聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

为研究先进装甲目标内乘员部位冲击波毁伤效应,建立了典型装甲车辆乘员舱室模拟等效目标靶,开展了破甲弹静爆射流穿透装甲钢舱壁及炸药在舱内静爆条件下舱内冲击波试验。试验结果表明：聚能射流穿透装甲舱室后,在舱室内具有一定的冲击波毁伤效应;受射流穿透舱壁时舱体振动、测试位置、壁面反射、传感器安装方式等因素影响,测试波形差异较大;与裸装药在模拟装甲舱内爆炸的试验结果相比,聚能装药爆炸射流穿透舱壁作用下产生的冲击波波形更复杂;若采取无模拟舱底钢板的等效舱试验方法,更加有利于获取有效的超压测试波形。     

一种RDX基温压炸药的JWL-Miller状态方程研究

为了研究某RDX基温压炸药的爆炸威力,对该温压炸药进行了Ф25 mm圆筒试验和野外静爆试验,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对圆筒试验的过程进行数值模拟,得到了该温压炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。引入JWL-Miller模型对温压炸药在野外静爆条件下的冲击波传播过程进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行比对,确定了Miller模型中的铝粉二次反应速率参数。结果表明:运用所得JWL-Miller模型参数模拟得到的冲击波参数与静爆试验测得数据吻合较好,平均相对误差小于±5%。     

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%。     

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。     

TATB基PBX炸药冲击波感度数值模拟研究

为研究TATB基PBX炸药的冲击波感度,采用显式动力学有限元程序——AUTODYN软件对某TATB基PBX炸药在冲击波作用下的临界起爆特性进行数值模拟。通过小隔板试验和冲击波在有机玻璃隔板中衰减模型的理论计算验证了数值模拟的可靠性,数值模拟中,通过3D模型的计算可以直观地看到在爆炸过程中冲击波传播的运动轨迹,模拟计算出某TATB基PBX炸药临界隔板值在5.5～5.7mm之间,临界起爆压力在3.19～3.44GPa之间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

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。     

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。     

战斗部动爆冲击波存储测试方法研究

针对动爆冲击波压力场分布不均、伴随有高速破片、爆点位置不确定等问题,提出了动爆冲击波测试方法。进行战斗部毁伤模拟船舱火箭橇动爆测试试验,研究了传感器测点的布设、综合触发方式等动爆现场测试的关键技术。结果表明动爆冲击波在舱室内传播是不均匀的,高动能和反射超压破坏了冲击波超压场的分布,速度分量的方向冲击波超压值大大增加。     

JO-9159/ECX复合装药的冲击波感度研究

采用隔板试验研究了分别由厚度为3,5,10,20 mm挤注炸药(ECX)和Ф20 mm×20 mm JO-9159炸药构成的复合装药的冲击波感度G50,并采用有限元方法进行了数值模拟.结果表明,试验值与计算值结果基本一致,复合装药的冲击波感度在JO-9159、ECX两种炸药冲击波感度之间,随着ECX炸药厚度的增加,复合装药的冲击波感度呈G50=12.96 5.13e-h/6.41一阶指数衰减形式下降.     

球型密闭容器内水下爆炸载荷特性研究

通过加压容器进行深水爆炸模拟试验是一种经济、有效的研究手段,但加压容器内的复杂试验环境对深水爆炸研究造成较大影响。为了获得球形密闭加压容器内水下爆炸的载荷特性,通过在球型压力罐内进行了不同药量、不同加压条件下的水下爆炸试验,获取了典型位置处富含冲击波入射、反射汇聚及气泡脉动等基本特征的载荷时程曲线,并对其进行了初步分析。基于试验结果,采用Ls-dyna软件对装药在压力罐中的水下爆炸进行了数值仿真研究,详细分析了冲击波载荷的演化过程,揭示了壁面反射波导致气泡脉动特性改变的机理。分析了环境压力、加压气腔体积等参数对气泡脉动的影响规律。研究结果表明,壁面反射冲击波会产生汇聚效应,其对气泡的压缩作用改变了气泡脉动特性;当壁面反射冲击波在气泡膨胀阶段作用于气泡时,对气泡脉动特性的影响最大。此外,加压气腔体积对气泡脉动周期也有较大影响。     

爆炸载荷下铝粉与橡胶复合材料中的冲击波传播特性

为研究爆炸载荷下冲击波在铝粉与橡胶复合材料中的传播规律,利用药柱加载的试验方法,采用锰铜压阻传感器测得铝粉体积含量为30%～60%的试样中6.50～14.25 GPa范围内的冲击波压力数据,结合材料的细观结构分析其对冲击波的衰减机理。通过试验与数值模拟相结合的方法获得冲击波在50%铝粉含量试样中的衰减规律。结果表明：在相同装药特性产生的爆炸载荷作用下,15 mm传播距离处的冲击波压力随铝粉含量的增加而先减小、后增大;铝粉含量为50%的含铝橡胶对冲击波的衰减能力最强,这与其表现出较强的黏性本构行为相关,数据拟合得到其冲击波压力衰减系数为0.066 8.     

