接触爆炸作用下钢板层裂效应数值分析

基于AutoDyn对接触爆炸荷载作用下钢板的层裂过程进行数值模拟,并对照试验进行分析,探讨了应力波在钢板中的传播过程和特点,剖析了钢板的层裂机理,指出钢板的层裂破坏是钢材在拉伸波作用下的一个损伤累积和能量累积过程。计算表明,装药的高度、钢板的厚度与材质是影响接触爆炸作用下钢板层裂发生、发展及其破坏效应的核心因素。试验和计算结论为钢板在某防护结构中的应用提供了技术参考。     

SPH方法在圆柱型装药与钢板接触爆炸分析中的应用

基于显式动力分析软件LS-DYNA,利用SPH方法对圆柱型装药爆轰问题进行了数值模拟,计算结果表明SPH方法可以准确模拟炸药爆轰及产物膨胀飞散过程。在此基础上建立了圆柱型装药与钢板接触爆炸的三维数值计算模型,分析了接触爆炸荷载作用下钢板的动力响应问题,模拟结果直观显示了接触爆炸作用下钢板发生层裂和穿孔破坏的过程;进行了等比例圆柱型装药与钢板接触爆炸试验,数值计算结果与试验结果符合较好,说明SPH方法可以准确描述爆炸作用下结构的动力响应。     

钢板局部接触爆炸破片形成过程分析

对钢板进行局部接触爆炸试验,分析了钢板破坏的主要特征.在此基础上基于AutoDyn进行数值计算,剖析了破片的形成过程,计算出破片初速度并与基于金属材料临界破坏功理论估算出的破片速度进行比较.接触爆炸破坏试验和数值模拟结果验证了用绝热剪切破坏理论解释钢板接触爆炸破片的生成现象是合适的.     

近距爆炸作用下叠层复合夹芯板局部层裂破坏的理论研究

运用一维波动理论研究复合夹芯板中波的传播与局部层裂破坏,考虑应力波在夹芯板各层之间的反射和透射,得到了各层介质中压力时程的理论计算公式,建立了一维平面波荷载在夹芯板中传播的理论计算方法。基于动量定律和第一强度理论,得到了夹芯板运动与破坏特征的理论计算公式。理论计算结果与试验结果的比较分析证明了理论计算方法的正确性。夹芯板对爆炸荷载防护特性的分析表明,虽然第一层钢板和夹芯层可以显著降低爆炸冲击波的峰值,但第二层钢板才是抵御爆炸冲击波的主要部位,而复合夹芯层的剥落破坏也需重点关注。     

超高韧性水泥基复合材料的层裂试验研究

层裂是材料遭受冲击、爆炸等高速荷载时的一种常见破坏方式。该文利用直径80 mm的霍普金森杆实验装置,研究了超高韧性水泥基复合材料UHTCC(Ultra High Toughness Cementitious Composites)中应力波的传播特性和材料的层裂强度。通过在试件表面粘贴5组应变片,获得了在0.2 MPa、0.3 MPa、0.4 MPa、0.5 MPa打击气压下,UHTCC中应力波的传播曲线。利用高速摄影机记录层裂试验,观测了UHTCC的层裂破坏过程。由试件表面应变片测得的应力波曲线,计算了材料中的应力波波速、动态弹性模量,分析了应力波在该材料中传播的衰减规律,并计算出不同打击气压下材料的层裂强度及应变率。试验结果显示:UHTCC的层裂过程相比混凝土具有更多的韧性特征;UHTCC中的应力波峰值在0 mm～500 mm范围内衰减迅速;在同等应变率下,UHTCC与静态抗拉强度相近的混凝土相比,层裂强度高出10 MPa左右,且UHTCC的层裂强度具有明显的应变率敏感性。     

钢板夹钢管组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于钢管良好的变形能力、吸能特性和夹层结构在强度、刚度上的优势,提出了分层结构为钢板-钢管芯层-钢板的三明治型抗爆组合板。对芯层钢管数量为5根、4根、3根的组合板进行了TNT装药量为1kg的接触爆炸试验,考察了各板在承受接触爆炸冲击荷载时的变形及破坏情况,并对变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,钢板夹钢管组合板承受接触爆炸冲击荷载时,主要发生局部压缩变形。钢管变形是组合板耗散能量的主要途径。增加钢管数量,增大钢板厚度,增大钢管管壁厚度,均可减小组合板在接触爆炸条件下的变形破坏,提高抗接触爆炸性能。     

