等效水下爆炸冲击加载装置的设计研究

为了获取等效水下爆炸冲击波载荷,基于一维弹性波理论与水介质的线性状态方程,对飞片撞击充水锥形靶舱进行了理论分析。采用AUTODYN有限元软件,对撞击过程进行了数值模拟,对比分析了两种活塞厚度对应的冲击波衰减时间。根据理论与数值模拟研究结果,设计组装了等效水下爆炸冲击加载实验装置,测得了水靶舱侧壁中心处的冲击波压力时程曲线。研究结果表明：在实验室范围内通过飞片撞击锥形水靶舱,获取等效水下爆炸冲击波载荷是可行的,而且飞片速度与活塞厚度决定了水靶舱内冲击波的压力峰值与衰减时间;研制的加载装置可用于典型结构与材料的水下爆炸冲击响应分析研究。     

高强度水下爆炸等效冲击波加载特性研究

为了实现实验室范围内的高强度水下爆炸冲击波加载,在现有非药式水下冲击波加载装置的基础上,对加载水舱的结构进行了改进,并利用实验和仿真相结合的方法对非药式高强度水下爆炸冲击波等效加载特性进行了研究,分析了飞片及活塞的质量对加载冲击波强度和衰减时间常数的影响规律,确定了该方法所产生的高强度水下冲击波加载特性。进而利用该装置对0.5 mm厚铝合金靶板进行了水下冲击波加载实验。实验结果表明,改进后的非药式水下爆炸冲击波等效加载装置能够对目标结构进行有效的高强度水下冲击波加载。     

基于爆炸冲击波的战斗部炸点位置预测

为解决侵彻战斗部在建筑物等目标内部爆炸后的爆炸位置难以测定的问题,提出一种基于爆炸冲击波超压测试数据的炸点预测方法.基于爆炸冲击波传播速度与冲击波超压衰减规律,构建冲击波到达时间与传播距离的数学模型,将超定非线性方程组的最小二乘解转换为无约束多元非线性函数的极值求解,应用MATLAB软件的fminsearch函数计算获取炸点坐标,并应用实爆试验数据对比分析计算结果与实测结果.结果表明:该方法具有可行性,用于末端动态速度小于476.42 m/s,战斗部炸点预测的偏差在1.5 m以内.     

球形装药水下爆炸近场测量的连续探针法研究

为了在水下爆炸的单次试验中连续获得炸药爆轰波和近场冲击波的时程曲线,研制了一种压导式连续电阻丝探针,并基于此设计了球形装药水下爆炸测试系统。采用粉状黑索今（RDX）炸药进行120 mm直径的球形装药水下爆炸试验,测量获得了多组爆轰波-冲击波时程曲线。通过对爆轰波段数据进行拟合得到了待测RDX炸药的爆速,利用冲击波段数据计算得到了炸药爆压、绝热指数以及水中冲击波的衰减规律,并与康姆莱特半经验公式和数值模拟结果进行了对比。结果表明：运用新型电阻丝探针测得的RDX炸药参数与理论值相比,爆速、爆压和绝热指数的相对误差分别小于3%、5%和2%;模拟得到的近场冲击波峰压和速度曲线与试验结果基本吻合,最大误差不超过10%.     

水下爆炸对水下目标的毁伤试验研究

为研究水下爆炸对蛙人的毁伤效果,进行了GUHL-1的水下爆炸试验,得到不同爆距处冲击波峰值压力。通过计算获得GUHL-1炸药水中爆炸自由场冲击波压力峰值和爆距的关系。同时对几种反蛙人武器系统的毁伤效果进行了分析,为今后反蛙人武器系统的设计提供参考。     

基于ANSYS/LS-DYNA模拟水下爆炸冲击波的等效质量法

文中针对通用有限元程序ANSYS／LS-DYNA在模拟远场水下爆炸时冲击波强度衰减过快的不足,提出了等效质量法,并利用该方法计算了某圆柱壳结构在远场水下爆炸冲击波作用下的动态响应,计算结果与试验结果吻合较好,从而验证了该方法的有效性。等效质量法可以显著提高ANSYS／LS-DYNA模拟远场水下爆炸冲击波的精度,从而增强了该程序模拟远场水下爆炸的能力。     

