低密度药型罩形成射流毁伤元数值仿真研究

该文利用有限元软件AUTODYN对尼龙药型罩形成的射流进行了一系列的仿真研究,并对尼龙材料的低密度药型罩的射流成型进行数值仿真,分析了尼龙药型罩在不同锥角、不同装药长径比以及不同壁厚条件下对射流的影响。研究结果发现,尼龙射流的形成过程与典型的金属射流的形成过程相似,尼龙射流头部速度随着壁厚的增加而降低,随着长径比的增加而提高,随着锥角的增加而降低。研究低密度药型罩可作为串联战斗部前级来实现对爆炸式反应装甲穿而不爆的特性。     

起爆方式对柱形炸药空爆冲击波场的影响

为研究起爆方式对柱形炸药爆炸能量输出的控制效应,运用AUTODYN软件对不同起爆方式作用下的炸药在空气中爆炸过程进行了模拟。通过对比分析参考位置的冲击波超压峰值,得到了起爆方式对爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:比例距离小于5 m·kg-1/3时,起爆方式可改变爆炸冲击波场的局部分布形态,其在不同的方向和距离对冲击波超压影响存在差异;比例距离大于5 m·kg-1/3时,起爆方式对冲击波场分布基本无影响;柱形炸药长径比一定的条件下,同一起爆方式作用下的爆炸相似律仍然成立。     

线性变壁厚药型罩形成射流的数值模拟

采用有限元程序对顶部薄、底部厚的变壁厚药型罩爆破形成聚能射流的过程进行二维仿真模拟。以罩壁的变化率为特征,讨论了线性变化率为0.78%-7.83%的8种药型罩爆破形成射流的形态和射流形态参数的变化,并与等壁厚药型罩爆破形成的射流进行了对比。结果表明,罩壁的变化率对射流的形状、长度和断裂时间均有较明显的影响;对于本文所采用的装药结构而言,变化率在2%左右的线性变壁厚药型罩爆破效果最佳,并优于同等装药条件下线性等壁厚药型罩的爆破效果。     

线性变壁厚药型罩形成射流的数值模拟

采用有限元程序对顶部薄、底部厚的变壁厚药型罩爆破形成聚能射流的过程进行二维仿真模拟。以罩壁的变化率为特征,讨论了线性变化率为0.78%-7.83%的8种药型罩爆破形成射流的形态和射流形态参数的变化,并与等壁厚药型罩爆破形成的射流进行了对比。结果表明,罩壁的变化率对射流的形状、长度和断裂时间均有较明显的影响;对于本文所采用的装药结构而言,变化率在2%左右的线性变壁厚药型罩爆破效果最佳,并优于同等装药条件下线性等壁厚药型罩的爆破效果。     

起爆形式对线性成型装药射流形成的影响

以工程中常用的柔性切割器为研究对象,在不考虑端部效应的前提下对三种起爆方式下线性成型装药射流形成差异进行了理论和数值模拟分析,得出了不同起爆方式下射流头部速度的大小关系、射流内部速度的分布规律。在此基础上进一步提出了三种起爆方式下线性成型装药切割目标的恰当的数值模拟方法。     

起爆形式对线性成型装药射流形成的影响

以工程中常用的柔性切割器为研究对象,在不考虑端部效应的前提下对三种起爆方式下线性成型装药射流形成差异进行了理论和数值模拟分析,得出了不同起爆方式下射流头部速度的大小关系、射流内部速度的分布规律。在此基础上进一步提出了三种起爆方式下线性成型装药切割目标的恰当的数值模拟方法。     

柱状装药不同起爆方式的数值模拟研究

运用三维非线性动力有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA对柱状装药3种起爆方式下的爆轰过程和岩石中的应力波传播特征进行模拟。分析不同起爆方式下岩石中应力波的叠加和传播过程,对比岩石的应力状态、应力水平和振动响应。分析结果表明:不同起爆方式下岩石中应力波的传播方向、大小不同,引起的振动响应也不同;反向起爆时岩石自由面的拉应力和振动速度峰值较正向起爆时大;反向起爆时孔底近区的应力水平较正向起爆和双向起爆时大。综合考虑岩石的应力和振动响应,可得反向起爆的爆破效果较正向起爆和双向起爆好。     

