低速冲击下PVB夹层玻璃的破坏模式试验研究

通过落锤试验,得到不同冲击能量下夹层玻璃的破坏模式,同时得到夹层玻璃在集中载荷冲击下的冲击力时程曲线和位移时程曲线,进而分析玻璃厚度以及聚乙烯醇缩丁醛(PVB)夹层厚度对夹层玻璃抗冲击性能的影响。试验结果表明:增加玻璃厚度或增加PVB夹层厚度都能减小夹层玻璃的位移,但二者机理不同;对于玻璃厚度相同而PVB夹层厚度不同的夹层玻璃,达到同一破坏模式所需冲击能量大致相同,PVB夹层越厚,在相同冲击能量下的冲击力越小,PVB夹层厚度的增加能吸收更多的冲击能量;对于PVB夹层厚度相同而玻璃厚度不同的夹层玻璃,玻璃厚度越大则夹层玻璃的刚度和承载力越大,在相同冲击能量下的冲击力也越大。     

双元复合炸药装药水下爆炸能量输出特性

选择GH-1和GUHL-1两种炸药及内外层和上下叠加两种典型的双元装药结构,测量了水下爆炸冲击波超压-时间历程,研究不同双元装药水下爆炸的能量输出结构,并与单一配方装药进行了对比.实验结果表明: 同样化学组成下,采用双元炸药装药结构,能够改变水下爆炸测点处的爆炸载荷,减少冲击波在传播过程中的能量损失,提高能量利用率; 其中采用外层高爆速炸药,内层非理想炸药的同轴内外层双元装药结构,比单一配方装药的比气泡能提高22.4%,而且两部分装药之间产生了能量耦合效应.     

聚能装药作用下夹层玻璃的破坏研究

为了研究夹层玻璃在聚能装药作用下的破坏效应,借助ANSYS LS-DYNA仿真模拟软件,采用Lagrange和ALE流固耦合方法对夹层玻璃进行了数值仿真研究。玻璃材料采用JH-2模型,并施加最大主应力失效准则。结果表明:不同冲击能量作用下夹层玻璃失效破坏和四周裂纹扩展存在着一定的规律,玻璃失效破坏的长度、速度、加速度等参数随着冲击能量增加呈现增长趋势;在裂纹扩展方面,冲击能量不同时玻璃的裂纹起裂时刻与内能减少时刻基本相同,裂纹产生条数和裂纹密度都随着冲击能量的增加而增大。     

全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评估结构在内爆炸载荷作用下极限变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数考虑了舱室体积、炸药能量、结构几何尺寸及屈服强度等因素对内爆炸载荷作用下结构变形响应特性的影响。薄板变形的分析结果表明,结构极限变形与板厚比和无量纲损伤数之间存在明显线性关系,可通过拟合获得舱内爆炸载荷作用下结构极限变形的快速预报经验公式。提出的无量纲损伤数考虑了板大变形响应过程中的中面膜力效应和板厚影响,更加适合于分析薄板在内爆炸载荷作用下的塑性大挠度变形值。     

高冲击下泡沫铝填充结构压溃吸能研究

为研究铝壳厚度和泡沫铝密度对填充结构压溃吸能特性的影响,运用LS-DYNA有限元软件,对不同厚度、不同密度的填充结构在幅值为30 000g、脉宽为160μs半正弦加速度冲击下进行数值模拟,提出载荷效率、比吸能、隔冲效率以及最大加速度响应4个指标评价结构的压溃吸能特性。研究表明,结构的缓冲效果主要由壳的厚度决定,而能量吸收过程中壳和泡沫铝相互影响、共同作用。综合上述4个因素,在不同组合的填充结构中S0.6F0.7缓冲吸能特性最好。     

预置裂纹靶板在水下冲击波作用下的动态响应研究

舰船结构在生产和使用过程中不可避免地会出现划痕、凹槽等损伤,使结构的水下抗毁伤性能出现不同程度的降低。利用非药式等效水下冲击加载装置,对预置裂纹靶板进行了水下冲击加载实验,通过高速相机对靶板变形进行记录;结合ABAQUS仿真软件对加载实验进行计算,对预置裂纹靶板在水下冲击载荷作用下的动态响应机制进行研究,得出了“3阶段”动态响应现象结论;对不同预置裂纹形状靶板进行研究,发现不同预置裂纹形状靶板的动态响应差别在于最终破坏阶段,靶板破坏倾向于出现最少裂缝情况下,将能量全部释放。对裂纹参数进行研究,结果表明：预置裂纹靶板离面位移与载荷冲量近似呈线性关系,随着裂纹深度和长度的增长,结构剩余冲击强度不断下降。     

