内爆炸准静态压力对球形容器弹塑性动态响应的影响

利用单自由度模型对球壳弹塑性动态响应过程进行力学分析并推导出解析解,得到等向强化双线性弹塑性球壳在考虑准静态压力的内爆炸载荷作用下径向位移响应公式,解析结果与数值模拟结果吻合较好。对屈服发生于首个脉冲阶段和准静态压力阶段的两种情况进行分析,获得了准静态压力对球壳弹塑性动态响应的影响规律。研究发现,若屈服发生于准静态压力阶段,进入屈服阶段时刻会受准静态压力幅值影响,随准静态压力的增大而减小;无论屈服发生于哪个阶段,最大位移均出现于准静态压力阶段,且出现时刻有明显差异,最大位移值随着准静态压力幅值的增大而显著增大;与弹性响应结果相比,在弹塑性响应分析中准静态压力幅值对最大位移的影响更为显著。研究表明,在炸药的威力评估工作中,针对准静态压力效应采取结构弹塑性响应分析更有实用价值和指导意义。     

水下爆炸对双壳体结构破坏的数值研究

针对水下爆炸试验困难的问题,利用有限元方法对双层板壳结构在水下接触爆炸作用下的破坏进行数值仿真模拟,得出了爆炸载荷情况下双层板壳结构的破口形状,位移、应力和压力随时间变化曲线等数值模拟结果,对比了相同爆炸载荷下不同板壳结构的响应,为提高舰船和潜艇整体防护能力以及鱼雷战斗部的设计提供了参考依据。     

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。     

基于塑性弦线法的深水爆炸下加筋锥柱壳变形模型

为探究凸型加筋锥柱壳在静水压与深水爆炸载荷联合作用下的动态响应,在塑性弦线模型基础上考虑静水压载荷、锥角因素,将问题简化为求解拥有初边界值的波动方程,利用特征值展开将肋间板壳径向位移表示为无穷级数的形式,并对每个特征值计算相应的卸载时间,以此显示冲击波载荷的衰减特性。使用有限元程序Abaqus对半锥角为20°的凸型加筋锥柱壳开展最大深度500 m、最大冲击因子0.79 kg^0.5/m的水下爆炸数值模拟研究,对邻近结合处的柱段、锥段肋间板壳的理论模型计算结果进行验证对比和讨论。研究结果表明：与不计静水压相比,静水压使得肋间板壳刚度减小——最大位移出现时刻延滞,最终径向位移随水深而增大;在不同冲击因子下,理论模型与数值模拟最终径向位移误差最大为21.7%(锥段),最小为2.0%(柱段);由于锥角的存在,肋间板壳位移不再关于中心点对称分布,中心点最终位移较柱段减小40%以上。     

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。     

爆炸容器内准静态气压实验研究

准静气压是爆炸容器安全设计和失效分析的主要参数,由于爆炸过程的复杂性,国内外对爆后准静态气压研究得较少。为了研究爆炸容器内准静态气压的规律,设计了内径195 mm,最大装药密度即装药量与体积比为8.87 kg/m3的可重复使用爆炸容器。通过实验获得了爆炸准静气压载荷随时间变化规律,存在一个气压快速上升—指数下降—回升—准静气压,获得了准静气压和装药量与体积比的拟合关系。     

封闭空间内水层对爆炸载荷特性影响的实验研究

采用球对称爆炸装置,在球形容器中开展了炸药与水之间有空气间隙（层）的置水爆炸实验,根据实测的激波走时、压力和冲量等数据,对容器内置水爆炸载荷形成机制进行了分析,并探讨了爆炸过程中空气间隙与爆轰产物和水之间的作用机理。结果表明：置水爆炸时容器内壁受到的载荷主要包括幅值较低的前导空气冲击波和雾状水滴的持续撞击作用,有空气间隙的置水爆炸可以降低反射压力、准静态压力和冲量,空气间隙有利于水对爆炸载荷的消减效果。     

多层柱壳容器弹塑性动态结构响应和优化研究

在轴对称平面应变条件下,对多层柱壳的静态载荷弹塑性响应和单层柱壳的动态载荷弹性响应进行了理论分析和优化研究。在多层柱壳的静态载荷弹塑性响应中,建立了求解多层柱壳的静态载荷弹塑性响应,并对多层的静态载荷响应问题进行了初步的优化。对单层柱壳动态载荷的位移分布进行了理论求解,利用微分方程变换理论,得到了柱壳位移级数解。以此为基础,开展了多层柱壳容器结构响应行为的数值模拟,验证了理论计算结果,同时改变各层柱壳厚度和间隙,进行了优化分析,给出了较为合理的厚度和间隙尺寸。     

有限空间内部爆炸研究进展

分析了有限空间内爆炸的能量释放特点和毁伤方式,从冲击波特性、热效应、准静态压力、结构动态响应、数值模拟、炸药综合威力评估6方面综述了有限空间内爆炸作用的研究,认为应建立表征内爆威力的屋顶举起实验装置,加强多毁伤元耦合作用对目标破坏的研究,将屋顶举起作功能力和准静态压力纳入内爆炸威力评估体系,建立科学、有效的内爆炸威力评估方法。     

一种用于内部冲击波载荷测试的爆炸容器设计

为设计爆炸容器并确保其力学实验安全,研究了容器内部的载荷分布特征和规律,根据研究需求,设计加工了一柱形爆炸容器。数值模拟结果表明,该容器在最大实验药量（1 230 gTNT）作用下结构是安全的。在多次内爆载荷测试实验中（最大实验药量为1 000 gTNT）,该容器没有出现塑性变形,认为容器结构设计合理,实验安全可靠,达到了预期目的。     

