图像处理技术在碎片云参数测量中的应用

文中主要通过图像处理的方法对高速碰撞产生的碎片云的形成和发展过程进行研究。主要介绍了利用高能脉冲X射线成像技术获取高速碰撞过程中不同时刻的碎片云图像、碎片云主要参数的图像测量方法、碎片云图像的处理过程以及处理的结果。得到了碎片云的发展形态、扩散速度和喷射角度等运动参数;利用图像处理技术实现了碎片云的两个关键参数的测量,得到了碎片云的速度和喷射角随时间变化的曲线。     

液体运载火箭爆炸碎片分布估计模型

利用S-Ⅳ火箭爆炸碎片数据提出了火箭爆炸碎片分布估计模型,用文献给出的几种液体火箭爆炸事故碎片数据对理论模型进行了验证。理论模型估计出的火箭爆炸碎片分布与美国几种火箭爆炸事故碎片数据吻合很好。利用提出的液体运载火箭爆炸事故碎片数据模型估算出了我国2种典型运载火箭若发生事故爆炸的碎片分布。计算数据与实际火箭爆炸碎片分布情况吻合较好,说明该模型具有良好的应用价值。     

超高速碰撞产生的碎片云研究进展

弹丸超高速撞击薄板后破碎形成碎片云,被应用于空间碎片防护设计。针对薄板超高速正撞击情况下产生的碎片云进行分析,梳理了主要研究进展及不足,按碎片云形成过程、碎片云分布特性、碎片云模型和碎片云侵彻性能4个部分进行了阐述。综合评述了近30年碎片云研究的进展,提出了未来研究发展趋势和若干建议,以供相关领域研究者参考。     

基于量纲分析的爆炸冲击波作用后钢化玻璃碎片质量分布规律研究

为研究爆炸冲击波作用于钢化玻璃产生碎片造成的次级毁伤效应,开展了钢化玻璃毁伤效应试验,进行了碎片质量分布统计。通过整理分析试验数据,得到了每发次试验碎片质量在不同飞散距离的试验统计结果。利用量纲分析,推导了碎片质量与飞散距离的无量纲函数关系式。基于该关系式,结合试验统计结果,利用最小二乘法拟合得到了碎片质量与飞散距离的半经验预测公式,并分析了公式的特点,验证了预测公式的合理性。研究结果表明,对于相同厚度的钢化玻璃,在相同破坏模式下其碎片质量分布规律一致,满足相同的分布规律预测公式。     

超高速撞击碎片云特性分析

空间碎片和微流星对于空间飞行器的超高速撞击会产生碎片云,文中用数值仿真的方法对给定速度下的碎片云的长径比的演化过程,长径比与撞击条件的关系,碎片云中碎片粒子的速度分布与弹靶条件的关系等问题进行了分析,并且根据仿真计算的结果总结了相应的规律.     

模拟卫星结构爆炸解体碎片分布特性

采用沙坑回收实验和理论分析相结合的方法,对铝薄壁圆柱模拟卫星结构爆炸解体碎片分布特性进行了研究。实验结果表明,卫星模拟结构爆炸解体行为显著受壁厚和剩余燃料量影响,壁厚越小或剩余燃料量越多,爆炸解体碎片越多,且碎片质量分布范围很广,从不足0.2 g颗粒到100 g以上不规则碎片。基于实验结果,结合带壳装药爆炸解体模型和卫星弱爆炸解体模型,建立了模拟卫星结构爆炸解体碎片总数分布分析模型和碎片质量分布分析模型,为卫星意外解体碎片分布特性的科学评估提供参考。     

云爆剂爆炸/冲击波参数研究

对一种新型云爆药剂及其试验装置进行了外场静爆试验,并对其爆炸/冲击波参数和后续燃烧现象进行研究。结果表明:总装药量为30 kg的试验弹其爆炸火球最大直径可达17.4 m,是原始装药直径的75.65倍。从所测爆炸场超压曲线发现存在前后两个正压作用区,第二个正压区呈现较好的规律性;二次冲击波在火球区外形成,火球区内是后续燃烧反应对爆炸波加载而引起的压缩波积累压力平台;二次冲击波峰值压力不小于第一个冲击波的40%,二次冲量占总冲量的12.5%~43.7%,其对爆炸/冲击波威力的贡献不可忽略。     

基于液体运载火箭初始段爆炸碎片散布分析的系统设计

介绍了液体运载火箭初始段爆炸碎片散布分析系统设计的主要思路,并对系统中的液体火箭爆炸当量确定、碎片初始速度和碎片气动参数等关键技术进行了分析。运用仿真分析的手段对液体运载火箭爆炸碎片进行散布分析研究,形成完整的、系统的计算分析方法。在此基础上建立爆炸碎片计算、分析及演示平台,为爆炸碎片散布分析提供有效的工具,针对液体运载火箭在初始段爆炸情况下爆炸碎片的散布进行了系统的研究。     