球缺型EFP毁伤混凝土墙试验与数值仿真研究

为深入研究混凝土类目标在聚能装药作用下的侵彻效应和毁伤机理,设计一种大口径Φ120 mm球缺型EFP聚能装药,开展不同炸高下毁伤大尺寸混凝土墙试验。基于修正参数的RHT模型进行数值仿真,仿真结果与试验数据的最大相对误差为9.8%,表明RHT模型的修正效果较好,数值模型可靠。在此基础上,分析炸高对毁伤效果的影响,并对EFP侵彻体与爆炸冲击波的联合毁伤元特性进行研究。结果表明：所设计的EFP聚能装药毁伤混凝土墙时,能够形成具有较大直径和深度的漏斗坑;炸高为20～60 cm时,随着炸高的增大,漏斗坑直径逐渐减小,漏斗坑深度呈先减小再增大再减小,并逐渐稳定的趋势;炸高为20 cm(1.67倍装药直径)时,能够获得直径和深度都较大的漏斗坑,此时漏斗坑直径为6.83倍装药直径,漏斗坑深度为2.30倍装药直径;EFP侵彻对漏斗坑的形成起主导作用,在一定炸高范围内,爆炸冲击波对漏斗坑直径有增大作用,其与EFP侵彻体的耦合能够在一定程度上提高漏斗坑深度。     

起爆方式对岩石爆破裂纹扩展影响的实验分析

为了了解硬岩爆破施工中,提高炸药能量利用率的最佳起爆方式或药包结构,在聚能作用和岩石破碎理论的基础上,分析了空穴聚能、爆轰聚能的聚能作用和爆破裂纹产生机理及准则。通过实验研究了中心雷管、空穴聚能和爆轰聚能的装药方式下爆破裂纹扩展规律。结果表明,3种装药方式下的岩石破碎区范围相差不大,但是中心雷管起爆时岩石径向裂纹较均匀,空穴聚能时在聚能罩的方向上形成较宽、较长的爆破裂纹,爆轰聚能在起爆点中心轴线上形成大的扩展裂纹,虽其宽度和长度均略小于空穴聚能装药,但该方法避免了金属材料的消耗和繁琐的施工工艺。结合红沿河核电站取水隧洞盾构孤石预裂爆破施工,开展的爆轰聚能的工业应用实验表明,采用爆轰聚能爆破技术使孤石强度大幅降低,减少了孤石对盾构机刀盘的磨损,避免了卡钻现象,使盾构机掘进速率提升至10.42mm/min,极大的提高了施工效率。研究结果对起爆技术改进和夹制力大的孤石爆破具有一定的指导意义。     

隔板法形成尾翼EFP的机理探讨

由于规律性尾翼EFP(Explosively Formed Projectile)具有较好的飞行稳定性,为此对大炸高条件下EFP飞行稳定性进行研究.提出一种新型形成尾翼的简易方法,即在药型罩上粘附隔板,利用隔板改变爆轰波阵面的结构形状,从而改变药型罩的变形规律,形成一种带有尾翼的EFP.首先从理论上探讨了该方法的可行性,根据理论分析结果设计了不同尺寸的隔板.然后通过实验验证理论分析结果,最后采用LS-DYNA 时尾翼EFP形成过程进行数值模拟.结果表明:在药型罩上粘贴隔板可以形成尾翼EFP,尾翼EFP形状与隔板尺寸具有一定的相关性.     

聚能射流引爆屏蔽B炸药的数值模拟及试验

为研究?30 mm装药的聚能射流对屏蔽B炸药的冲击起爆问题,采用非线性有限元LS-DYNA程序数值模拟了聚能射流形成、侵彻及冲击引爆屏蔽B炸药作用过程,得到了射流穿过50~75 mm不同厚度屏蔽钢板的速度、直径以及侵入炸药界面的射流能量值,得到引爆B炸药的临界屏蔽板厚度,计算获得该聚能射流临界起爆速度。最后通过试验对数值计算的B炸药起爆特性进行了验证,试验结果与计算符合较好。研究证明,?30 mm装药的聚能射流对屏蔽B炸药的临界引爆屏蔽板厚度为70 mm,可用于反导战斗部毁伤目标。     

