爆炸载荷下岩石损伤与能量耗散的数值分析

通过与相关文献的实验结果对比,验证了数值模拟爆炸波在岩石介质中传播的可行性.借助于显式非线性动力分析有限元程序LS-DYNA,数值分析了爆炸波传播后岩石中损伤演化和能量耗散特性.数值计算结果表明,在爆炸荷载作用下,岩石可分为3个区:与炸药相邻D为1的破碎区,0＜D＜1的损伤区,D近似为0的弹性区,得出各区的范围;爆炸波输入岩石的大部分能量用于破碎岩石,弹性波携带能量占很少一部分;岩杆中能量密度峰值随距离以指数形式衰减.     

聚能效应在爆炸焊接工艺中的应用

利用药包的聚能效应,通过调节药包到复板之间的距离（吊高h0）,控制药包对复板释放的能量,达到减小爆炸复合工艺过程中复合板雷管区的尺寸的目的。6次爆炸焊接实验后,通过观察雷管区及其剖面形貌,最后确定当h0=8mm时,雷管区尺寸小,复板减薄量小,复合板结合率最高。     

地基材料对混凝土道面下爆炸破坏效应影响的数值分析

采用非线性有限元软件AUT()DYN对不同地基条件下混凝土道面下爆炸破坏效应进行了数值模拟,得到了不同地基情况下应力波在混凝土中随时间和位置的变化规律以及损伤区域分布.结果表明,当炸深较大时,高阻抗地基情况的混凝土道面的损伤加剧,破坏效果的主要特征参量,如漏斗坑半径、隆起高度和速度较低阻抗地基情况明显增加;但地基影响随着炸深的减小而逐渐减弱.     

水下接触爆炸作用下双层加筋板架结构的损伤特征

随着水下兵器制导技术的进步,水下近场爆炸乃至水下接触爆炸对舰船生命力构成的威胁受到关注.针对舰船舷侧、底部通常采用的双层结构,设计一套用于水箱试验的缩尺双层加筋板架结构,进行一组不同爆距下的水下接触爆炸试验.通过高速摄像机采集试验中水下爆炸、气泡脉动、结构变形的光学影像,得到不同爆距下的双层加筋板架结构损伤结果和损伤模式.结果表明,随着爆距的减小,板架损伤模式由外板与加强筋连接处的剪切撕裂转向加强筋之间的外板板格内发生多个或单一花瓣形破口,破口区尺寸也随着爆距的减小而增大.     

主动围压和爆炸加载作用下岩石动态响应研究

为了研究爆炸冲击下深部岩石的破碎过程,建立主动围压约束及中心孔爆炸加载实验装置,利用动态测试技术、高速摄像和数字图像相关方法,得到动静组合加载下岩石内部的应变场和表面裂纹扩展过程。基于Johnson-Holmquist本构模型,对不同围压下岩石爆炸动态响应进行了模拟研究。对比结果发现：围压在圆柱试件环向形成压缩预应力,减弱了爆炸柱面波产生的环向拉伸破坏,破碎区半径、裂纹数目和裂纹几何尺寸随着围压的增大显著减小;距离炮孔越远,爆炸应力波强度降低、围压对裂纹的止裂作用逐渐增强。结合弹性力学和柱面弹性波理论对动静加载下应力场的变化进行分析发现,围压产生的环向压缩应力减小了爆炸形成的拉伸破坏,这一结论与实验结果相同。数值模拟结果表明：von Mises应力场随围压的升高而增强,而环向拉伸破坏随围压的升高而减弱,不同围压下的破碎半径和裂纹形态与实验结果基本一致。     

POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板抗爆性能

为研究聚异氰氨酸酯噁唑烷聚合物高分子材料(POZD)涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的抗爆性能,对波纹钢加固钢筋混凝土板和POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板展开接触爆炸试验,并对其破坏特征进行对比分析。采用LS-DYNA软件进行有限元模拟,研究POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的破坏模式和破坏特征,分析装药量局部毁伤效应的影响,并从应力波传播的角度揭示POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板的破坏机理。试验和数值结果表明：在接触爆炸作用下,POZD涂覆波纹钢加固钢筋混凝土板呈现4种破坏模式(结构迎爆面开坑;结构迎爆面开坑,背爆面混凝土层裂和POZD涂覆波纹钢鼓包变形;混凝土板贯穿破坏,POZD涂覆波纹钢严重鼓包变形;整个结构被贯穿破坏穿破坏);在波纹钢加固钢筋混凝土板背爆面涂覆POZD涂层能有效加强结构的抗爆性能。研究成果可为实际工程应用和防护工程提供参考依据。     