工业粉尘云爆炸下限的实验研究

通过对主要工业粉尘爆炸压力测定，发现粉尘爆炸下限与测试用点火具压力和燃烧持续时间有关。对于不同的粉尘，通过燃烧时间来判断爆炸下限对于工业粉尘防爆设计具有实际意义。     

内置障碍物诱导下的开敞空间球形气云爆炸冲量的研究

为研究带有结构物的可燃气云爆炸冲量,设计了内置半球条栅形和球袋形两种障碍物的气云爆炸实验,对障碍物特性参数与冲量的关系进行了研究,得到了半球形气云爆炸冲量随障碍物特性参数的近似余弦衰减规律。对实验数据进行综合回归,引入多能模型思想,得到了计算可燃气云爆炸冲量的拟合方程式。     

爆炸抛撒方式对FAE云雾爆轰特性及威力影响的实验研究

为探讨中心药管和径向药管爆炸抛撒对FAE爆轰特性及威力影响,通过高速录像、压电传感器和红外热像仪记录FAE静爆实验。获得两发50kg PO、1.5kg抛撒装药、两种爆炸抛撒作用下的云雾扩散、火球温度、冲击波超压数据。结果表明,采用中心药管和径向药管爆炸抛撒形成的云雾覆盖面积和起爆形态相差不大;后者在云雾和破片均匀性方面优于前者,火球温度比前者增益约12%,冲击波超压比前者增益约20%~35%。     

基于高速摄影技术的速度测量方法

针对目前测速实验中采用锡箔靶或金属网靶测速时存在效率低、劳动强度大、可靠性较差等缺点,提出一种更高效可靠的高速摄影速度测试方法。以测试单个某型预制破片的靶前速度为例进行高速摄影测速系统组建,分析了关键参数设置的理论依据以及处理高速摄影结果得到速度的像素点法和等比例缩放方法,并将计算结果与锡箔靶方法测得的速度值进行了对比,相对速度差均小于5 m/s。实例应用表明:该方法合理可靠,显著地提高了测速试验的效率,能够满足实际需求。     

炸药水下爆炸气泡脉动周期工程计算方法

在前入水下爆炸实验研究的基础上,引入柱形和球形装药的修正因子,建立了炸药水下爆炸气泡脉动周期的工程计算方法,揭示了炸药爆热与水下爆炸气泡脉动周期的关系,通过实验进行了验证,其计算误差小于5%,实现了不同炸药、不同装药结构水下爆炸气泡脉动周期准确的计算。该计算方法的建立为水下炸药配方设计、水中炸药性能评估提供重要的科学依据。     

受限空间内新型抑爆装置爆炸抛撒水雾形成过程的研究

讨论的抑爆装置是以爆炸抛撒为原理。在发生火灾或爆炸事故的场所,利用抑制装置内炸药的爆炸作用力,瞬时将抑爆剂抛撒出来,快速形成水雾来封闭整个火焰传播通道,达到衰减压力或抑制火焰传播的目的。该装置与传统的连续喷射水雾系统比较,具有水雾形成速度快,形成水雾体积大的特点。着重分析爆炸抛撒水雾的形成过程。为此,借助计算流体力学商业软件FLUENT,采取两相流理论中的Euler-Euler法（颗粒相拟流体模型）数值模拟了受限空间内,爆炸作用力下水被抛撒、水雾形成和扩散过程。讨论了两种布置方式下水雾的运动状态,给出永雾浓度随时间和空间的发展过程,为进一步提高该装置的抑爆效果提供理论指导。     

基于高速数字图像相关法的疲劳裂纹尖端位移应变场变化规律研究

应用高速摄像数字图像相关法研究了谐振式疲劳裂纹扩展试验中紧凑拉伸（CT）试件在高频正弦交变载荷作用下,裂纹稳态扩展阶段裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律。采用数字化高速摄影设备采集系列正弦交变载荷作用下CT试件数字散斑图像,应用数字图像相关(DIC)法计算每幅图像裂纹尖端区域位移和应变场,对裂纹尖端区域特征点的位移、应变值采用最小二乘正弦拟合方法进行拟合,求出振幅、相位、平均载荷等特征量,将拟合出的应变或位移正弦曲线和所对应的系列散斑图像进行匹配,找到一个应力循环内特征位置的图像。使用动态高精度应变仪测量了CT试件在一个应力循环内裂纹尖端点应变值,试验结果表明,DIC应变测量最大误差为4.12%,验证了所提出DIC测量方法的可行性。在此基础上,进行了基于高速DIC方法的谐振式疲劳裂纹扩展试验,研究了疲劳裂纹未扩展时裂纹尖端应变幅值和疲劳循环次数的关系及疲劳裂纹扩展到不同长度时裂纹尖端区域位移和应变场的变化规律。