核爆炸对地冲击作用下土体运动特性等效模拟

核爆炸存在多场耦合效应、强非线性以及岩土介质大变形等问题,使核爆炸对地冲击波成分复杂,难以对核爆炸对地冲击效应进行准确仿真。为解决上述问题,提出一种综合考虑感生冲击波与直接冲击波叠加效应的核爆炸对地冲击准确描述方法,并建立了仿真模型。以美军某试验为例对核爆炸对地冲击作用下的土体运动特性进行分析,捕捉到了由冲击波超压引发的感生冲击波,揭示地面及地表浅层目标在遭受空气冲击波作用的同时还承受感生冲击波的作用,完整的核爆炸对地冲击效应是感生冲击波与直接冲击波联合作用的产物。仿真结果与美军试验数据[3]、TM 5-858-2手册经验公式[8]计算值相吻合,证明了该仿真方法的正确性,可为地面及地下结构在核爆炸对地冲击效应下的强度校核提供有效的参考。     

离散杆和冲击波对超音速导弹复合毁伤研究

为研究离散杆和冲击波复合作用下对超音速导弹的毁伤效应,对离散杆战斗部冲击起爆和结构毁伤超音速导弹进行了仿真研究,获得了离散杆战斗部冲击起爆超音速导弹战斗部的临界距离以及弹目距离、交汇角对毁伤超音速导弹发动机舱的影响规律.结果表明:离散杆战斗部只有在杆条与冲击波的复合作用下,才可能引爆超音速导弹战斗部;离散杆战斗部杆条和冲击波叠加作用下对超音速导弹发动机舱的结构毁伤效应明显优于杆条独立作用下的情况.     

爆炸与冲击数值模拟的可视化

针对二维多物质流体弹塑性程序SMMIC(自行开发)结果,设计了一个切实可行的二维爆炸场可视化工具软件,以此来研究二维爆炸与冲击数值模拟结果的可视化问题.用该软件对有或无防护挡墙的二维爆炸场中冲击波的传播过程,金属射流形成过程和混凝土中的爆炸效应进行了可视化处理,可视化的效果比较令人满意,结果不仅可展现爆炸与冲击过程的整体概貌,而且可清晰地显示爆炸与冲击过程的细微过程(如爆炸场中冲击波遇障碍物后的反射,绕流和马赫反射等).     

基于ABAQUS软件的舰船二维水下爆炸空化效应研究

水下爆炸作用下结构冲击响应的模拟与仿真是一个多学科交互的复杂领域,诸如炸药水下爆轰过程、冲击波传播、气泡特性和脉动载荷、空化效应、自由面效应和流固耦合等。利用ABAQUS软件对舰船中横截面进行了二维水下爆炸空化效应研究,模拟了空化对结构的二次加载过程。     

B61-11核钻地弹侵彻爆炸下坑道口部破坏效应分析

利用现有的核爆炸理论。对坑道口部在核钻地弹B61-11侵彻爆炸作用下的破坏效应展开研究。通过直接地冲击破坏参数的计算,以及结合我国核试验所取得的成果,认为坑道口部在爆炸冲击波压力作用下形成了不同的坑道破坏分区,按其破坏机制。可分为剥离震塌破坏、挤压剪切破坏、劈裂拉伸破坏三种破坏形式。研究结果表明坑道口部防护层在B61-11的侵彻爆炸作用下,坑道将产生压实破坏,口部完全丧失防护效能,对工程的抢修造成极大的难度。     

耦合尾喷管堵盖运动的发射箱内流场研究

利用初始冲击波超压完成前后盖开启过程的贮运发射箱已得到广泛应用。为研究含尾喷管堵盖的冲击波超压形成过程及对后易碎盖的作用效果,应用有限元方法并结合动网格技术建立了导弹点火后堵盖的运动模型,并通过实验方法对仿真结果进行了验证。结合计算结果可清晰地看到尾焰流场的形成过程,并得到了冲击波超压在后易碎盖表面的随时间变化曲线。研究表明：受堵盖的影响,冲击波超压首先形成并冲击后易碎盖,燃气由堵盖的边缘向中心汇聚形成主流,在对后易碎盖的冲击时间和作用位置上与冲击波作用有明显的不同;后易碎盖主要受到冲击波超压作用实现碎裂变形,在堵盖运动的投影区域首先达到最大受力,瞬时峰值达5×10⁵ Pa.     

