侧向爆炸荷载下金属圆柱壳动力屈曲模态的实验研究

对金属圆柱壳在其中心部位经受75g柱状TNT炸药侧向爆炸冲击时的动力屈曲进行了实验研究,系统分析了3种壁厚的金属圆柱壳在不同爆炸距离下受侧向爆炸冲击的变形历程、最终变形模式和能量分配方式。得出了金属圆柱壳受侧向爆炸载荷时的4种典型屈曲模式及其相应的屈曲参数指标值,为金属柱壳结构爆炸破坏分级及结构抗爆设计提供了实验依据。     

深水环境中水下爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应的数值模拟研究

基于通用有限元程序ABAQUS,运用静力分析和动力分析相结合的研究方法,对深水环境中圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟研究,分析了深水中圆柱壳动态响应的影响因素,研究了圆柱壳的破坏随深度而变化的规律.研究结果表明:在同样的冲击波载荷作用下,圆柱壳的毁伤程度随着所处深度的增大而逐渐加重;爆距不变时,不同爆心方位所对应的圆柱壳的响应不同;预应力的存在使圆柱壳毁伤程度有所增加,并且预应力对圆柱壳响应的影响与爆心方位有关;能够导致圆柱壳破坏的炸药质量随深度增加而迅速减小;圆柱壳在浅水中和深水中的破坏机制不同,前者是由于冲击波的作用,而后者是冲击波和静水压力联合作用的结果.     

隧道瓦斯爆炸数值分析与爆源类型确定研究

以数值模拟方法研究工程中的瓦斯爆炸问题时首先需确定爆源,当前常采用等效TNT当量法与可燃气体法。建立流固耦合数值模型,通过对两爆源分别在自由空间、半自由空间爆炸作用下爆炸冲击波的传播特征与结构的动力响应进行分析,研究了两种爆源的爆炸特征。以洛带古镇隧道瓦斯爆炸致灾为工程背景,分析了在两爆源爆炸作用下衬砌结构的损伤特征,在TNT爆炸作用下衬砌结构近爆区损伤严重,远离爆心区域有少量损伤裂缝;在可燃气体爆炸作用下衬砌结构遍布裂缝损伤较均匀。经比较,可燃气体法模拟爆源的数值计算结果与隧道实际损伤情况基本一致,说明以可燃气体为爆源时更能真实反映隧道衬砌结构损伤特征,表明研究方法合理、计算参数取值可靠。     

水下爆炸载荷作用下加筋圆柱壳结构弹塑性动力响应研究

以加筋圆柱壳模型为分析对象,应用MSC—DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件建立水下爆炸载荷作用下流固耦合数值分析模型,对冲击因子为1.1的典型试验工况进行数值模拟,分析了加筋圆柱壳在爆炸载荷作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,验证了数值模拟方法的正确性和有效性,进一步通过大量数值试验,分析了爆炸攻角、模型浸深对加筋圆柱壳弹塑性响应的影响,最后对气泡脉动载荷的二次毁伤效应进行了探讨。数值结果表明：同等当量炸药在相同爆距、相同浸深下,90°攻角总是最危险的爆炸角度,0°攻角与其他攻角相比,毁伤效果总是最小;模型浸深对结构的响应影响显著,模型浸深愈深,毁伤程度愈严重;当考虑气泡脉动载荷后,对于结构具有二次破坏作用,在相同药量相同爆距下、不同浸深下的二次破坏效果并不相同,呈现出浸深愈大,二次破坏效果愈显著的现象。     

含铝炸药爆炸作用下的水中圆柱壳动态响应数值研究？

为了研究圆柱壳在含铝炸药水下爆炸载荷作用下的响应规律,利用非线性动力学软件AUTODYN计算了3种不同配方含铝炸药的远场冲击波特性,并将计算值与文献实验值进行对比,计算误差能够稳定在5％以内,之后结合ABAQUS程序模拟了含铝炸药冲击载荷作用下水中圆柱壳的动态响应。在30 kg药量下分析比对了圆柱壳体加速度、速度及有效塑性应变的变化规律,随后确定了各炸药致使圆柱壳结构失稳的临界药量,并以PBXW-115为例研究了临界药量作用下的圆柱壳破坏模式。结果表明,AUTODYN与ABAQUS程序的联用,能够有效地模拟圆柱壳在含铝炸药远场冲击波作用下的动态响应;含铝炸药致使圆柱壳单元达到屈曲失效所需药量普遍低于理想炸药RDX。     

充液及内空圆柱壳在爆炸荷载下动力屈曲特性研究

采用实验与数值模拟相结合方法,对充液及内空圆柱壳在爆炸载荷下动力屈曲响应特性进行对比研究。将壁厚δ=2.0 mm、外径Φ=100 mm钢圆柱壳（内空及充水）置于75gTNT药柱、200gTNT药柱产生的爆炸场中进行冲击实验,获得不同工况下圆柱壳变形破坏模式。利用动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian流固耦合方法进行数值计算,分析壳壁屈曲变形过程及壳壁关键点速度、水介质内压力等动态参数。计算结果与实验结果一致性较好。研究表明,由于内充水介质的近似不可压缩性,承受冲击荷载时内压增大,因而参与对外界爆炸冲击载荷抗力作用,圆柱壳抗爆能力显著提高。     

