带壳装药爆炸毁伤混凝土的数值模拟

为研究壳体对混凝土毁伤效果的影响规律,运用AUTODYN-2D对裸装药和不同厚度钢壳装药爆炸毁伤混凝土进行了数值模拟,结果表明,裸装药爆炸毁伤混凝土后的有效破坏区半径R2值比薄壳体时的小,但比较厚钢壳体时的大,这与试验结果吻合.壳体的存在对于最终毁伤效果的影响,视钢壳体的厚度而定.     

装药起爆位置对爆炸能量传递影响的数值模拟

采用数值模拟软件LS-DYNA模拟了带壳装药在土壤层中在其不同端面起爆时爆炸产生的应力波,在上层半无限混凝土介质中的传播过程,得到了装药不同端面起爆时产生的应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律.模拟结果表明,在装药底端面起爆时爆轰能量利用率较高,对混凝土的作用效果较好,能够为提高装药结构威力设计提供一定参考依据.     

制导炸弹水平侵彻爆炸作用下混凝土重力坝毁伤效应数值仿真

在综合考虑射弹的冲击侵彻作用、破碎弹壳爆炸能损耗、侵彻孔洞对爆轰产物的影响等因素的基础上,通过对制导炸弹GBU-28水平侵彻混凝土重力坝爆炸全过程的三维数值仿真,研究了混凝土重力坝在射弹侵彻爆炸下的动态响应及破坏效应.计算结果表明:侵彻爆炸的毁伤效应主要表现为坝体的局部破坏效应,而且呈现以爆炸作用为主侵彻作用为辅的破坏特征.细长弹药的侵彻爆炸破坏范围的增长主要体现在垂直弹轴方向.     

爆炸作用下坑道头部结构毁伤试验研究与数值模拟

针对信息化条件下坑道头部结构战时生存面临的挑战,对爆炸冲击作用下坑道头部结构的毁伤情况进行了试验研究。通过动力有限元软件LS-DYNA模拟了爆炸冲击对坑道头部结构的作用过程,将得到的结构毁伤情况与试验结果进行对比分析,二者比较接近,可为坑道结构的设计及毁伤模式研究提供参考。     

爆炸作用下坑道头部结构毁伤试验研究与数值模拟

针对信息化条件下坑道头部结构战时生存面临的挑战,对爆炸冲击作用下坑道头部结构的毁伤情况进行了试验研究。通过动力有限元软件LS-DYNA模拟了爆炸冲击对坑道头部结构的作用过程,将得到的结构毁伤情况与试验结果进行对比分析,二者比较接近,可为坑道结构的设计及毁伤模式研究提供参考。     

炸高对侵彻效应影响试验和数值模拟研究

为了研究炸高因素对爆炸成型弹丸(EFP)成型性能及侵彻深度的影响,利用有限元软件LSDYNA,建立了球缺罩型聚能装药仿真计算模型。研究了十种不同炸高条件下,EFP着靶时性能参数和侵彻45#钢靶过程,并与该装药静破甲试验结果进行了对比分析。结果表明:试验与数值模拟结果较吻合,最大误差为10%,EFP装药的有利炸高与装药直径之比为3.9~4.4,最大破甲深度约为装药直径的0.92倍。     

超高性能混凝土在埋置炸药下的抗爆试验及数值模拟

该文研究了超高性能混凝土在埋置炸药爆炸载荷作用下的动态力学性能和损伤规律。通过改变混凝土靶体的配合比和炸药放置深度,得到了不同试验条件下混凝土靶体的破坏数据,采用非线性有限元法对靶体的毁伤效果进行了数值模拟,模拟结果与实际情况吻合较好。研究结果表明混杂纤维增强的超高性能混凝土具备更加优异的抗爆炸性能,炸药在靶体中的放置深度对混凝土的抗爆性能有显著影响。     

动能弹侵彻多层陶瓷靶板数值模拟研究

结合试验对钨合金长杆弹垂直侵彻多层陶瓷靶板进行了三维数值模拟,得出了侵彻的物理图像及各种参量的变化规律.模拟结果中,后置钢靶剩余穿深和陶瓷破碎锥形状与试验基本一致.对于多层陶瓷靶板,每一层都会有漏斗形的破碎锥出现,且这些破碎锥的形状基本一致.随着陶瓷层数的增多,弹体的速度和动能下降速率逐渐变小.比较了相同厚度的多层和单层陶瓷靶板的抗弹性能,结果表明两者的陶瓷破坏形式不同,多层靶板的抗弹性能要优于相同厚度的单层陶瓷靶板,且仅在一定厚度范围内这种优势才较为明显.     

