舰船在大药量武器空爆下毁伤特性数值试验研究

运用有限元仿真方法,探讨了在大装药量武器空中爆炸作用下舰船结构毁伤特性,推导并验证了舰船安全半径。仿真结果表明:在大装药量武器空爆冲击载荷作用下,由于超压作用,舰船水线面以上结构出现大面积塑性变形破坏,并且,响应对爆距变化敏感,而水线面以下结构加速度、应力响应相对较小,且对爆距变化不敏感。在此基础上,总结并验证了大装药量武器空爆作用下的舰船安全半径公式,从而可对舰船状态进行快速评估。研究结果对舰船结构抗毁伤设计具有参考意义。     

基于数值仿真船体结构毁伤测点布设方法研究

为有效测量水下爆炸作用下船体结构的毁伤程度,优化测点布设,建立了典型舰船有限元模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS提供的声固耦合方法,对船体结构在爆炸载荷作用下的冲击响应进行仿真。依据数值仿真结果,分析船体结构薄弱环节,并将这些薄弱环节作为重点测量部位,结合工程实践和海上试验经验,在准确测量结构毁伤的基础上,合理布设传感器测点,研究设计了水下爆炸作用下船体结构毁伤测点布设方法。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验测试结果吻合良好,该毁伤测点布设方法设计合理。     

毁伤威力场冲击波无线分布式测试方法研究

毁伤威力场中冲击波超压测试是评估武器或炸药毁伤威力的一个重要手段,在军工国防领域具有重要作用。针对传统引线法与存储法这两种测试方法的优缺点,分析了冲击波的信号特点及国军标的相关测试要求,提出一种结合无线传感网络( WSN)技术和FPGA逻辑控制技术的冲击波无线分布式测试方法。系统经过激波管动态校准及多次靶场实弹试验,验证了系统具有布设简单、触发策略灵活、无线同步触发性能良好及数据准确度高等优点,特别适合适用于毁伤威力场中复杂恶劣环境下多测点冲击波测试任务。     

两发武器命中板壳结构的数值仿真分析

爆炸载荷作用下结构的破坏变形是非常复杂的非线性动态响应过程.借助于大型有限元分析软件LS-DYNA中的ALE算法对舰船板壳结构在两发武器攻击下的动态响应进行模拟,分别分析了炸药之间距离不同的三种模型在两发武器同时命中和延时命中下的破坏情况,描述了钢板破口大小、有效应力最大值以及最大位移等动态参数.并对两种攻击方式进行了分析比较,结果表明两种攻击方式下,两发武器之间距离愈大,钢板的破坏越严重.     

爆炸场结构振动参数探测装置设计

为掌握爆炸冲击波引起的毁伤目标冲击振动加速度信号在距爆心不同距离上的规律,利用存储测试技术,设计研制了一种可相对独立工作的便携式结构振动遥测探测头。为了准确掌握探测头系统的动态性能,应用霍普金森杆进行了冲击加速度动态标定测试,结果表明该系统在量程范围（-5000~50000g）内性能良好。通过现场3kg TNT实弹动爆试验,系统成功的记录了冲击振动加速度信号,测试结果对评估炸药的毁伤威力性能具有重要的参考价值。     

动能拦截毁伤效果的数值仿真研究

根据质量守恒、动量守恒和能量守恒方程的基本理论,建立了针对动能拦截器高速直接碰撞毁伤的模型．借助ANSYS／LS-DYNA数值仿真软件,进行了数值模拟仿真．分析了拦截器在不同着角以及偏心打击条件下对弹道目标的毁伤效果,并用相关试验数据验证了方法的可行性．仿真结果表明可以进一步利用高性能计算机对拦截器和目标进行全尺寸建模、仿真开发动能拦截器对典型弹道目标的毁伤数据库．     