双层药型罩内罩开槽对EFP形成尾翼的影响？

为了研究内层药型罩周向对称开槽对爆炸成型弹丸（ EFP）形成尾翼的影响,利用LS-DYNA显示动力分析有限元程序,采用Lagrange算法,对双层药型罩聚能装药的成型过程进行数值模拟。对不同开槽参数的数值模拟结果进行对比分析,选择数值模拟最佳结果进行试验验证。数值模拟与试验研究所得结论基本吻合。结果表明：内层药型罩周向对称开槽结构能够形成带尾翼的串联EFP。当L/Da ＝0.20、W/Da ＝0.05时（ Da 为装药直径,L为开槽长度、W为开槽宽度）,前后EFP长径比最大,带尾翼的串联EFP的成型效果最佳。     

603靶板抗EFP侵彻等效靶实验研究

在EFP对有限厚45#碳钢靶和有限厚603靶板侵彻的脉冲X光摄影试验及靶后破片回收试验的基础上,分析了EFP对有限厚45#碳钢靶和有限厚603靶板的侵彻规律,进而通过对试验结果的数据处理,获得了EFP对有限厚45#碳钢靶和有限厚603靶板的极限穿透速度。利用极限穿透速度相等条件,获得了45#碳钢板与603靶板的等效关系．     

快速拼装式防爆墙消波性能数值模拟研究

为研究快速拼装式防爆墙墙后超压分布规律及影响因素,基于2D映射3D网格建模技术,采用AUTODYN有限元软件分别对TNT当量为6.82 kg,爆高1 m、爆距3 m、墙厚0.5 m,墙体高度为1.5 m、2 m、2.5 m的计算模型和比例爆距分别1.58 m/kg~(1/3)、1.28 m/kg~(1/3)、1.05 m/kg~(1/3)的计算模型以及比例爆距为1.05 m/kg~(1/3),爆高1 m、墙高2 m、墙厚0.5 m,爆距为2 m、3 m、4 m的计算模型进行了模拟,分析了墙体高度、比例爆距和炸药位置对墙后超压分布的影响。结果表明:墙体高度增加将显著增强防爆墙消波性能,墙体高度在1.5~2.5 m范围内变化时,墙后消波系数变化较大;随着比例爆距的减小,墙后较远处消波系数有所增大;随着测点高度和爆高增大,测点处受到的防爆墙保护效应将减小。综合考虑以上因素对墙后测点超压的影响,拟合出了计算墙后超压大小的公式,计算结果与数值模拟结果能较好的吻合。     

气云爆炸下钢筋混凝土板毁伤的数值分析

为了研究气云爆炸下钢筋混凝土板的毁伤评估,通过ANSYS有限元数值模拟方法,研究了钢筋混凝土板的在气云爆炸下的毁伤情况。采用超压-冲量毁伤准则,以剩余承载力为毁伤指标绘制了不同毁伤程度的P-I曲线,通过数学计算拟合了P'-I'-D毁伤曲面公式,并利用数值模拟验证该公式的正确性,将数值分析和公式计算得到的毁伤程度D的比较,在不同毁伤程度下D的误差最大为14.30%。因此,该公式可用于评定钢筋混凝土板在气云爆炸下的毁伤程度。     

曲率半径对双层药型罩EFP战斗部成形及侵彻的影响?

利用ANSYS/LS-DYNA仿真软件研究了药型罩曲率半径对双层药型罩EFP战斗部成形及侵彻特性的影响规律。数值计算结果表明,当药型罩曲率半径的相对值在0.67~0.93时,弧锥结合型双层药型罩EFP战斗部可成形具有良好外形的侵彻体;此时,成形侵彻体的最大侵彻深度约为1倍装药口径。试验结果表明,双层药型罩EFP战斗部成形侵彻体能够有效击穿2层2 cm厚45#钢靶,成形侵彻体对钢靶侵彻的开口形状近似呈现圆形,是具有相同装药结构EFP战斗部成形侵彻体侵彻深度的2倍左右。研究结果可以为双层药型罩EFP战斗部结构优化设计提供参考。     

钢纤维喷射混凝土结构爆炸震塌破坏效应数值模拟

运用动力分析软件LS_DYNA3D,采用任意拉各朗日-欧拉算法,分别对钢纤维喷射混凝土支护和无支护条件下抗常规爆炸的震塌过程进行了三维数值模拟,并将数值模拟结果与规范中其它支护类型在相同条件下的震塌落石速度进行对比.通过震塌剥落层速度的对比,量化说明了钢纤维喷射混凝土支护结构抗爆炸震塌的能力.