多层介质中装药起爆位置对爆炸能量传递影响的数值模拟

阐述的多层介质由半无限的混凝土、土壤层和岩石层组成。采用数值模拟软件LS-DYNA模拟了多层介质中带壳装药在其不同端面起爆时爆炸产生的应力波在半无限混凝土介质中的传播过程,得到了装药不同端面起爆时产生的应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律。模拟结果表明,在装药底端面起爆时爆轰能量利用率较高,对混凝土的作用效果较好,为提高装药结构威力设计提供了参考依据。     

聚能装药侵彻体对混凝土基座毁伤效应数值模拟研究

为选定混凝土基座爆破后残高低、块度小的聚能装药结构形式,采用数值模拟方法对比研究了装药量、外径和药型罩壁厚相同条件下60°、120°锥形罩和曲率半径为10.8 cm曲面罩形成的射流或爆炸成型弹丸(EFP)运动特性,及其对混凝土基座垂直侵彻过程和毁伤效应。结果表明：不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的侵彻方式不同。60°药型罩的头部射流先侵彻混凝土基座,随后杵体对孔洞进行扩大,120°药型罩的杵体与射流合并侵彻混凝土基座,而曲面药型罩主要依靠成型弹丸对混凝土基座进行冲击侵彻;混凝土基座的破碎能力与侵彻孔直径相关;孔径越大、能力越强。60°、120°和EFP药型罩侵彻孔直径分别为4.3 cm、5.2 cm和7.0 cm,在侵彻深度范围内形成的裂缝数量、宽度呈现增大趋势;混凝土基座爆破后的残留高度与横向贯通裂缝至底面之间的距离相关,而横向裂缝形成与侵彻体参数、装药量等多个因素相关。对有限尺寸的混凝土基座,大锥角药型罩的聚能装药破碎范围和程度的综合效果较佳,EFP药型罩虽然侵彻能力最弱,爆破作用后混凝土残留高度较大,但在侵彻深度范围内的破碎能力最强。研究不同聚能装药侵彻体对混凝土基座的爆破效应为毁...     

舱室内爆毁伤效应数值模拟

为了分析半穿甲战斗部击穿舰舷防护结构后,在舱室内部爆炸产生的毁伤效应,运用非线性动力学有限元软件ANSYS/LSDYNA对舱室内爆毁伤过程进行了数值模拟。根据仿真结果,详细分析舱室内爆毁伤全过程,并研究舱壁厚度、炸药质量及炸点位置对舱室内爆毁伤效应的影响。结果表明:各舱壁之间的焊接处最容易发生失效破坏,且各舱壁的毁伤模式均有显著差异;随着舱壁厚度的增加、炸药质量的减小,舱室由整体分解与局部破口的复合毁伤模式,向焊缝撕裂破坏毁伤模式转变;当炸点位置不同时,舱室毁伤模式有显著区别,炸点位置不在舱室中心时,舱室出现花瓣撕裂毁伤模式。可为舰船防护以及导弹炸点位置的确定提供参考。     

舱室内爆毁伤效应数值模拟

为了分析半穿甲战斗部击穿舰舷防护结构后,在舱室内部爆炸产生的毁伤效应,运用非线性动力学有限元软件ANSYS/LSDYNA对舱室内爆毁伤过程进行了数值模拟。根据仿真结果,详细分析舱室内爆毁伤全过程,并研究舱壁厚度、炸药质量及炸点位置对舱室内爆毁伤效应的影响。结果表明:各舱壁之间的焊接处最容易发生失效破坏,且各舱壁的毁伤模式均有显著差异;随着舱壁厚度的增加、炸药质量的减小,舱室由整体分解与局部破口的复合毁伤模式,向焊缝撕裂破坏毁伤模式转变;当炸点位置不同时,舱室毁伤模式有显著区别,炸点位置不在舱室中心时,舱室出现花瓣撕裂毁伤模式。可为舰船防护以及导弹炸点位置的确定提供参考。     

隧道围岩爆破冲击损伤防护的轻气炮试验及数值模拟

为减小爆破对隧道围岩的损伤破坏,在传统光面爆破装药结构基础上,设计一种在炮孔一侧安放PVC-U材料来保护隧道围岩的装药结构,并分析了该装药结构爆破过程中对隧道围岩损伤防护的机理。为进一步验证PVC-U管的防护效果,利用57mm口径的一级轻气炮装置和LS-DYNA软件进行了岩石冲击损伤破坏分析。结果表明：保护层能够降低岩石试件冲击面上的应力波峰值和减小试件的损伤程度;在相同冲击速度下,岩石试件冲击面上的应力波峰值随保护层厚度的增加而不断下降。加有4mm保护层材料的岩石试件的损伤度较无保护层时降低了21.1%。对岩石试件的冲击过程进行的数值模拟验证了理论分析和试验结果的正确性。说明放置在炮孔内的PVC-U管能够对岩石的爆破损伤破坏起到一定的防护作用。     

超重力场下球形炸药水下爆炸实验及数值模拟

常重力条件下,Mach数和Froude数无法同时满足相似。采用离心模型实验,研究水下爆炸冲击波特性及气泡脉动规律,并采用数值模拟方法重现了超重力场下的水下爆炸过程。实验及数值模拟的结果表明,重力的改变基本不影响冲击波的峰值,COLE理论在超重力环境下仍然适用,而超重力场下,小当量炸药可以模拟气泡的脉动迁移过程,其结果可以用于预测大当量炸药深水爆炸的特性。此外,为减少计算时间并提高计算精度,采用将二维冲击波作为初始条件映射到三维模型的建模方法。对于冲击波计算,网格尺寸宜取药包半径的1/20~1/10;对于气泡脉动,宜取药包半径的1/2~1。     