深水条件下TNT炸药的爆炸特性

炸药在水下爆炸过程中,炸药能量主要以冲击波能和气泡能的形式释放,炸药种类及爆炸工况不同,炸药的爆炸特性也会发生变化。用AUTODYN数值模拟软件对水深100~2 000 m范围内50 g TNT球形药包的爆炸过程进行计算,获得了水下爆炸冲击波压力衰减过程和气泡脉动过程。分析结果表明:深水爆炸气泡最大半径和脉动周期均变小,符合经验公式描述。在计算深水爆炸冲击波能量时,对已有的公式进行了修正,得到了稳定的爆炸总能量。计算结果表明,随着药包入水深度的增加,冲击波能减少,气泡能增加。     

球形装药内爆岩体破坏效应的准静态模型

针对岩石介质封闭内爆问题,建立了球形装药爆炸破坏区域预测模型。基于岩体的弹性—裂纹—粉碎破坏模式,粉碎区采用Hoek-Brown准则,并结合爆炸前后爆生气体的绝热关系,得到了岩石介质的爆腔尺寸、粉碎区尺寸和裂纹区尺寸。与文献试验结果及已有相关准静态理论进行比较。结果表明:该文模型爆腔尺寸的预测结果与试验结果吻合良好,误差范围为-5.8%～5.5%,而基于Mohr-Coulomb准则的准静态模型计算结果均偏小,且柱形爆腔公式不适用于球形爆腔; Hoek-Brown准则中无量纲经验系数m值对爆腔尺寸有一定影响,m增大,爆腔尺寸减小; 粉碎区尺寸和裂纹区尺寸预测结果受m值影响较小,且比较合理。     

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型，依药量和爆距不同进行7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程，收集试验产生的飞片，并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析，验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明：板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片，飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系；爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势；当爆距大于2倍装药半径后，不同药量在相同的距径比下，板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。     

爆炸载荷对混凝土毁伤效应分析

利用LS-DYNA有限元软件模拟装药爆炸对混凝土介质毁伤效应，模拟结果表明爆炸冲击波超压是混凝土毁伤的主要因素，爆炸破片只产生局部效应，对结构的整体毁伤效应较小。爆炸气体对裂纹的产生和已有裂纹的扩展具有重要的影响。数值计算最大爆腔半径与经验预估基本一致。     

爆炸作用下坑道被覆结构局部破坏效应数值分析

文中利用LS-DYNA程序研究了坑道被覆结构在常规装药爆炸作用下的局部破坏效应。通过数值模拟可直观了解爆炸冲击波在被覆结构中的传播及与周围围岩的相互作用和分析被覆结构的受力特点。计算结果表明在爆炸应力波作用下混凝土被覆结构在反射拉伸波的作用下产生局部震塌破坏。     

POZD涂层钢筋混凝土板抗震塌性能

为研究POZD涂层钢筋混凝土板在接触爆炸作用下的抗震塌性能,对3种试验模型开展不同梯恩梯（TNT）当量的接触爆炸试验。通过对试验模型的毁伤状态观察及数据统计,研究分析了POZD涂层的破坏模式和抗震塌机理。结果表明：POZD涂层钢筋混凝土板具备较为优越的抗震塌性能,随着涂层厚度的增加,抗震塌能力逐渐增强,且震塌系数呈线性减小趋势;钢筋混凝土板喷涂8 mm厚POZD涂层后,抗震塌能力远优于内衬3 mm厚Q235b钢板;在集团装药接触爆炸（球面波）作用下,POZD涂层的毁伤模式为圆锥状鼓起,该鼓起为混凝土碎块和冲击波的复合冲击作用下出现较大塑性变形所致;当冲击荷载超过POZD材料的极限抗拉强度时,除在锥尖处出现较小的圆孔状剪切破坏外,涂层仍能保持整体完好并持续有效约束混凝土碎片,不致产生大面积震塌破坏;在高应变率、强动载作用下,POZD涂层仍然能够保持大变形、高塑性特性,通过自身大变形吸收冲击波能量,约束混凝土碎片,起到较好的抗震塌效果。     

无梯岩石铵脲炸药研究

本文描述一种不含梯思梯的岩石铵脲炸药。即采用复合硝酸脲代替梯恩梯作敏化剂，这种炸药具有澎性小、机械感度低、爆炸性能和贮存性能优良等特点。文中论述了提高复合硝酸辟爆炸性能的技术途径，讨论了影响复合硝酸脲、铵脲炸药性能的因素及无梯铵脲炸药的热分解行为，提出了估算工业炸药爆速和评估无梯铵脲炸药质量可靠性计算数学模型。实验和理论计算结果十分一致。     

