水下线型聚能切割器内外炸高对射流侵彻性能的影响

借助ANSYS/LS-DYNA程序,对线型聚能切割器在水下切割钢板的性能进行了数值模拟研究,并通过试验对数值模拟仿真结果进行了验证。通过数值模拟和试验对比,重点分析了水下聚能切割器空气内炸高和水外炸高对射流侵彻靶板的特性影响。数值模拟和试验结果表明:聚能槽内的水介质会阻碍射流的形成,严重影响切割性能,设置适量的空气内炸高并减小水外炸高,可以提供射流形成的空间,大幅提高射流的侵彻能力;空气内炸高越小,射流的形成越不充分,形成射流的速度和动能越小,侵彻能力越弱。     

线型聚能切割器切割靶板过程相似率的数值模拟

利用相似理论分析了线型聚能切割器(LSCC)切割钢靶板过程的相似参数,建立了该钢靶板的相似率关系。在此基础上以文献〔5〕中的线型聚能切割器为计算模型,应用ANSYS/LS-DYNA3D软件对其进行模拟,通过与试验结果对比证明了模拟的正确性。然后对满足模拟比的聚能切割器切割靶板的过程进行了模拟,对比分析了其射流头部速度及侵彻深度。结果表明,相似率模型在线型聚能切割器切割靶板过程中是成立的。     

线型聚能切割器切割靶板过程相似率的数值模拟

利用相似理论分析了线型聚能切割器(LSCC)切割钢靶板过程的相似参数,建立了该钢靶板的相似率关系。在此基础上以文献〔5〕中的线型聚能切割器为计算模型,应用ANSYS/LS-DYNA3D软件对其进行模拟,通过与试验结果对比证明了模拟的正确性。然后对满足模拟比的聚能切割器切割靶板的过程进行了模拟,对比分析了其射流头部速度及侵彻深度。结果表明,相似率模型在线型聚能切割器切割靶板过程中是成立的。     

线型聚能切割器水下切割钢板性能的数值模拟研究

借助ANSYS/LS-DYNA软件对线型聚能切割器水下切割钢板性能的影响因素进行了数值模拟研究。重点分析了水介质、有无药型罩和带有空气槽对射流侵彻靶板的特性影响。结果表明:聚能槽内的水介质会阻碍射流的形成,严重影响切割性能;带有空气槽的切割器可以提供射流形成的空间,大幅提高射流的侵彻能力;通过对无药型罩切割器水下切割钢板的数值计算,得到的钢板侵彻深度可达15.3 mm,相比有药型罩时,无药型罩的切割深度有了很大提高,侵彻深度大约是有药型罩的3倍,接近空气中线型聚能切割器对钢板的切割深度17.2 mm。     

线型聚能切割爆破的理论研究

通过对线型聚能爆炸切割器的高速碰撞问题建立不可压缩流体模型,推导获得了爆炸切割射流参数的解析解,将之与聚能破甲理论结合,详细分析了爆炸切割器的设计要点。文中系统地说明了线型聚能切割爆破的切割深度、切割器设计炸高、聚能罩最佳顶角、聚能罩材料等与切割器参数的关系。进而利用所建立的流体聚能切割理论模型,对聚能切割器顶部同步起爆、沿顶部线性和外表面高速起爆问题都进行了理论解析和研究,分析了各种起爆方式的切割射流与破甲特点,以及对切割器参数设计的影响等。还根据滑移爆轰、等容爆轰、正向起爆对飞片驱动能力的对比分析,结合所建立的聚能切割理论,说明了高速起爆可以提高切割能力的原理。通过分析对比各种装药质量比下飞片的爆炸能量利用率,指出了爆炸切割器设计药量的选取原则。对于复杂的三维爆炸聚能切割理论问题,笔者尽量采用简洁直观的数学方法进行理论推导,着重对物理概念的阐述与分析,以求对线型聚能爆破的理论和技术发展起到促进作用。     

线型聚能切割爆破的理论研究

通过对线型聚能爆炸切割器的高速碰撞问题建立不可压缩流体模型,推导获得了爆炸切割射流参数的解析解,将之与聚能破甲理论结合,详细分析了爆炸切割器的设计要点.文中系统地说明了线型聚能切割爆破的切割深度、切割器设计炸高、聚能罩最佳顶角、聚能罩材料等与切割器参数的关系.进而利用所建立的流体聚能切割理论模型,对聚能切割器顶部同步起...     

基于SPH方法对不同药型罩线性聚能射流形成及后效侵彻过程的模拟

为了解决传统基于网格的数值方法在模拟线性聚能射流问题时因大变形而导致网格畸变使计算难以进行的问题,本文通过自编程实现的光滑粒子法（SPH）对不同药型罩线性聚能装药射流形成及其侵彻金属靶板的过程开展了数值模拟研究,所实现的算法可以为线性聚能射流数值模拟研究提供新途径。本文所开展的研究首先基于已有的线性聚能射流试验模型进行模拟分析,采用SPH方法有效实现了线性聚能射流的形成过程,数值模拟获得的射流头部速度与试验比对误差在10%以内。然后建立了装药质量、药型罩质量和装药横截面宽度相同的前提下不同药型罩线性聚能射流模型,数值模拟获得不同药型罩形成的射流特征以及侵彻金属靶板的开口宽度和侵彻深度随时间的变化规律。研究得到的不同药型罩线性聚能射流形成及后效侵彻规律可为线性聚能射流的设计提供参考。     