密闭装置内爆炸及数值模拟精度分析

通过密闭装置内爆炸试验,分析了密闭装置内冲击波的空间分布规律;研究密闭空间内爆炸数值模拟网格密度对计算精度的影响,采用 LS-DYNA 有限元程序对不同网格密度模型进行数值模拟;结果表明：密闭装置内爆炸冲击波在装置顶角和相交棱线附近汇聚叠加,分布复杂,超压时程曲线大多呈现多峰特性,超压衰减缓慢;网格密度越大模拟精度越高;比例距离越小,对网格密度要求越高;相同网格密度时,后续脉冲超压峰值精度较高。     

静爆冲击波在空气中的传播规律

通过对爆炸冲击波在空气中传播的已有研究成果进行了对比分析,提出了一个能较好描述冲击波超压峰值与当量比例距离关系的解析式。通过静止装药爆炸试验,测得距爆心不同距离处的超压-时间曲线,实测值与理论值能较好吻合,但是在距离爆心较近处仍存在一定偏差,并且实测曲线受到反射波影响较大。     

空中气压环境对爆炸冲击波的影响研究

为获取不同气压环境下的爆炸冲击波传播规律,实现对不同气压环境下的爆炸冲击波性能快速预估,采用非线性动力学软件AUTODYN进行数值模拟,对数据进行分析与拟合,并通过低气压环境冲击波传播试验对拟合公式进行精度验证。结果表明：在同一对比距离下,冲击波超压峰值随着大气压力降低显著下降,低气压环境不利于冲击波的正常传播;基于数值模拟结果拟合考虑大气压力和温度效应的计算模型,对比试验结果,拟合公式计算误差小于15.0%,平均误差小于±7.8%。     

杀爆战斗部破片与冲击波运动规律研究

通过对杀爆战斗部爆炸后破片运动及冲击波传播的研究,为提高破片和冲击波相遇位置的计算精度,理论推导了新的计算方法。采用Visual C＋＋开发破片与冲击波运动规律计算系统使计算方便。运用AN-SYS／LS-DYNA数值模拟了某预制破片战斗部爆炸后破片与冲击波的运动,数值模拟与该模型计算结果相符,较以往计算模型精度提高了8.3％。     

基于爆炸冲击波的头盔防护性能

针对爆炸冲击波致脑损伤的防护问题,开展基于爆炸冲击波的头盔防护性能研究,结合壁面压力传感器和颅脑模拟靶标,形成不同头盔结构和头盔内不同位置的冲击波防护试验测试方法,获取模拟靶标前额、颅顶和颅后的压力-时间变化曲线,分析爆炸冲击波在有/无防护条件下的颅脑表面传播规律。试验结果表明：头盔均能有效削弱冲击波超压,前额超压峰值可从无防护的352.57 kPa削弱至戴QGF-03式头盔的151.31 kPa,戴上全盔后则可削弱至11.36 kPa;冲击波在有防护的颅脑靶标传播过程中易发生绕射和叠加汇聚效应,与无防护相比,QGF-03式头盔内颅后超压提高了50%~100%,FAST头盔内颅后超压提高了9%,盔内压力作用时间显著增长,其中防护面罩可以大幅削弱爆炸冲击波对头部的作用,对前额和面部冲击波超压的削弱可达75%;全盔防护效果最好,能在前额、颅顶和颅后三处分别削弱90%、87%、80%超压峰值,密闭性对冲击波防护具有积极作用。     

不同炸高爆炸条件地下工程内冲击波传播规律的工程算法

为了获取不同工况下工程内部冲击波的传播规律，采用可拼装式钢结构单元组成地下工程模型进行了48次不同炸高的模拟爆炸试验，在模型结构内部侧壁安装压阻式压力传感器测量冲击波波形，由实测数据拟合了深钻地爆炸条件下地下工程内冲击波正压冲量和正压作用时间的工程算法模型。结果表明，冲击波特征参量的取值主要与覆盖层配筋率、装药的比例炸高与比例爆距、结构横截面比例直径有关；模型相关系数大于0.8，平均误差小于20%，能为地下工程抗爆炸毁伤分析与设计提供荷载依据。     

内爆炸作用下抗爆单元防护隔墙厚度计算

封闭空间发生内爆炸时,由于受到周围墙体的限制,作用荷载得以加强。文中分析了结构内爆炸荷载的组成,提出了内爆炸荷载作用下抗爆墙设计的解析计算方法。通过分析表明:准静态气体荷载与冲击波荷载相比较小,但两者之比及在墙体上产生的弯矩之比随加载密度的增加呈上升趋势;爆炸当量相同的条件下,室内地面长宽比对墙体上弯矩影响较大,长宽比越小,墙体上弯矩越小,长宽比为1时,墙体上弯矩达到最小。     