混凝土介质中爆炸的三维数值模拟

采用混凝土材料的累积损伤本构模型,用自编三维数值模拟程序( MMIC3D)对炸药（弹体）不同预埋深度、不同药量在混凝土中爆炸对其破坏效应进行了模拟研究,并考虑含自由面的情况,研究了混凝土中爆炸后爆炸场的形成、应力波的传播过程,给出了混凝土中空腔的形状与发展规律,对其数值结果用Vi。。2D和Visc3D动态显示了无限介质以及半无限介质中空腔的形成与发展、表面的运动规律和爆炸形成漏斗坑的过程,得到了与物理分析和理论分析一致的结果。     

PBT/A3 基RDX 含铝炸药爆炸能量特性研究

为掌握PBT/A3 粘结剂体系对含铝炸药爆炸能量的影响特性,以PBT/A3 粘结剂体系为研究对象,复合 RDX 和Al 粉设计PBT/A3 基RDX 含铝炸药配方。测试炸药复合体系密度、爆速、爆热等性能,并与相同条件HTPB 基RDX 含铝炸药进行对比,探讨PBT/A3 粘结剂对炸药密度及爆炸本征能量爆速和爆热影响;开展PBT/A3 基含铝 炸药冲击波超压性能测试,对其近/远场冲击波能量释放特性进行分析和讨论。研究结果表明：较于HTPB 基RDX 含铝炸药,PBT/A3 粘结剂对复合体系装药密度提升9.1%,爆速和爆热分别提升1.45%和11.47%,能量密度提升较 为明显;PBT/A3 基炸药近场超压当量为1.6 倍,远场超压当量为1.69 倍,PBT/A3 含能粘结剂体系的引入改善了复 合体系氧平衡,有利于Al 粉充分燃烧提高其远场能量释放。     

CL-20基含铝炸药水下爆炸实验研究与数值模拟（英）

为了研究含铝粉与不含铝粉的六硝基六氮杂异伍兹烷（CL-20）基高聚物粘结炸药（PBXs）的水下爆炸过程,制备了含铝量分别为0和15%的两种炸药,设计了一个水下爆炸实验装置,得到了炸药的冲击波压力历程、气泡周期和气泡脉动图。计算了两种炸药的冲击波能量、气泡能量和水下爆炸总能量。采用AUTODYN软件模拟了水下爆炸过程。结果表明,当铝含量从0增大到15%时,水下爆炸总能量由1.4倍TNT当量增加到1.7倍TNT当量。气泡脉动过程中,时间从49.5 ms到49.8 ms时,含铝炸药气泡内产生火光。含铝炸药与非含铝炸药超压分别为15.16 MPa与15.51 MPa,气泡二次压力分别为2.25 MPa与2.35 MPa,气泡周期分别为50.20 ms与46.76 ms,气泡最大半径分别为67.87 cm与60.27 cm;仿真得到含铝炸药与非含铝炸药参数超压分别为14.90 MPa与15.14 MPa,气泡二次压力分别为2.16 MPa与2.27 MPa,气泡周期分别为49.32 ms与45.90 ms,气泡最大半径分别为66.32 cm与58.89 cm。实验与仿真结果吻合良好。     

耗氧效应对温压战斗部及装药的毁伤评估

为了实现对温压战斗部及其装药的毁伤评估,采用静爆实验对某温压战斗部静爆耗氧量进行了试验研究,得到环境中氧气浓度-时间动态曲线。根据试验条件下温压战斗部的耗氧量及耗氧持续时间,分别对装药的能量释放效率以及战斗部毁伤威力进行了评估。结果表明,温压战斗部装药能量释放效率和毁伤威力分别是高聚物粘结炸药(PBX)战斗部的1.13倍和1.55倍,与利用冲击波、温度等参数评估结果相当。     

药型罩曲率半径对周向MLEFP成型的影响

为提高周向多爆炸线性成型弹丸的毁伤性能,用ANSYS/LS-DYNA有限元软件计算了药型罩曲率半径对周向MLEFP成型的影响。通过对成型后LEFP性能的统计分析,得出了药型罩曲率半径对周向MLEFP成型性能的影响规律。结果表明: 在爆炸载荷作用下,新型周向式MLEFP战斗部结构能够在四个方向上形成具有一定速度和长度的线性爆炸成型弹丸,可以实现从四周进行近距离拦截和引爆来袭弹药、毁伤轻型装甲目标的目的; 而且当药型罩曲率半径与装药直径比率取0.6~0.8时,形成的LEFP速度高,密实度好,集群毁伤效能好。