薄壁方管结构在爆炸荷载作用下动力响应及破坏模式分析

采用数值模拟与实验相结合的方法研究了薄壁方管结构在爆炸荷载作用下的动力响应。将壁厚3 mm、截面边长为100 mm的薄壁方管结构置于200 g TNT产生的爆炸场中进行冲击实验,实验表明当装药距离大于等于14 cm时,结构仅呈现局部凹陷变形,当装药距离为10 cm和12 cm时,结构除局部凹陷变形外,还呈现出整体变形模式,同时,方管迎爆面两侧边产生长条状破裂损伤。利用动力有限元程序LS-DYNA及流固耦合算法对薄壁方管变形及破坏过程进行数值模拟,得到了结构关键单元处压力分布、挠度时间曲线等参数。同时分析了结构宽厚比对试件动力响应的影响,结果表明迎爆面变形量随着宽厚比的减小而减小。     

K8型单层球面网壳基于AUTODYN的外爆响应分析

该文采用显式动力有限元软件AUTODYN对K8型单层球面网壳在外爆荷载下的动态响应进行了研究。数值模拟中采用流固耦合方法施加荷载,钢材采用多段线性模型,首先验证了AUTODYN进行近场爆炸分析和远场爆炸分析的准确性;考察了跨度为20 m的网壳结构在外爆荷载下的荷载传播规律、最大节点位移变化规律以及塑性杆件发展规律,考察了跨度为40 m网壳结构在TNT质量、炸点距离以及炸点高度参数变化下的结构响应规律。数值分析的结果表明:AUTODYN具备准确进行近场爆炸和远场爆炸分析的能力;单层球面网壳在外爆荷载下主要经历两次冲击波荷载,最大节点位移出现在第一次冲击荷载作用时,结构杆件的塑性发展在0.05 s后基本结束;网壳结构的响应随TNT质量增加和炸点高度增加而加大,随炸点距离增大而减小。     

钢质圆柱壳在侧向局部冲击荷载下的变形及失效破坏

基于动力有限元程序LS-DYNA及随动塑性Cowper-Symonds模型,对两端固支钢质薄壁圆柱壳经受半球头弹体侧向局部冲击的非线性动力响应问题进行数值模拟,获得了不同冲击条件下圆柱壳的变形及破坏模态,并研究了弹体在不同周向冲击倾角时壳壁产生穿透性破裂的最小速度（临界破裂速度）。研究表明,圆柱壳破坏模式与弹体冲击倾角θ0、冲击速度V等因素密切相关,将发生局部凹陷、碟形变形及穿透现象,且临界破裂速度随冲击倾角的增大而增大。研究结果可应用于圆柱壳在侧向局部冲击作用下的毁伤预测,从而为圆柱壳结构的安全防护设计提供理论依据。     

扁平装药对钢管贯穿破坏的数值模拟

为了分析炸药对钢管的贯穿破坏情况,首先进行相关理论计算,并用不同药量和尺寸的TNT进行实爆试验。基于Auto Dyn动力分析软件及Langrange-Euler耦合方法,模拟了外接触爆炸载荷作用下扁平TNT装药对大口径钢管的破坏过程。最后结合试验和模拟结果,剖析了不同TNT装药量和装药尺寸的条件下,钢管发生贯穿破坏特征以及破片形成和速度大小,并与理论计算的破片速度进行比较。结果表明:大药量的炸药作用于钢管上,在接触部位会发生贯穿破坏,产生飞片;贯穿破坏属于剪切破坏,与装药量、装药尺寸等因素有关;产生的破片具有较大动能,其速度与装药高度及装药接触面积有关;只有合理的设置装药高度和装药与管道的接触面积,才能达到较好的贯穿破坏效果。     

真实空气中TNT装药爆炸近区冲击波传播特性研究

本文基于点源爆炸理论,建立了面源、线源和点源TNT装药强爆炸解,填补了面源与线源强爆炸解的空白;采用真实空气状态方程进行分析计算,研究了真实空气条件下球形TNT装药爆炸近区冲击波的传播特性。通过算例分析,计算结果与已有文献资料数据吻合较好。本文的研究成果对爆炸力学和防护工程研究起到了重要的参考作用。     

Analysis of a bridge collapsed by an accidental blast loads

Analysis of the structural failure of a bridge caused by an accidental fireworks explosion is presented in this paper. The equivalent mass of TNT due to the fireworks explosion and the structural response of the bridge due to the dynamic load imposed by the explosion are modeled by engineering algorithms and numerical simulations. Analysis confirmed that bridge failure occurred due to the blast load and there was no inherent design defect. The results of this investigation are relevant towards understanding future events wherein a dynamic load might be accidentally applied to fixed structures.     

