水下近场及接触爆炸作用下双层底结构损伤试验研究

针对水面舰艇底部结构设计双层底缩比试验模型;据冲击因子设定水下近场及接触爆炸工况,通过对试验结果分析,总结双层底结构在近场及接触爆炸载荷作用下的损伤模式;采用体积等效原理对试验模型裂纹处板厚变化分析,确定Q235钢在双层底模型拉伸破坏模式中的断裂应变。为舰船抗爆抗冲击的理论及数值研究提供参考数据。     

基于密闭空间内爆的核爆冲击波载荷模拟试验和数值计算方法EI北大核心CSCD

为探索核爆载荷的模拟试验与数值计算方法,通过在密闭爆坑内均匀布置导爆索,利用小药量导爆索爆炸形成均匀的内爆炸压力载荷(平面波)模拟远距爆炸的核爆冲击波载荷,测量了爆坑底面对称布置的4个测点的压力载荷,分析了其载荷特征,并在考虑装药后燃烧效应影响的基础上,采用有限元方法对试验进行了数值计算分析。研究结果表明:试验与数值计算结果吻合良好,冲击波峰值超压偏差在10%以内,准静态压力峰值最大偏差5.7%;密闭爆坑内小当量U型导爆索爆炸下各测点压力载荷呈现较好的一致性,且能有效形成平面长脉宽冲击载荷,与核爆载荷特性相近。     

冲击载荷作用下导弹战斗部装药起爆特性研究

针对远程导弹在攻击地下目标过程当中时常发生对战斗部PBX炸药装药起爆毁伤效应估计不足情况,进而对导弹战斗部PBX炸药装药在高过载冲击载荷作用下的起爆响应特性进行研究。基于二级轻气炮,对导弹战斗部PBX炸药装药跨声速冲击载荷起爆特性进行一系列试验研究,结合试验结果、数值模拟、以及相关理论分析,探索能量释放行为与冲击载荷之间的相互关联,并建立相互影响机制模型。结果表明,PBX炸药装药的临界起爆压力为5.34 GPa,完全起爆压力为12.39 GPa;建立的能量释放量和相对反应率与冲击载荷之间的相互关系与试验数据基本吻合,研究结果可为国防防御技术研究提供一定的参考价值。     

水下爆炸载荷作用下加筋板变形及开裂试验研究

为了解加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的变形模式,以及为数值仿真计算提供材料的开裂判据,通过试验研究,给出了加筋板的两种不同塑性变形模式.通过测量试验后加筋板裂纹的减薄率,利用体积等效原理确定了Q235钢在加筋板边界拉伸撕裂破坏模式中的开裂极限应变值,为结构在爆炸冲击作用下破损的数值仿真奠定了基础.     

三轴向冲击载荷作用下RDX基PBX炸药损伤模式与表征

导弹战斗部在攻击地下目标高速侵彻过程时常因损伤而发生提前起爆,极大削弱了对攻击目标的毁伤作用,甚至影响整个战略局势,针对这一急迫需要解决的问题,进而对导弹战斗部中的RDX基PBX炸药在高g值加载方式下的损伤特性进行研究。基于一级轻气炮对PBX炸药试件在三轴向冲击加载方式下的损伤特性进行了一系列的实验研究,结合数值模拟、Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度和扫描电子显微镜(SEM),对PBX炸药试件损伤模式进行研究和表征,并探索实验后的试件密度与冲击载荷之间的量化关系。结果表明,晶体颗粒表面与黏结剂之间的剪切强度约为0.6 Mpa,因此,在较小冲击载荷作用下就已发生剪切脱黏现象,随着三轴向冲击载荷压力的增大,逐渐出现晶体颗粒孪晶带,颗粒破碎和融化细观损伤模式;实验后的试件密度与冲击载荷压力之间修正的玻尔兹曼关系与实验结果基本相符;Griffith晶体颗粒细观裂纹断裂强度预测结果与SEM测试分析结果基本吻合,可为该PBX炸药细观损伤机理研究提供重要依据。     

不同类型炸药水下爆炸时冰层损伤特性研究EI北大核心CSCD

为了探究水下爆炸冲击波与气泡脉动载荷联合作用下冰层损伤特性以及不同类型含能炸药水下爆炸对冰层损伤特性。采用动力学分析软件LS-DYNA中的任意拉格朗日欧拉(ALE)法建立了计算水下爆炸气泡动力学模型及水下爆炸冰-水全耦合模型,考虑了冲击波载荷及复杂的气泡载荷耦合全过程;在此基础上,分析了烈性奥克托今炸药(HMX)及不同铝氧比黑索金炸药(RDX)对冰层损伤特性的影响。研究结果表明:计算模拟结果与试验结果吻合良好,验证了计算模型的有效性;揭示了水下爆炸冲击波和气泡载荷联合作用下的冰层损伤机理;HMX炸药对冰层的损伤威力更强,RDX(0.36)比RDX(0)、RDX(0.16)、RDX(0.63)对冰层产生的毁伤效应要强,其与TNT对冰层造成的毁伤效应强度接近。依据研究结果冲击波载荷是造成冰层损伤区域大小的主要毁伤元素,而气泡载荷主要影响冰层毁伤区域的破碎形态;根据不同毁伤目标应用特性,调节炸药配方比,改变冲击波能与气泡能的输出结构,可实现冰层的不同毁伤模式。     