空空导弹爆炸冲击波对导弹类目标毁伤数值模拟

为了得到定量装药的爆炸冲击波对目标有效毁伤的临界距离。基于LS/DYNA软件,把导弹类目标简化成一定厚度的圆柱壳体,对定量炸药爆炸冲击波毁伤不同距离处的圆柱壳体进行了三维数值模拟,分析了不同距离处爆炸冲击波对壳体毁伤的作用方式和壳体的响应特征,得出了壳体不同的毁伤程度,得到了一定装药下爆炸冲击波毁伤目标的临界距离,为战斗部设计、毁伤评估及目标防护设计等提供参考。     

破片和冲击波毁伤圆柱靶的数值仿真

采用动态显式非线性有限元软件对破片和冲击波对圆柱靶的毁伤试验进行了数值仿 真。将破片和冲击波作用分离开来进行研究,既简化了模型又保证了仿真精度。通过圆柱靶冲击 波毁伤试验,检验了圆柱靶材料模型及其参数选取的合理性和网格收敛性。将仿真结果和试验结 果进行了比较,证实了仿真模型的合理性和有效性。计算结果表明：在一定的弹一靶作用距离下, 釆用破片和冲击波联合作用加载,可以有效地形成圆柱靶的解体毁伤。     

高架桥下通道内爆炸灾害荷载数值模拟分析

为了掌握爆炸灾害中爆炸冲击波作用于建筑上的荷载特性,应用非线性显式有限元软件LS-DYNA建立了高架桥下通道内的爆炸数值模型;分析了网格划分方法对超压荷载计算结果的影响;得出了刚性地面上不同炸药当量、不同爆距下,通道外建筑迎爆面上荷载的变化规律,为建筑物的抗爆炸灾害预警、设计和加固等实际工程提供参考。     

炮口冲击波的生物效应研究

初步探讨了炮口冲击波的超压场分布和生物效应 .实验结果表明炮口冲击波有二次激波形成 ,超压峰值以炮口前方 1 m附近最高 ;而炮尾处仅有一次激波形成 ,超压峰值较低 .生物效应主要为听器、肺、上呼吸道损伤 ,有时伴有胃肠道损伤 ,损伤程度与炮口冲击波超压明显有关 .二次焰可引起动物潦毛 .该结果为冲击波损伤的量效关系积累了基础数据 ,对火炮设计有一定的指导意义 .     

爆炸冲击载荷下固支单向加筋板的动响应及破损特性研究

以半穿甲反舰战斗部舱内爆炸的毁伤与防护问题为背景,研究多根单向加筋板结构在爆炸冲击波载荷作用下变形破坏特点及规律。利用有限元软件LS-DYNA开展爆炸冲击波对固支单向加筋板的毁伤作用数值仿真计算,分析近距离爆炸条件下单向加筋板的破坏过程,得到了在爆炸冲击波载荷作用下单向加筋板的变形破坏模式和典型爆炸冲击波载荷下加筋板变形规律。结果表明：加筋板在整体剪切或塑形大变形条件下,其最大无量纲挠度分别与无量纲冲击载荷和加强筋相对刚度之间呈明显的线性关系;在载荷确定情况下,通过改变加强筋相对刚度和无量纲冲击载荷可以确定加筋板失效模式以及失效模式之间转化的临界区域。     

水下爆炸对比格犬损伤试验研究

为研究水下爆炸下水中作战人员的损伤模式和阈值,作者使用试验专用比格犬作为人体替代物,分别开展了克级、千克级TNT水下爆炸试验,直接观察到比格犬在水下爆炸冲击波与气泡脉动作用下的全过程响应,试验结果表明：水下爆炸作用下,含气器官如肺、听器等,遭遇冲击波、气泡、负压等载荷的作用,损伤最为严重,且无论头部是否露出水面,脑部都会产生一定程度的损伤;在同等水下爆炸条件下,潜泳战位比格犬的损伤半径约为泅渡战位的2.5倍;获取了泅渡与潜泳战位比格犬在水下爆炸下的损伤模式和阈值,可为人员水下爆炸冲击伤预测和救治提供参考。     

爆炸冲击波测试数据处理方法研究

通过对爆炸冲击波测试信号常规处理方法的分析,提出了一种基于傅里叶分析的高低通滤波测试信号处理方法.该方法可以将冲击波信号从包含有大的背景噪声干扰的实测信号中提取出来,对爆炸波信号的处理具有很好的可操作性,其可行性与有效性在爆炸实验中得到了验证.