碳纤维复合材料编织板的爆炸分离研究

为探究碳纤维复合材料编织板的爆炸分离方法,通过C型聚能装药结构、线性聚能切割器2种切断方法进行试验探究,并利用AUTODYN软件进行数值模拟,分析切口处粒子飞散速度,结合Tsai-Wu张量强度准则分析复合板断裂程度。试验结果表明：C型聚能装药结构和线性聚能切割器均能成功切断复合板,C型聚能装药结构由一次强激波压缩切断复合板,切口较为平整;线性聚能切割器由于未设炸高,在未充分形成的射流和拉伸波的作用下,导致切口有较大损伤,没有C型聚能装药结构切口平整。模拟结果表明复合板在分离过程中经历了4个阶段,切口粒子形成2次峰值速度;由Tsai-Wu张量计算出复合板断裂完全,各个监测点的F值都比恰好断裂的时的F值大2～8倍左右,试验药量较大,应适当减少药量,为今后的优化试验奠定了基础。     

半正方形罩线型切割器的数值模拟研究

半正方形药型罩也可以看作两个楔角90°楔形药型罩相对排列在一起而演化出的一种线型聚能装药结构。应用LS-DYNA非线性有限元软件完成了爆炸载荷下半正方形罩线性切割器形成射流过程的数值模拟。结果表明,半正方形罩线性切割器能形成一股片状扇形聚能射流;半正方形罩线型切割器形成射流存在一个初始射流二次汇聚的过程,二次汇聚形成的射流速度比一次汇聚射流速度提高了33%以上;半正方形罩线型切割器形成射流速度要明显高于普通线型切割器;随药型罩厚度的增加,半正方形罩线型切割器形成射流速度降低。     

LSC射流成型的X光试验与三维数值模拟

为了获得单角度楔形罩线型聚能装药的射流成型特点和规律,利用ANSYS/LS-DYNA建立了三维全尺寸装药模型,并对其进行了数值模拟,采用脉冲X射线摄影仪对药型罩材料的运动过程进行摄影,并对两者进行了对比研究。结果表明,数值模拟获得的不同起爆点位置条件下各时刻的射流横断面和正面形状与脉冲X射线摄影试验获得的基本一致,不同时刻射流头部距罩底部的距离误差和射流头尾之间的距离误差分别在7.2%和24.3%以内。因此,该三维数值计算模型可以用来模拟实际的切割器,获得的射流成型特点和规律能够较好地反映实际的射流成型过程,为研究线性聚能装药的射流成型机理提供参考。     

起爆形式对线性成型装药射流形成的影响

以工程中常用的柔性切割器为研究对象,在不考虑端部效应的前提下对三种起爆方式下线性成型装药射流形成差异进行了理论和数值模拟分析,得出了不同起爆方式下射流头部速度的大小关系、射流内部速度的分布规律。在此基础上进一步提出了三种起爆方式下线性成型装药切割目标的恰当的数值模拟方法。     

不同装药结构的双向聚能药包爆破数值研究

为了对比不同装药结构的双向聚能装药爆破效果、更好地指导工程实践,基于ANSYS/LS-DYNA的SPH和ALE方法,在保证椭圆长短轴比为15:11、长轴为30 mm的情况下,研究了聚能管材料分别为紫铜和PVC时椭圆双极线型双向聚能药包爆破随锥角的变化规律,同时分析不同外壳形状对聚能射流的影响.结果表明:药型罩为紫铜的情...     

线型聚能切割器在工程爆破中的应用研究

以线型聚能装药切割器技术在某爆破工程中应用的实例,分析了线型聚能射流切割目标的原理及影响因素,提出了对于一般常用钢构件材料条件下工程爆破采用线型聚能切割器的参数设计方法,进而展望了此器材在工程爆破中应用的发展前景.     

不同装药结构的双向聚能药包爆破数值研究

为了对比不同装药结构的双向聚能装药爆破效果、更好地指导工程实践,基于ANSYS/LS-DYNA的SPH和ALE方法,在保证椭圆长短轴比为15∶11、长轴为30 mm的情况下,研究了聚能管材料分别为紫铜和PVC时椭圆双极线型双向聚能药包爆破随锥角的变化规律,同时分析不同外壳形状对聚能射流的影响。结果表明:药型罩为紫铜的情况下,随着椭圆双极线型聚能药包锥角不断减小,装药面积逐渐减小,但聚能射流头部速度增大;随着药型罩锥角不断减小,用于形成杵体的药型罩质量增大,用于形成射流的药型罩质量有所下降;聚能管材料为PVC时与聚能管为紫铜聚能药包爆破的变化规律基本一致;椭圆+直线型外壳和椭圆型外壳形成的聚能射流头部速度基本一致,但前者相对后者节省药量,此外两者形成的射流头部速度相对直线型外壳的要小;SPH和ALE两种算法实现的计算结果趋于一致,表明采用数值模拟方法的有效性。研究结果对线型聚能装药结构及参数优化具有一定的指导意义。     

岩石控界切割锥形聚能射流的优化设计及试验

对聚能装药形成射流冲击岩石展开研究,通过线性聚能装药和锥形罩聚能装药的爆炸破岩对比试验、数值模拟以及岩石断裂力学分析认为,采用锥形罩聚能装药结合初始裂纹形式时,能量利用率更高,能对岩石产生更好的劈裂效果。为得到高速锥形射流,运用正交分析和数值仿真对聚能装药进行了优化设计,优化后的锥形罩聚能装药的参数为:炸高15 mm、药型罩锥角84°、药型罩厚度1.35 mm。优化后的岩石劈裂试验中,两个锥形罩聚能装药同时爆炸作用于岩石,在初始裂缝的引导下形成了长度达120 cm的定向平直裂纹。该试验验证了多点锥形罩聚能装药应用于岩石控界切割技术的有效性,可应用于精细化要求的边界控制爆破。