沟槽效应的数值模拟分析

为研究沟槽效应的产生机理,利用AUTODYN软件,根据假设条件建立简化的二维EULER计算模型,对深孔不耦合装药条件下铵油炸药的传爆过程迚行模拟。结果表明:沟槽效应产生的主要原因不是炸药受超前冲击波压缩导致密度的增加。铵油炸药不耦合系数为2时,在距离起爆点0.4m处空气间隙中已经产生超前冲击波,但此冲击波幵不会影响炸药正常爆轰。距离起爆点1.5m处,超前冲击波强烈压缩炸药,使炸药爆轰压力降低。     

传爆序列长通道冲击起爆的工程计算

本文介绍了传爆序列长通道不同距离的冲击波入射压力和到达时间的工程计算方法,结合试验结果及数值模拟结果讨论了使继发雷管可靠起爆的主要因素,得到了使M55针刺雷管可靠起爆的冲击波入射压力为8.0MPa.     

冲击波在空气和水两种流体中传统的相似性探索

从一般的可压缩粘性非定常流体出发，在等熵和粘性系数为常数的两个假设条件下，讨论了在空气和水中冲击波传播的相似充要条件，推出了相似准数，给出相似模拟数据求法，为水下爆炸冲击波衰减规律和弹丸在水中的高速运动的研究提供了在空气中进行相似模拟的理论依据。     

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%.     

亚微米炸药的冲击波起爆研究

采用小隔板试验（低压长脉冲）和冲击片（高压短脉冲）试验对亚微米粉体炸药的起爆感度进行了对比试验研究,发现亚微米粉体炸药具有在常见环境力（低压长脉冲）作用下安全钝感,而在特定激励（高压短脉冲）作用下敏感的特点.研究表明,在90%理论密度试验条件下,低压长脉冲冲击波起爆过程中,冲击波感度由热点点火过程控制,且随粒度的减小而降低;而高压短脉冲冲击波起爆过程中,炸药起爆感度由爆轰成长过程控制,冲击波感度随粒度的减小而提高.     

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。     

基于直角应变花的爆炸冲击波应力测试及分析

为了验证钢梁在爆炸冲击波下所受到的应力,分析如何改进或加固钢梁的结构,提出了一种基于直角应变花的多通道低功耗存储式测试系统,进行了大量的可行性模拟实验和可靠性试验。在爆炸冲击波实验中,通过在现场布置多个测点,将爆炸冲击波对钢梁造成的应力进行实际测试,对实验数据进行了分析和处理,得到了爆炸冲击波对钢梁应力造成影响的整体参数和分布规律。实验表明本测试系统适宜用于环境条件比较差的爆炸试验。     

吸能边界条件下水下爆炸离心试验中冲击波传播特性数值模拟

受限于模型试验箱尺寸,水下爆炸离心模型试验中爆炸荷载在试验箱边界产生的反射波必然会影响试验的预期效果,因此减小模型箱边界效应将会大幅度还原试验实际情况并提高试验精度。基于耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法对水下爆炸离心模型试验进行数值模拟,通过试验和理论结果对比及1、2、4、6、8 mm和10 mm尺寸网格分析,验证了数值模型的可靠性,在此基础上对比研究了5、10、15 mm和20 mm厚度橡胶和泡沫作为边界消能材料时水下爆炸离心试验中冲击波荷载的传播特性,分析了各边界材料的吸波耗能机理。结果表明：2 mm欧拉网格尺寸能够兼顾计算效率和计算结果准确性;在模型箱内壁敷设橡胶或泡沫材料能有效降低水下爆炸冲击波的反射效应;在5 mm厚度条件下,橡胶材料较泡沫材料对冲击波吸收效果更为明显,但随着材料厚度的增加,泡沫材料吸波效果更加优越;橡胶材料和泡沫材料对冲击波低频信号均有一定的抑制效果,而对高频段信号抑制效果较弱。     

泡沫铝冲击衰减特性的研究

在轻气炮试验装置上对开孔泡沫铝的冲击衰减特性进行了试验研究,得出了在冲击波加载条件下开孔泡沫铝中的冲击波压力及波速随距离的变化关系曲线.结果表明:开孔泡沫铝具有良好的冲击衰减性能,使冲击波压力在其中呈指数关系衰减,而波速则随距离呈线性关系衰减.