轴向增强炮弹破片场优化控制及反导效能分析

为了弥补弹目迎击交汇过程中炮弹命中精度不足,提高对目标毁伤的效能,设计了一种能够在轴向形成能量相对集中和径向形成均强分布破片场的新型高效毁伤炮弹——轴向增强炮弹。结构方面首次采用炸药直接驱动前置预置破片的方法来提高轴向速度和形成高密度轴向抛撒的破片场对目标毁伤,通过理论和数值方法建立了弹目交汇过程的理论模型和对空中目标的毁伤效能模型,运用有限元仿真计算的方法系统的对不同破片排布方式的轴向增强炮弹战斗部在不同遭遇条件下对目标的毁伤效能进行了仿真。结果表明调整预制破片的排布形式对提高对目标的毁伤效能是非常有效的。     

温压炸药爆温无线存储测试系统设计

温压炸药爆轰时间长、爆炸温度高且伴随爆炸破坏作用,使其爆炸温度测试较困难。为有效评估温压弹药的热毁伤效应,将存储测试技术应用到爆炸瞬态高温测试中,并结合无线传感网络技术,在确保参试人员的安全前提下,可在500 m外远程监控测试仪器状态进行智能化测试。系统采用E12型热电偶,响应时间短,最大测温为2 300℃,并对其进行可溯源性动态校准,确保测试精度。测试装置成功应用于小当量温压弹药的实爆现场测试,试验结果表明所设计的系统操作简单、使用安全,具有良好的应用前景。     

基于ANSYS/LS-DYNA的博弈对抗目标毁伤效能评估

为了有效地分析智能弹药武器对目标的近炸毁伤效能,研究博弈攻防对抗下的毁伤元对目标侵彻毁伤的评估模型.结合弹丸以不同的姿态与目标交会,建立以导弹和目标为局中人的二人零和非合作博弈模型;基于博弈策略与收益函数的数学表达,给出不同侵彻动能下的对抗攻防收益矩阵;基于此收益矩阵在ANSYS/LS-DYNA的MFC模块下获得攻防对抗纳什均衡策略的分析.通过计算分析,结果发现随着毁伤元侵彻目标的角度(0°～90°)越大,在同一时刻其侵彻动能越小,对目标等效模型的毁伤程度越小;随着目标易损部件易损性的提高,对目标毁伤效能逐渐增大.     

弹体毁伤机场跑道的数值仿真

论述了用基于AUTODYN的动力学分析有限元程序对弹体毁伤机场跑道靶板过程进行数值仿真.阐述了数值仿真模型的建立,以及利用数值模拟技术,实现了毁伤过程中弹体的变形与靶板的破坏状况可视化,同时对仿真结果进行了分析,并进行了实验验证,仿真结果与实际情况基本相符.并且还分析了不同打击条件下弹体对机场跑道靶板的毁伤情况.通过对弹体毁伤机场跑道过程的数值仿真,为开展弹药的毁伤效能评估以及准确预计机场跑道的抢修任务和保障力量准备提供数据支持.     

圆柱壳在水下爆炸载荷作用下的动力仿真分析

圆柱壳是船舶、潜艇和海洋工程结构物的重要组成部分,研究其在水下爆炸载荷作用下的响应对提高结构物的使用周期有着重要的作用.利用LS-DYNA动力有限元程序对张效慈等人做的深水爆炸水动压力场对潜体结构的动态响应试验进行数值模拟.分析了不同材料圆柱壳和不同参数复合材料圆柱壳在水下爆炸载荷作用下的抗冲击性.计算结果表明,复合材料比钢、铜、铝合金金属材料的抗冲击性好,弹性模量小的复合材料的抗冲击性好.方法可以简单快速的计算圆柱壳的抗冲击性,为舰船的设计提供参考.     

Characterization of structural effects from above-ground explosion using coupled numerical simulation

The response of a building structure to a nearby explosion is complicated by the drastic spatial and time variation of the blast load. Existing studies on the structural responses to explosion effects often employ simplified structural model with assumed loading patterns, such as element-based (beam-column, slab) models, single degree of freedom or lumped mass systems. The validity of a simplified approach depends on whether the governing response and failure mechanisms are well represented in the simplified scheme. For such validation more sophisticated models are required. This paper presents a numerical simulation study aiming to characterize the various structural effects of above-ground explosions. A coupled numerical approach with combined Lagrangian and Eulerian methods is adopted to allow for the incorporation of the essential processes, namely the explosion, shock wave propagation, shock wave-structure interaction and structural response, in the same model. The computational domain extends to the soil around the base of the structure, allowing also for an evaluation of the significance of the ground vibration effect. Results show that for a typical above-ground explosion scenario, the critical structural damage is dominated by air shock loading, while the ground shock induces only some additional vibration whose structural effect is minor. The distribution of structural damage tends to be governed by member level effects on the front face of the structure, whereas the global dynamic response of the system appears to be insignificant. Similar modeling approach may be applied to explore other blast-induced complex response phenomena.     