含预制孔容器内爆问题的FEM-SPH耦合算法模拟

考虑带预制孔容器内空气的影响,采用三维FEM-SPH自适应耦合算法程序对含预制孔容器在内爆载荷作用下的动态响应过程进行了模拟,与实验所得到的破坏特征参量吻合。同时也用LS-DYNA软件中ALE算法得到的计算结果与FEM-SPH自适应耦合算法得到的结果进行比较,进一步分析了FEM-SPH自适应耦合算法的有效性。FEM-SPH自适应耦合算法能够稳定再现内爆载荷作用下含预制孔容器的爆炸鼓包过程、预制孔毁伤破坏过程以及容器内空气运动过程,可以为容器内爆问题的数值模拟研究提供有效途径。     

舰船缩比模型水下非接触爆炸载荷测量与分析

合理设置舰船缩比模型海上毁伤试验工况,有效考核舰船抗冲击性能和兵器毁伤效能的同时,减小舰船模型的毁伤程度。通过测量和分析模型在不同装药量和不同爆炸初始深度的爆炸载荷试验数据,确定爆源布放深度与表面反射及海底边界条件等对冲击波压力和气泡脉动影响的关系,为分析舰船冲击环境及水下非接触爆炸数值仿真数据输入提供思路。     

地下工程抗爆的孔洞群防护技术

提出了用于地下工程抗爆炸地冲击的孔洞群防护技术。分析了孔洞群防护技术的基本原理,包括应力波反射原理、应力波导流原理、介质层弱化原理、应力波会聚原理和动应力集中原理。给出了几种孔洞群防护技术方案,包括孔洞群保护伞、孔洞群分配层、应力波导流洞和带孔锚固结构。进行了原理性的二维数值模拟分析,进一步验证了孔洞群防护技术的有效性。数值算例表明无孔洞群防护洞室顶部爆炸压力波荷载峰值要明显高于有孔洞群防护洞室顶部爆炸压力波荷载峰值,说明孔洞群确实降低了洞室结构上的荷载,起到了保护洞室结构的作用。     

基于LS-DYNA的方孔网格型防爆网防爆性能研究

基于有限元程序LS-DYNA,在验证模型及参数可靠的基础上,对方孔网格型防爆网的防爆性能进行了三维数值模拟.通过计算冲击波超压减小率在防护面上的均值和方差,解决了防爆网防爆性能的量化标准问题.结果表明:防爆网可以有效减小爆炸对建筑的冲击,防爆效果与其和建筑之间的距离以及防爆网孔洞率、孔洞尺寸、厚度有关;适当增加防爆网与建筑之间的距离,可以获得良好的防爆效果;减小孔洞率或保持孔洞率不变的情况下减小孔洞尺寸,也可以提高防爆网的防爆性能;增加防爆网厚度可以有效减小爆炸对建筑的冲击作用,但也会使防爆的均匀性变差,因此通过增加防爆网厚度来提高其防爆性能时应兼顾考虑此两方面的问题.     

基于LS-DYNA的方孔网格型防爆网防爆性能研究

基于有限元程序LS-DYNA,在验证模型及参数可靠的基础上,对方孔网格型防爆网的防爆性能进行了三维数值模拟。通过计算冲击波超压减小率在防护面上的均值和方差,解决了防爆网防爆性能的量化标准问题。结果表明:防爆网可以有效减小爆炸对建筑的冲击,防爆效果与其和建筑之间的距离以及防爆网孔洞率、孔洞尺寸、厚度有关;适当增加防爆网与建筑之间的距离,可以获得良好的防爆效果;减小孔洞率或保持孔洞率不变的情况下减小孔洞尺寸,也可以提高防爆网的防爆性能;增加防爆网厚度可以有效减小爆炸对建筑的冲击作用,但也会使防爆的均匀性变差,因此通过增加防爆网厚度来提高其防爆性能时应兼顾考虑此两方面的问题。     