钢板夹泡沫铝组合板抗接触爆炸性能研究

鉴于泡沫铝材料优异的吸能特性和三明治型组合构件在强度、刚度上的优势,针对分层结构为钢板-泡沫铝芯层-钢板的100 mm厚抗爆组合板进行了装药量为1.0 kg TNT的接触爆炸试验,考察了组合板在接触爆炸条件下的变形及破坏情况,并对组合板的变形破坏过程进行了理论分析和数值模拟。研究表明,组合板承受接触爆炸荷载时,主要通过局部压缩变形和整体弯曲变形吸收耗散能量,上下面板与芯层间易发生剥离现象。钢板相同时适当增大泡沫铝芯层厚度,泡沫铝芯层相同时增加钢板厚度,均可减小组合板承受接触爆炸冲击荷载时产生的变形破坏,提高其抗爆性能。     

POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板抗爆性能研究

为了研究聚异氰氨酸酯噁唑烷(Polyisocyanate oxazodone, POZD)聚合物高分子材料涂覆钢板-钢筋混凝土板在接触爆炸荷载作用下的抗爆性能,开展了接触爆炸试验和数值模拟研究,对其破坏特征进行分析。采用有限元软件LS-DYNA建立了钢筋混凝土板、炸药、钢板和POZD的有限元模型,讨论了不同药量下POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板的破坏模式和破坏特征。试验及数值结果表明：在钢板-钢筋混凝土板背面涂覆POZD涂层能有效提升结构的抗爆性能;在接触爆炸作用下,POZD涂覆钢板加固钢筋混凝土板试件呈现四种破坏模式。     

铝蜂窝夹芯结构爆炸罐动力响应研究

铝蜂窝芯具有良好的变形能力、优异的力学性能和缓冲吸能效果,在爆炸罐大当量化的应用方面展现出巨大的优势。结合单层爆炸罐试验和仿真计算结果,得出单层罐在爆炸荷载作用下的最薄弱位置,验证了数值模型的可靠性;基于此提出了一种内衬可滑动的钢板-铝蜂窝芯-钢板复合多层爆炸罐的结构设计,建立了复合多层罐的细观模型,并对其在承受爆炸荷载作用时的变形破坏过程进行了数值模拟。研究表明,单层爆炸罐的仿真计算结果与试验值基本吻合,端盖由于三波的汇聚使其承受荷载最大;铝蜂窝芯内衬的变形过程与能量的耗散同时进行,是耗能的主要途径;蜂窝芯内衬使爆炸罐获得了更好的抗爆能力,成功使1 000 g的TNT炸药量下复合罐的S_1测点的应变值小于150 g的TNT单层罐的S_1测点的应变值,该研究可为工程设计提供参考。     

外接触爆炸荷载作用下大口径钢管变形与破坏效应的数值模拟

摘 要：基于动力有限元程序LS-DYNA及Lagrangian-Eulerian耦合方法,对大口径钢管在凝聚态炸药外接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行数值模拟,描述了管道的变形情况、破坏过程以及管道内部应力的发展过程,分析了炸药质量、管道壁厚等因素对钢管破坏效应的影响。并在相同的条件下进行了实验研究,计算结果与实验数据具有较好的一致性。研究表明,小质量炸药爆炸后在装药与钢管接触处产生凹坑、鼓包及层裂等破坏效应;而较大质量炸药爆炸后在其爆破部位发生剪切破坏产生类似弹丸的破片,破片具有较大的动能,能够击穿另一侧管壁。研究结果可应用于管道结构在接触爆炸作用下的毁伤或防护方面的预测,从而为管道的安全防护设计提供理论依据。     

锆/不锈钢复合板界面形态及性能分析

研究了不同工艺参数条件下双层锆/不锈钢复合板的界面形貌及力学性能之间的关系。通过金相及能谱分析对结合界面的波纹尺寸、脆性相成分进行测定,通过力学性能检测对结合质量进行评定。通过对爆炸复合不同工艺条件下锆/不锈钢复合板的界面结合情况进行对比,确定了最佳的复合工艺。最佳工艺条件下,界面波长为1 400 μm,波幅为230 μm,剪切强度达260 MPa。研究结果对双层锆/不锈钢复合板的国产工业化生产具有一定的参考意义。     

Effect of loading conditions and the initial state on the spalling of an octogen-based high explosive

The results of studies on the spalling of an OTK-90 high-explosive composition under impact loading are presented. Specimens 20–105 mm thick were loaded with the impact of 1.0- and 1.6-mm-thick steel plates explosively accelerated up to velocities of 135–380 m/s. The elastoplastic problem was used to numerically calculate the conditions of loading and spalling. The data obtained were used to derive a simple empirical equation relating maximum tensile stress in a spall plane with the stress gradient in a tensile impulse and maximum stress in a shock wave. The stabilization of specimens is shown to lead to a certain reduction in spalling stresses. Russian Federal Nuclear Center, All-Russian Research Institute for Experimental Physics, Sarov, Russia. Translated from Problemy Prochnosti, No. 2, pp. 43–50, March–April, 2000.     