复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟

采用LS-DYNA显式非线动力有限元程序,数值模拟了内置柱壳/组簧和泡沫铝夹层的防爆罐在3 kg TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能。结果表明:该防爆罐内壁面压力载荷呈现多次脉动特征。比冲量载荷经历数次阶跃上升。柱壳/组簧结构可以将爆炸能量更加均匀地传递给泡沫铝吸能夹层,在保证防爆罐内筒不发生塑性变形的前提下,可使泡沫铝的吸能效率显著提高。定量分析防爆罐内部各物质、各结构间的能量转化与吸收,表明泡沫铝夹层可通过卸载动能和透射应力波的形式较好吸收、转移内层钢板所获得的冲击能量。     

爆炸载荷下双层泡沫铝动态响应和能量吸收

对爆炸载荷下双层泡沫铝动态响应和能量吸收进行了试验和仿真研究。通过试验研究了正梯度和负梯度泡沫层组合条件下试样的压实变形特性。采用随机Voronoi技术对双层泡沫压实过程进行了数值模拟。研究结果表明:对正梯度泡沫试样依次压实,压实过程中吸收的能量和传递到背板的冲量最多;负梯度泡沫试样的两层泡沫前端均出现压实波,压实过程中吸收的能量和传递到背板的冲量最小;泡沫试样能量吸收能力随着梯度程度和爆炸载荷的增加而增加。本研究为层状泡沫在爆炸防护方面的应用提供参考。     

舱室密闭空间中爆炸载荷燃烧增强效应试验研究

为研究梯恩梯(TNT)爆炸产物的燃烧释放能量对密闭空间中的爆炸载荷增强效应,开展7.50 g、11.25 g、15.00 g、22.50 g、30.00 g 5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境（抑制燃烧）密闭空间中的爆炸试验。通过压力、温度传感器及三维数字图像相关技术,得到爆炸载荷历程、准静态压力、封闭空间内气体温度、金属板试件的动态响应和最终变形等试验数据。对试验结果的分析和对比发现：TNT爆炸产物的燃烧效应对封闭舱室内的爆炸载荷与结构响应影响显著,5种不 同质量TNT在氦气环境中爆炸的准静态压力、温度峰值相较对应的空气工况中的降幅分别在38.81%~46.85%和57.53%~76.35%;试件最终变形较空气工况的降幅在19.1%~48.9%;建议在结构内爆响应的计算评估中应考虑爆炸载荷燃烧增强效应的影响。     

爆炸冲击波载荷下板筋舱壁结构动态响应预报

对板筋舱壁结构在爆炸载荷作用下的结构动态响应进行了数值仿真研究。提出了结构响应预报方法,并分析了爆距和炸药量对结构动态响应的影响。通过数据拟合得到了经验公式。讨论了加筋间距的变化及壁厚和加筋厚度的变化对加筋舱壁结构的抗爆冲击能力的影响。分析结果认为,加筋间距的变小,夹筋厚度的变大,会明显改善夹筋舱壁结构的抗爆能力。     

冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性

为提高舰船在冲击波和破片群联合作用下抗毁伤能力,提出一种新型高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构,旨在采用TNT炸药和预制破片的方式开展其在联合作用下毁伤响应的数值研究。基于有限元软件LS-DYNA,模拟结构在冲击波和破片群联合作用下的动态响应过程,与典型工况的实验结果对比验证数值模型的可靠性。在此基础上,分析特征点的速度与加速度响应以及能量吸收特性,获得结构的毁伤响应特征,进一步探讨面板厚度配置对结构失效模式和塑性变形的影响。结果表明：夹芯复合结构加速度时程曲线中破片和上面板中心点加速度均存在两个明显的峰值,分别是由于破片撞击强度较大的上面板和高强聚乙烯芯层所引起;上面板和泡沫铝在复合结构整体塑性耗散功中占主导;等质量条件下,上下面板等厚的配置在上面板对于破片的速度衰减能力减弱不大情况下,下面板具有足够强的抗弯能力,使得下面板塑性变形最小,具有最优的抗联合毁伤性能。     

地下钢筋混凝土拱形结构在顶爆条件下的抗爆试验

拱形结构作为地下工程的主要结构形式之一,目前大多研究都集中在数值仿真上,所得到的结构破坏特征及响应数据缺乏相应的试验验证,不能充分地指导地下工程的抗爆设计。为研究地下钢筋混凝土拱形结构在爆炸荷载作用下的破坏模式及抗爆性能,对其在顶爆条件下开展了5个不同爆炸距离和装药量的试验。结果表明:在同一爆距下,随着装药量的增加,拱形结构的破坏程度逐渐增加,破坏模式为由背爆面产生裂纹发展为混凝土层裂脱落、钢筋隆起变形,直至拱顶中心处混凝土塌落显著、钢筋严重弯曲变形。顶爆下拱形结构的破坏不仅与比例爆距相关,还受到爆距的影响,同一比例爆距下,爆距越大拱结构的破坏越显著。通过分析位移响应与装药量及爆距的关系,初步提出了以挠跨比为依据的破坏等级划分方法,为今后的结构破坏评估分析提供试验支撑。     