穿舱爆炸舰船局部毁伤效果模型实验方案研究

考虑了爆轰波和结构塑性变形的相似律问题,研究在大尺度缩比船体模型在穿舱爆炸条件实验中,使用畸变相似律处理模型得到对原模型局部毁伤效果等效评估的方法。通过对4种船体结构缩比实验方案进行穿舱爆炸数值模拟分析,并对实际模型毁伤效果评估误差进行总结,得到当缩尺比为λ=0.25、畸变比为φ=2.5时,实验模型能在工程允许的误差范围内可实现对原模型局部毁伤效果的准确评估,得到满足生产可控性和经济性的最终实验方案。结论可为大尺度缩比船体模型穿舱爆炸实验的应用提供参考。     

弹药杀伤效果仿真及综合因素影响分析

该文采用装备战损模拟平台作为试验手段,从统计学研究了弹药高低角、弹药水平角、炸点距离、靶板尺寸等因素对于弹药杀伤效果的影响程度。利用装备战损模拟平台收集了大量的装备战损仿真数据,据此建立了各因素对于杀伤效果的一元回归方程;为了比较各因素对于弹药杀伤效果影响程度的大小,采用正交试验的方法计算了各因素的影响程度数值,并根据一些异常数据证实了弹药高低角和水平角之间存在交互作用,并对各因素的主次关系进行了排序;根据试验数据和理论分析,建立了反映各因素综合影响的数学模型。     

地地导弹突击机场对停放飞机的毁伤效果评估

侦察技术的不断发展使机场战斗目标的隐蔽性受到挑战,地面停放飞机遭受地地导弹突击将造成严重损伤,对毁伤效果的评估是飞机战伤抢修的前提和基础.通过分析地地导弹战斗部的爆炸过程,研究其爆炸时形成的破片、冲击波等因素的毁伤机理,建立毁伤概率的数学模型,主要包括破片毁伤模型、冲击波毁伤模型和耦合毁伤模型等.通过编程仿真计算在不同制导精度、不同装药量以及不同破片数下导弹对地面停放飞机的毁伤概率,为确定地地导弹突击机场时对停放飞机的毁伤效果提供依据.     

基于声光阵列的炸高测量技术研究

针对炸高测量系统结构复杂、布阵繁琐、低信噪比下的炸高测量精度偏低的问题,提出一种立体六元声光阵列的炸高测量方法;详细介绍了该方法的炸高测试原理及结构组成,应用Matlab建立了声光阵列结构的数学模型,深入分析了该结构的测量原理和最佳测量高度;仿真验证结果表明:该方法适用于爆炸高度为20～60 m范围内的炸高测量,测试时应保证爆炸声信号到达传感器的时延估计误差小于20μs、声光信号到达基阵时延估计误差绝对值在4 ms范围内;最终靶场实验结果表明:在低信噪比的情况下,采用立体六元声光阵列结合改进的广义二次互相关算法在最佳测量高度范围内的炸高测量精度达到5％,可以应用于靶场炸高测量.     

基于随机森林的桁架结构损伤程度预测

为适应桁架结构健康监测技术的发展,进一步优化桁架结构损伤程度预测效果,提出一种基于随机森林的桁架结构损伤程度预测算法。算法建立并优化桁架结构损伤数据库,对多个损伤信号分量提取频域特征,通过孤立森林算法和缺失森林算法对数据库进行异常检测和数据补全,并采用主成分分析法对其进行特征降维。经实验验证,算法能够针对不同损伤程度的桁架结构敏感度做出有效判定,与极端随机树、AdaBoost、Bagging等回归算法相比,均方误差显著降低,为桁架结构健康监测提供了有效的预测手段。