爆炸冲击振动环境下电子装备损伤仿真研究

为解决爆炸冲击振动环境下的电子装备损伤预测、生存性评估问题,在对电子装备冲击振动损伤效应分析的基础上,深入研究了电子装备冲击振动损伤建模与仿真问题,主要包括：冲击振动损伤仿真中的装备模型、冲击振动损伤效应模型、冲击振动损伤响应模型和损伤仿真过程模型。仿真实例结果表明提出的电子装备冲击振动损伤仿真方法是可行而有效的,并明确了下一步需要深入研究的问题,为深入开展电子装备冲击振动损伤仿真研究奠定了基础。     

破片与冲击波耦合作用下巡航导弹发动机毁伤实验研究

为了提高我导弹对抗生存能力和我拦截弹药摧毁来袭导弹的毁伤概率,以巡航导弹发动机舱为研究对象进行了巡航导弹的易损性和毁伤效应研究.在建立巡航导弹发动机舱模拟等效靶的基础上,利用模拟战斗部对巡航导弹发动机舱模拟等效靶进行了冲击毁伤作用实验,研究了发动机舱在破片与冲击波耦合作用下的毁伤模式,分析了其毁伤机理,得到了其在破片与冲击波耦合作用下的毁伤判据.     

波形控制器对杆条破片反导战斗部初始抛撒状态的影响

针对无控冲击波冲量沿杆条长度方向上不均匀作用会使离散杆的局部应力超过杆条材料的屈服极限,导致杆条弯曲甚至断裂,影响杆条的旋转和飞散姿态,最终影响战斗部毁伤威力的问题,采用数值仿真的方法利用波形控制器使冲击波波形可控,并对有控冲击波形作用下的杆条破片的初始抛撒状态进行了仿真研究。结果表明,折线形波形控制器能够使冲击波沿战斗部轴向以平面波的形式传播,冲击波冲量能够均匀地作用于杆条上,使杆条在初始抛撒时受力均匀,不会发生大变形弯曲。     

空地导弹毁伤数值仿真研究

分析了当前关于破片毁伤的研究情况,提出研究战斗部整体毁伤效应的建议,并基于冲击波毁伤相关模型建立了目标冲击波损伤概率模型;应用通用仿真验证软件对引用及所建模型进行了验证仿真,通过仿真结果分析,得出了对作战过程中攻守双方均有意义的结论。     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型.将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献[6]经验公式及文献[17]试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程.利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿...     

圆锥激波诱导的爆燃和爆轰不稳定性研究

对马赫数为6.5的H2/空气预混气体来流,采用带化学反应的多组分Euler方程,在半锥角为32°的圆锥体诱导下的爆燃和爆轰波结构及其不稳定性进行了数值研究。利用文献[7]实验结果验证了数值模型和计算网格的可靠性。计算结果表明,圆锥激波诱导的燃烧包含爆轰和爆燃两个基本形态,两者在空间上呈现出较规则的不稳定结构,而在时间进程上呈现出两种形态交替出现的周期振荡燃烧不稳定现象。爆轰过程的空间不稳定结构由多个基本的三波点结构叠串而成,而爆燃过程中的反应阵面则呈现出锯齿形状。在一个振荡燃烧周期内,爆燃和爆轰的不稳定性受三波点波系结构、化学反应诱导区内未燃气体的热力学状态以及壁面反射波扰动的影响,表现出爆燃过程中化学反应诱导区长度沿圆锥壁面不断增加和爆轰过程中长度不断缩短的特有现象。研究结果对超燃冲压发动机或驻定爆轰发动机的燃烧室设计有参考意义。     

空中爆炸问题的高精度数值模拟研究

针对空中爆炸初期强间断和爆炸后期接触间断物理特性,提出了虚拟流体方法（GFM）和真实虚拟流体方法（RGFM）2种界面处理方法相耦合的计算方法。在高密度比、高压力比同时存在的 爆炸初期和压力、密度及速度等物理量相接近的爆炸后期,分别采用RGFM和GFM对物质界面两侧物理量进行处理。采用Local Level Set方法对运动界面进行追踪,并用5阶高精度加权本质非振荡（WENO）格式和3阶TVD Runge-Kutta方法对控制方程进行离散,编制了空中爆炸数值模拟程序,应用该程序对不同高度近地面空中爆炸以及冲击波与挡墙相互作用问题进行数值模拟,模拟结果能够较好地反映空中爆炸中冲击波的产生、传播、反射、绕射及爆炸产物的膨胀等现象,并与经验公式和试验结果吻合较好。证明了该耦合方法能够模拟空中爆炸问题,并且爆炸波在传播过程中具有很好的对称性,为模拟高密度比、高压力比的多物质之间相互作用问题提供了有效的计算方法。     

炸药周围水层对空气冲击波反射超压影响的实验研究

通过在容器内用适量水包裹炸药进行水消减冲击波的爆炸实验,研究水与炸药的质量比值、比例距离对冲击波反射超压的影响,并对水消减冲击波的规律进行了分析。研究结果表明：相比于无水爆炸,置水后冲击波反射超压随比例距离增大呈先增后减趋势,在比例距离为0.255 m/kg¹³时,置水后的反射超压峰值均大于无水时的结果,且随着水药比的增大而增大, 水药比为6时的压力峰值可达无水时的8倍;当比例距离增大至1.21 m/kg¹³时,水可以显著降低反射超压峰值,相比无水爆炸降幅可达60%.     