汽车炸弹钢箱梁内部爆炸局部破坏效应分析

采用ALE多物质流固耦合算法,对汽车炸弹 (TNT当量200kg~1500kg) 在双层桥梁下层桥面典型位置爆炸的局部破坏效应进行了数值模拟,研究了内爆炸冲击作用下钢箱梁的响应过程、破坏模式、破坏参数及其主要影响因素。结果表明：破坏模式及破坏参数与爆炸位置和TNT当量密切相关,爆炸位置对桥梁主要受力体系的受损程度影响较为明显,加劲肋对其垂直方向的破口具有约束作用,箱体对冲击波的约束效应使破坏作用加剧。合理设置加劲肋、加强重要构件和设置防爆层等措施有利于提高桥梁结构抗爆能力。     

钢箱梁桥面板爆炸冲击响应数值模拟研究

大跨度缆索承重桥梁遭受恐怖爆炸袭击的风险比一般桥梁大。运用LS-DYNA非线性有限元软件,研究了箱包炸弹和小轿车炸弹（TNT当量10kg-500kg）桥面爆炸冲击作用下缆索承重桥梁钢箱梁正交异性桥面板的塑性变形、开裂与破口及耗能。结果表明：桥面板的主要耗能机制为盖板和加劲肋的塑性变形耗能,占爆炸输入能量的70%以上;加劲肋和横隔板对桥面板破口有约束作用,TNT当量为300kg-500kg时,纵桥向破口尺寸小于等于横隔板间距,并小于横桥向破口尺寸     

新型含能材料爆炸驱动能力数值模拟研究

随着新型含能材料的不断深入研究,利用新型含能材料爆炸产生的强大能量进行驱动破片以达到更大的毁伤能力受到外界广泛关注.破片的飞行速度是评价破片毁伤威力大小的重要指标,故而对含能材料爆炸驱动破片的驱动能力评价和技术研究成为当前重要的研究课题.本文通过非线性动力学分析软件——AUTODYN软件对不同当量的3种含能材料TNT,...     

3，4-二硝基吡唑(DNP)的研究进展

随着武器装备的不断发展,对弹药能量和安全性的要求也越来越高,传统TNT基熔铸炸药存在易损性差、长期储存渗油、爆轰性能不理想等缺点,已不能满足当前不敏感弹药的发展要求;因此,研究炸药的新型载体是当前熔铸炸药发展的一个重要方向。3,4-二硝基吡唑(DNP)是一种新型的熔铸炸药载体。根据国内外的相关报道,阐述了DNP的合成方法、基本性能、机械感度、热安全性、相容性、应用性等研究发展现状。研究结果表明:目前,经N-硝化、热重排、C-硝化三步法合成DNP的工艺更加稳定,得率较高;DNP的熔点为86.5 ℃,理论密度为1.87 g/cm³,实测爆速为7 633 m/s（ρ=1.65 g/cm³）,爆热为4 326 kJ/kg,理论爆压为28.7 GPa;DNP的机械感度与TNT相当,具有较好的机械安全性;DNP热分解分两个阶段,第一阶段分解放热峰为319.8 ℃,第二阶段分解放热峰为407.2 ℃,与TNT和DNTF相比,DNP的热分解峰温高,热安定性好;DNP与RDX、HMX、CL-20、Al、AP、微晶蜡具有较好的相容性,可以与这些组分组成混合炸药,具有广泛的适用性。     

激光多普勒爆破容器高速变形动态测量技术的研究

为了获取爆破过程中爆炸容器变形参数来分析爆破强度,设计了激光多普勒效应外差纵向测量系统,利用高斯光束理论和束腰特性优化了光路结构.根据爆破过程多普勒信号的特点,研究了相应的数字滤波和频谱分析方法,实现了爆破容器高速形变过程的动态测量.系统的测量形变量程为±30mm,测量形变速度的量程为-10 m/s～+20 m/s,遥测距离为4.5 m.与标准振动台的试验对比,位移测量相对误差小于1%.最后,还给出了圆柱形钢制罐体在20gTNT当量炸药爆破过程中变形的测量结果.     

Mechanical Response of a Buried Pipeline to Explosion Loading

In order to study the stress-strain response of a buried pipeline with internal pressure under the ground explosive, a numerical calculation model of the buried pipeline with internal pressure was established. The dynamic process of the buried pipeline was simulated after the explosion on the ground. Effects of internal pressure, magnitude of TNT, wall thickness, and buried depth on the stress-strain of pipeline were studied. The results showed that the region of high stress and plastic strain presented to the upper pipeline and extended toward axial direction, and then extended toward circumferential direction under the ground explosion. With the increasing of internal pressure, the high-stress zone fades away, the plastic strain zone and deformation of pipeline decrease. The stress and deformation of buried pipeline increase with the magnitude of TNT increases, but they decrease with the increasing of buried depth and wall thickness. Those results can provide theoretical basis and reference for pipe laying of oil-gas pipeline, safety evaluation, and maintenance, etc.