面反射增强效应作用范围的判别公式。数值分析所得结果可为结构或构件在刚性地面上发生爆炸时荷载的初步确定提供一定的参考。     

钢筋混凝土隔离墙抗爆性能数值模拟研究

为了研究钢筋混凝土隔离墙在爆炸荷载作用下的动态响应和抗爆性能,采用LS-DYNA有限元软件建立9 m跨度隔离墙结构简化模型,模拟了不同药量和爆炸距离下隔离墙的动态响应。将模拟结果与经验超压公式计算结果和已有试验结果对比,验证了爆炸荷载和材料参数选取的合理性,分析了结构的破坏过程、冲击波作用规律、墙面荷载分布规律和结构变形情况。结果表明:建立的数值模拟可以较好地模拟爆炸冲击波与结构的相互作用;墙面冲击波压力衰减速率与药量和爆炸距离密切相关,墙面压力衰减幅度可达97.8%。在相同药量时,随着爆炸距离增加,墙体底部压力减小,顶部冲量增加;墙体结构由小变形转变为结构整体的较大变形;比例距离小于0.376■时,墙体底部容易发生剪切破坏。模拟结果可以为抗爆隔离墙的设计提供依据。