水下爆炸爆心坐标计算方法

在水中兵器实航爆炸试验中，借助软件测得的爆炸冲击波压力和传播时间差计算出爆炸爆心坐标。计算结果表明，计算精度满足水下爆炸调试系统要求。     

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。     

多点水中阵列爆炸冲击波的传播特性

为了研究多个装药水中阵列爆炸冲击波的耦合作用和传播规律,利用水中爆炸试验,测量了整体装药、两装药和四装药水中阵列爆炸的冲击波-压力时间曲线,分析了装药数量、阵列距离对水中冲击波峰值压力、冲量和作用时间的影响以及阵列爆炸冲击波参数随距离的变化规律.结果表明,两点阵列爆炸,装药聚焦方向(对称中心线)的冲击波可形成叠加,比例距离2～6 m·kg-1/3的范围,冲击波压力强度增加了22.8％～55.4％,冲击波峰压的增益随着传播距离的增大逐渐增大,非对称方向的冲击波压力可形成延时耦合;四点阵列爆炸,装药聚焦方向的冲击波最高峰值压力都接近于整体装药,装药数量的增加可以提高冲击波的高压区域范围和冲量.阵列爆炸点和布局相同时,阵列距离的增加可提高冲量和冲击波作用时间,冲击波压力作用时间则随着装药数量和阵列距离的增大而增大.两点和四点爆炸,冲击波耦合叠加后的多个冲击波峰值压力、冲量都仍符合爆炸相似率,但冲击波压力作用时间则不符合爆炸相似率.     

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%。     

甲烷爆炸初期关键自由基化学发光与爆炸压力的耦合关系分析

为建立甲烷爆炸初期微观化学反应机理与宏观爆炸压力之间的联系,利用20L标准球型爆炸测试装置和光栅光谱仪采集了甲烷爆炸初期爆炸压力数据,采用光谱分析和数据同步分析方法研究了CO_2、C_2、CHO·、OH·、C_3等关键激发态自由基及分子的光谱强度和爆炸压力的耦合变化关系。研究表明,CO_2在爆炸升压阶段大量生成;C_2、CHO·在爆炸感应期内大量产生,在爆炸升压阶段大量消耗;OH·含量在整个甲烷爆炸的过程中处于较高水平。微观角度CO_2大量生成在宏观上部分表现为爆炸压力的迅速上升,其含量变化趋势与升压过程呈正相关关系;C_2、CHO·迅速消耗在宏观上部分表现为爆炸压力的迅速上升,其含量变化趋势与升压过程呈负相关关系。在爆炸感应期减少C_2、CHO·的生成,降低其含量;在整个甲烷爆炸的过程中抑制OH·产生,降低其含量;减少或抑制CO_2的生成,可以减缓或抑制爆炸进程,有效减小甲烷爆炸的压力。     

微爆索切割航空有机玻璃板实验研究

采用六硝基芪域( HNS域) 微爆索切割航空有机玻璃( PMMA) 板。在改进的实验装置上,针对3 种不同长度的PMMA 板材,在3 种不同温度下,完成了45 次微爆索爆炸切割PMMA 板实验,研究温度、尺寸和边界约束对切割效果的影响。实验结果表明,在所研究的范围内,温度、尺寸和边界约束条件对爆炸切割PMMA 板的效果影响甚微,可以忽略不计。因此,元件的实验参数和结果,可以直接用来指导真实件实验,为弹射救生系统的设计和改进提供科学依据。     

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。     

机库内爆炸效应的数值模拟研究

利用自编程序MMIC3D建立了机库的三维数值模型,采用三维Youngs界面技术对战斗部侵彻机库后发生爆炸情况下的流场分布进行了三维数值模拟。采用后处理软件Visc3D分析了冲击波在机库内的分布情况,在与实验结果对比的基础上,给出了不同关键点的压力曲线和一些规律性的仿真结果,并且通过计算结果的动画处理,清晰地看到战斗部在机库内部爆炸后所形成冲击波的传播规律。这些结果与规律基本符合物理现象和理论分析,对爆炸场近、远场的物理过程及其效应有了深刻的认识和理解,这对于如何高效毁伤机库内的飞机、人员以及相关设施具有重要的参考价值。     

基于Fisher准则函数的凝聚相炸药爆炸火光图像识别研究

为研究利用爆炸火光常规RGB图像识别炸药类型的可行性,以30 g小药量凝聚相炸药爆炸火光的高速摄像图片为对象,提取爆炸火光高光区域的面积时程曲线,用面积时程曲线的形态特征参数建立了描述凝聚相炸药爆炸火光的多维特征向量空间,采用经过推广的三类问题的Fisher准则函数和Bayes决策规则确定了具有最佳识别特征向量的三类问题的线性识别模式,并对试验样本集进行TNT、RDX、HMX三类炸药识别.结果表明: 检测样本集对训练样本集所确立的线性识别模式的误判率的检测结果为10.07%,在全样本空间,利用自析方法所检测的线性识别模式的误判率为17.48%,识别效率较高.     

红外热成像技术在云团爆炸测温中的应用

利用红外热成像技术研究了具有云团爆炸性质的燃料空气炸药(FAE)的爆炸温度场.实验测试了两发液体FAE和一发固体FAE试验弹的爆炸温度参数,得到了爆炸火球温度的时空分布,并根据火球温度分布分析了燃料的抛撒情况.结果表明,在装药量相同的情况下,固体FAE和液体FAE的爆炸火球表面温度分别比TNT高22.3%和6.2%,1000℃以上高温持续时间是TNT的1.95和1.23倍;液体燃料爆炸形成的火球覆盖面积比固体云爆剂大;预制刻槽的薄壁弹体更利于燃料的抛撒和分散.