超重力场下球形炸药水下爆炸实验及数值模拟

常重力条件下,Mach数和Froude数无法同时满足相似。采用离心模型实验,研究水下爆炸冲击波特性及气泡脉动规律,并采用数值模拟方法重现了超重力场下的水下爆炸过程。实验及数值模拟的结果表明,重力的改变基本不影响冲击波的峰值,COLE理论在超重力环境下仍然适用,而超重力场下,小当量炸药可以模拟气泡的脉动迁移过程,其结果可以用于预测大当量炸药深水爆炸的特性。此外,为减少计算时间并提高计算精度,采用将二维冲击波作为初始条件映射到三维模型的建模方法。对于冲击波计算,网格尺寸宜取药包半径的1/20¹/10;对于气泡脉动,宜取药包半径的1/21/10;对于气泡脉动,宜取药包半径的1/2¹。     

水下爆炸冲击下码头结构动力响应的数值模拟

为探究水下爆炸冲击对码头结构的结构损伤,开展爆炸荷载下高桩码头结构的数值模拟分析。基于ALE多物质流固耦合法,建立了码头结构的水下爆炸Lagrange-Euler全耦合模型,基于Cole经验公式,验证了模拟的可靠性,研究了起爆距离、起爆深度以及TNT当量对码头结构动力响应特性的影响规律。结果表明,在水下爆炸冲击荷载作用下,所有桩柱产生不同程度损伤,码头端部的第一根桩柱底部基岩区域以及与横梁相连的基岩区域塑形损伤破坏较为严重;当TNT炸药的起爆距离较小时,桩柱上的反射波要强于水底面的反射波,并会与之相抵消,作用在桩柱上的反射稀疏波会随之削弱;在其他条件相同的情况下,当起爆点到自由水面的距离与起爆点至基础底面距离之差的绝对值越大时,爆炸荷载作用于码头结构上的压力峰值会显著增大。     

近爆作用下钢筋混凝土板动态破坏的数值模拟研究

当爆炸在结构构件表面发生时,产生的冲击波将会对结构构件造成损伤和破坏,而准确预测潜在的爆炸对结构构件造成的损伤是进行重要建筑物和防护结构抗爆设计的基础。为研究近爆作用下钢筋混凝土板的抗爆性能,采用AUTODYN软件建立了混凝土和钢筋的三维分离式实体模型,数值模型考虑了应变率对钢筋和混凝土材料动力本构特性的影响以及炸药-空气-结构之间的流固耦合相互作用,分析了不同炸药量作用下钢筋混凝土板的损伤机理和破坏特征,合理展现了钢筋混凝土板从混凝土开裂、碎片形成、部分钢筋屈服断裂到板局部震塌的动态演变过程。随着炸药量的增大,钢筋混凝土板的破坏模式逐渐由整体弯曲破坏转变为局部的冲切破坏     

铝铜厚度比对复合药型罩侵彻能力影响的计算研究

为了将复合聚能罩从兵工领域引入到民用爆破工程,基于工业用火工品特点,研究了材料廉价易得、制作工艺简单的定厚度比铝铜双层复合药型罩。制作时,在炸药与铜罩(内层罩)之间配置一层阻抗低于铜的铝罩(外层罩),便能提高炸药能量利用率。通过数值模拟计算了不同铝铜厚度比射流的侵彻过程,发现射流头部速度随铝铜厚度比提升而增加,而侵彻深度随铝铜厚度比的增加呈先增后降的趋势,铝铜厚度比为3时获得最佳侵彻深度。铝铜厚度比小于5时,侵彻孔径变化较小。     

Smoothed particle hydrodynamics for numerical simulation of underwater explosion

 Underwater explosion arising from high explosive detonation consists of a complicated sequence of energetic processes. It is generally very difficult to simulate underwater explosion phenomena by using traditional grid-based numerical methods due to the inherent features such as large deformations, large inhomogeneities, moving interface and so on. In this paper, a meshless, Lagrangian particle method, smoothed particle hydrodynamics (SPH) is applied to simulate underwater explosion problems. As a free Lagrangian method, SPH can track the moving interface between the gas produced by the explosion and the surrounding water effectively. The meshless nature of SPH overcomes the difficulty resulted from large deformations. Some modifications are made in the SPH code to suit the needs of underwater explosion simulation in evolving the smoothing length, treating solid boundary and material interface. The work is mainly focused on the detonation of the high explosive, the interaction of the explosive gas with the surrounding water, and the propagation of the underwater shock. Comparisons of the numerical results for three examples with those from other sources are quite good. Major features of underwater explosion such as the magnitude and location of the underwater explosion shock can be well captured. Received: 2 April 2002 / Accepted: 20 September 2002