防弹玻璃动态力学响应规律及抗弹性能研究

采用霍普金森压杆对防弹玻璃进行动态压缩实验,分析其破坏机理和防护机理,并通过靶试试验研究PVB夹层防弹玻璃的抗弹性能。结果表明：玻璃的压缩强度随应变率的增加而增大,但压缩失效应变随应变率的增大而减小;胶层可以有效提高玻璃的动态失效应变,使玻璃的吸能能力大幅提高;玻璃的动态强度随试样厚度的增加而提高,动态失效应变随试样的横截面积的增加而升高;玻璃在冲击载荷下出现大量裂纹并粉碎破坏,需要消耗大量能量作为表面能,从而能够有效消耗子弹的能量;PVB夹层防弹玻璃具有较强的防弹性能,且当迎弹层较厚时弹坑深度较浅。     

爆炸冲击波作用下混凝土板的载荷等效方法

基于动力响应一致的原则,提出了将混凝土板所遭受的爆炸载荷等效为无升压时间的 三角形均布载荷的方法。采用量纲分析将混凝土板的最大动量及其达到时间作为等效参数,得到 了其在爆炸作用下的等效载荷超压峰值和持续时间与炸药当量和爆距之间的无量纲经验关系式。 通过对一定无量纲范围内不同工况计算结果的拟合,确定了经验表达式中的常数。最后,采用数值 方法对等效载荷和实际爆炸作用下混凝土板的动力响应数值分析结果进行比较,验证了该等效方 法的有效性。     

钢筋混凝土端面重墙结构的抗爆性能规律

为研究钢筋混凝土端面重墙结构在爆炸冲击波下的抗爆性能,依据最大TNT当量为300 kg的现场试验,对D1、D2、D33种不同构型端面重墙的损伤破坏规律进行数值模拟研究.基于LS-DYNA有限元分析软件,建立流体和固体耦合数值模型,计算得到3种重墙房屋结构在爆炸冲击波作用下的破坏形态,并利用试验结果校正模型参数.进一步利...     

多个圆弧刻槽薄壁圆管轴向压溃吸能特性数值研究

为了降低薄壁圆管吸能结构的初始峰值载荷,获得稳定的平均压溃力,设计不同刻槽形式的薄壁吸能结构.分别在薄壁圆管外壁、内壁和内外交错预设多个圆弧凹槽,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,分析不同刻槽类型对吸能特性的影响.计算结果表明:不同刻槽形式对薄壁圆管吸能量影响很大;相同条件下,内壁刻槽比外壁刻槽能够更多地降低初始压溃载荷.该研究对多个圆弧刻槽薄壁圆管轴向压溃吸能特性的研究有一定的参考价值.     

空中爆炸载荷下梯度波纹夹层板抗爆性能仿真研究

通过有限元软件Autodyn模拟了梯度波纹夹层板在空中爆炸载荷下的动态响应,分析了芯层排列顺序对其响应模式和抗爆性能的影响;在此基础上,选择抗爆性能最优的芯层组合填充聚氯乙烯泡沫,研究了填充方式对其抗爆性能的影响;分析了夹层结构的吸能特性。结果表明：芯层壁板厚度从迎爆面到背爆面逐渐减小的组合具有最优的抗爆性能,且只在第一层填充泡沫的梯度波纹夹层板的下面板变形最小;从迎爆面到背爆面单层填充时,聚氯乙烯泡沫的吸能不断下降;随着填充层数增加,下面板变形以及聚氯乙烯泡沫和下面板的吸能逐渐增大。     

舱室密闭空间中爆炸载荷后燃烧效应数值计算研究

为准确分析梯恩梯炸药在密闭空间中的爆炸载荷,在统一设施标准模型和基于能量守恒的简化计算公式基础上,提出了一种计算爆炸产物后燃烧能量的方法。该方法应用到基于有限元分析软件ANSYS/AUTODYN平台的数值模拟中,实现负氧平衡炸药在密闭空间中爆炸过程的数值仿真计算。计算结果与试验测试结果表明：梯恩梯炸药在密闭空间中发生爆炸时,其爆轰产物的后燃烧效应不可忽视;不考虑爆炸产物的后燃烧效应,数值计算得到的准静态压力较试验值低55%以上,50 ms内冲量较试验值低49%以上;将爆轰产物的后燃烧能量计入后,爆炸压力及冲量时程的计算值与试验值吻合较好,为结构受爆炸载荷响应分析提供了准确的输入载荷。