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。     

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。     

基于LS-DGF-DG方法的船体板架结构近场水下爆炸毁伤特性研究

基于可压缩流体力学基本理论,采用间断迦辽金(DG)方法结合直接虚拟流(DGF)方法和水平集(LS)方法(LS-DGF-DG方法),首先建立水下爆炸爆轰模型,对不同装药形式的水下爆炸冲击波载荷进行对比研究,分析讨论装药形状对冲击波载荷特性和爆轰产物初始形态的影响,随后将数值结果与经验公式进行对比,验证LS-DGF-DG计算程序的有效性,最后通过非线性有限元软件ABAQUS建立船体加筋板架模型,将LS-DGF-DG计算得到的近场水下爆炸载荷传输给ABAQUS,模拟加筋板架结构在近场水下爆炸载荷作用下的毁伤过程,并将计算结果与实验进行对比分析,总结相关规律。结果表明:起爆初期,柱形装药逐渐形成椭球形的爆轰产物,最终膨胀为球形;装药径向的冲击波压力峰值高于轴向,柱形装药的冲击波压力峰值高于球形装药的压力峰值;在近场水下爆炸载荷的作用下,加筋板架结构出现塑性大变形和剪切破坏的现象,数值结果与试验值吻合良好;加强筋的强弱对板架结构的破坏模式和塑性变形程度有较大影响,加强筋较强,破坏首先从加强筋位置出现,加强筋较弱,破坏主要出现在固支边界处。     

非理想炸药水下爆炸载荷传输特性对气背板结构响应的不确定度研究

为准确评估非理想炸药水下爆炸载荷传输过程中不确定度对舰船结构的毁伤效果的影响程度,该文采用误差分析理论推导出非理想炸药水下爆炸载荷中峰值压力和时间衰减常数的不确定度对气背板结构初期响应的影响规律。结合理想炸药与非理想炸药水下爆炸试验数据,研究结果表明:非理想炸药水下爆炸冲击波峰值压力和时间衰减常数的不确定度明显高于理想炸药的载荷不确定度,并且能够对0.01 m厚度的气背钢板结构初期响应产生7%~9%的相对不确定度,在评估非理想炸药水下爆炸对舰船结构毁伤效果时值得注意。     

爆炸作用下坑道头部结构毁伤试验研究与数值模拟

针对信息化条件下坑道头部结构战时生存面临的挑战,对爆炸冲击作用下坑道头部结构的毁伤情况进行了试验研究。通过动力有限元软件LS-DYNA模拟了爆炸冲击对坑道头部结构的作用过程,将得到的结构毁伤情况与试验结果进行对比分析,二者比较接近,可为坑道结构的设计及毁伤模式研究提供参考。     

爆炸作用下坑道头部结构毁伤试验研究与数值模拟

针对信息化条件下坑道头部结构战时生存面临的挑战,对爆炸冲击作用下坑道头部结构的毁伤情况进行了试验研究。通过动力有限元软件LS-DYNA模拟了爆炸冲击对坑道头部结构的作用过程,将得到的结构毁伤情况与试验结果进行对比分析,二者比较接近,可为坑道结构的设计及毁伤模式研究提供参考。     

爆炸作用下板壳结构响应特性研究

对简单的板壳结构在爆炸载荷作用下的塑性响应特性进行了试验和数值仿真。运用 Hyperworks 和 LS-DYNA 程序,对基于两种不同钢材料模型建立的数值仿真模型进行计算,以试验结果为标准衡量不同材料模型在本试验条件下适用性,结果表明分段线性弹塑性模型适用于钢材料变形研究。得到不同空气域尺度对流固耦合数值仿真结果的影响,在保证计算精度并提高计算效率基础上,计算尺度应当为钢结构尺寸的3~5倍,计算尺度为钢结构尺寸3倍时,计算与测量结果偏差为2.5％;计算尺度为钢结构尺寸5倍时,计算结果几乎与试验值相当。     

孔洞形状对砂岩强度及破坏特征的影响

岩石内部富含形态各异的缺陷,对其力学特性有影响显著。通过对含单一预制孔洞砂岩试样进行单轴压缩试验,分析了孔洞几何形状对砂岩试样强度特征及破坏模式的影响规律,并利用RFPA^2D数值模拟软件,对试样强度变化特征的力学机制进行探讨。研究表明:含孔洞砂岩试样的承载能力和弹性模量较完整岩样发生显著劣化,其中含正方形孔洞岩样的承载能力最弱,而含菱形孔洞岩样承载能力最强;试样最终失稳破坏主要由拉应力引起,且最大拉应力随孔洞几何形状不同而各异,其最终破坏模式主要有剪切破坏、张拉破坏和拉剪混合破坏3种;孔洞缺陷的结构效应对砂岩试样峰值强度和裂纹扩展特征也有影响。     

燃气爆炸冲击加载试验研究与数值模拟

利用大型核爆炸模爆器—燃气爆炸冲击加载试验装置进行乙炔-空气可燃气体爆炸试验研究,探索乙炔-空气可燃气体作为爆炸源对结构抗爆试验的可行性。通过分析压力时程曲线,研究气体爆炸对结构的冲击荷载规律。采用有限元程序LS-DYNA模拟气体爆炸冲击波传播过程。结果表明,峰值压力数值计算与试验结果吻合较好;乙炔浓度达9.45%时爆炸冲击波压力最大,在模爆器内壁产生的正反射波压力高达0.815 MPa。研究结果可为此类试验加载控制奠定基础。