轴向钢筋增强混凝土一维应力层裂实验研究

基于Φ74mmSHPB实验平台进行了混凝土及轴向钢筋增强混凝土(UDRC)杆的一维应力层裂实验,采用超高速相机拍摄实验中杆表面的实时变形情况,使用数字图像相关法(DIC)分析杆表面的位移场及应变场演化过程,探讨混凝土及增强混凝土在应力波加载过程中发生拉伸断裂(层裂)的规律,并进一步结合有限元分析了钢筋在层裂过程中的作用。结果表明:UDRC杆中应力波的传播满足一维应力假设;钢筋对UDRC发生拉伸层裂的影响可以忽略,而在混凝土基体断裂后将使结构保持完整;断裂试件中的裂纹在拉压应力波交替作用下反复张开闭合,随着应力波在杆中的衰减而趋于稳定;UDRC与混凝土的层裂强度基本相同,且具有相似的应变率增强效应;在实验加载范围内,光圆钢筋和螺纹钢筋的结构增强效果没有区别。     

近爆作用下钢筋混凝土π梁防护性能的数值模拟

为研究钢筋混凝土π截面梁在近场爆炸荷载作用下的防护方法,采用ANSYS/LS-DYNA建立π梁爆炸数值模型,结合现场爆炸试验结果,对π梁在爆炸荷载作用下的破坏形态进行对比分析,验证数值模型的准确性.通过π梁在近爆荷载下采用不同防护层进行模拟分析,对π梁在不同防护工况下冲击波超压峰值分布规律、结构耗能规律、防护后π梁的破...     

SH导波在钢板缺陷检测中的传播特性

水平剪切(Shear Horizontal,SH)导波在传播的过程中有对称模式和反对称模式,其相速度和群速度主要取决于试件的厚度和频率之积(频厚积)。利用COMSOL有限元分析软件,建立了钢板缺陷的3-D模型,仿真分析了SH0导波在钢板中的传播特性。仿真结果表明SH波在传播过程中很少发生波束方向的改变,无频散和模式转换,信噪比高。利用电磁超声方法激励SH波,对钢板中的裂纹和焊缝缺陷进行了实验,验证了仿真结果的正确性及可行性,为超声导波在板材缺陷检测中的应用提供基础。     

铝合金板料冲压成形的模拟分析

以某客车后围下延伸板为研究对象,运用仿真软件分别对铝合金板和低碳钢板进行冲压成形模拟分析,得到在工艺条件相同的情况下这2种材料成形性的差异,以及获得铝合金成形合格产品的工艺条件。     

多次水下爆炸钢制圆板应变与挠度增长规律分析

在海上战争中,水面舰艇以及潜艇可能会受到多枚水中兵器的攻击,产生的累计损伤问题影响着水面舰艇以及潜艇的持续作战能力和生命力。对膨胀直径为390 mm,厚度为5 mm空气背衬钢制圆板,在50 g药量下,进行持续多次水下爆炸加载试验,对板中心应变、挠度以及厚度减薄率进行测量,试验结果分析表明:第一次爆炸加载时,局部空化使钢板产生的应变是冲击波加载的1倍,当钢板被炸弯后,再次爆炸加载局部空化的二次加载现象不明显。此外,气泡脉动及气泡射流会使钢板发生明显的弹性应变,应变值是初始冲击波作用的10%。对中心挠度和厚度减薄率的数据分析发现,钢板厚度减薄率是随着中心挠度呈线性增加的。该研究对舰船持续作战能力及生命力的评估提供了一定的试验支撑。     

钢纤维类型对超高性能混凝土高温爆裂性能的影响

为了探寻可以有效改善超高性能混凝土（Ultra-high-performance concrete,UHPC）抗火性能的钢纤维类型,本文试验测定了不同类型钢纤维（3种普通钢纤维和2种来自于废旧轮胎的再生钢纤维）增韧UHPC及空白组混凝土的从常温至800℃高温爆裂行为和断裂能。结果显示,未掺入任何钢纤维的空白组UHPC试件全都发生了严重高温爆裂,钢纤维可以显著减轻其高温爆裂但却不能避免爆裂的发生,而掺入端钩型普通工业钢纤维（长度为35 mm,直径为0.55 mm）的UHPC呈现出最优的抗高温爆裂性能,其次是掺入未附着橡胶颗粒（RSF）的再生钢纤维（RSFR）增韧UHPC。可见,钢纤维自身性能特征显著影响了钢纤维增韧UHPC的高温爆裂,相同掺量情况下混凝土单位体积内分布密度较大的钢纤维或者分布密度较小但可以显著增加混凝土断裂韧性（断裂能）的钢纤维比较适合应用于具有较高抗火要求的UHPC结构中。