高致密球形黑索今晶体结构对高聚物粘结炸药安全性能的影响

为探索炸药晶体结构对其安全性能的影响,通过分子动力学模拟和实验相结合的方法开展高致密球形黑索今（RDX）晶体结构对高聚物粘结炸药（PBX）安全性能影响的研究。采用X射线 单晶衍射测试高致密球形RDX的晶体结构,并根据晶体结构数据,通过分子动力学模拟方法对比高致密球形RDX和普通RDX基PBX的安全性能。为验证分子动力学模拟结果的准确性,制备以高致密球形RDX和普通RDX为基的浇注PBX,采用直接起爆法和卡片式隔板法测试浇注PBX的雷管感度和冲击波感度。分子动力学模拟与实验结果表明：高致密球形RDX是内部缺陷少、形状趋于球形的单晶体,晶胞密度较普通RDX提高2.6%;高致密球形RDX基PBX比普通RDX基PBX的结合能提高289.30 kJ/mol,内聚能密度提高0.022 kJ/cm³、引发键最大键长减小0.02 ,高致密球形RDX基PBX的安全性能更好;在配方比例相同条件下,高致密球形RDX基浇注PBX的雷管感度和冲击波感度比普通RDX基PBX确实有所降低,与分子动力学模拟结果相符,验证了模拟计算的准确性。     

某隔板起爆器冲击起爆过程的数值模拟与实验研究

为了提高火工品的可靠性设计水平,将数值模拟技术引入隔板起爆器的设计中.利用LS-DYNA软件对某隔板起爆器隔板传爆过程进行模拟,计算得出可靠传爆不会穿透隔板的隔板厚度介于2.0 mm与5.0 mm之间.验证试验结果表明当隔板厚度为1.5～2.4 mm时,隔板能够完成正常功能,计算结果与实验结果基本吻合.     

水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟

以实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水中爆炸冲击波传播及气泡脉动规律。应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水中爆炸冲击波及气泡脉动的全物理过程,并将计算结果与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确。以此为基础,分析和总结了网格密度、圆柱形炸药长径比、爆炸距离、爆炸角度对冲击波峰值的影响。有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

飞片冲击载荷在环氧树脂/印刷电路板/环氧树脂界面处的传递特性

为提高弹载电路系统的抗冲击性,开展平面冲击载荷在电路灌封系统内典型界面处的传递特性研究。从试验、理论和仿真角度出发,对冲击载荷在环氧树脂/印刷电路板（PCB）/环氧树脂界面间的传递变化过程进行分析。以轻气炮为试验平台,通过多重埋入式应力传感器测得冲击载荷在界面间的变化过程;以应力波理论为基础,对应力波在多重界面间的入射、反射和透射特性进行分析,并考虑其在黏性介质中的衰减特性,计算求得冲击载荷在此种界面处传递的近似理论结果;结合文献［16］成果,对试验过程进行验证仿真。结果表明：理论、仿真结果与实测数据吻合良好;沿应力波传播方向,PCB背面处的载荷更小,更适宜放置关键元器件。     

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%。     

水下爆炸冲击波对圆柱形壳体结构叠加效应的数值模拟

为研究水下多点起爆冲击波的叠加效应,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件的流固耦合算法,首先将固支方板在水下爆炸载荷作用下的数值模拟与试验数据进行对比,将水中爆炸冲击波的超压计算值与理论值进行对比,证明了流固耦合算法的设置及相关材料参数的选取是合理的。在此基础上,针对鱼雷模拟器,进行了同一当量下单装药和四装药起爆下的系列数值运算,初步分析时差对叠加效应的影响。结果表明:当TNT当量一定时,冲击波超压值随炸距和模拟器直径的增加呈指数形式衰减; 炸距越远,模拟器直径越小,冲击波的叠加效应越强; 对于1.63 g TNT,认为多装药同时起爆的时间间隔最大不超过11 μs。给出了超压放大倍数与模拟器直径和炸距间的关系式。研究结果为大口径弹水下爆炸冲击合成毁伤鱼雷提供了理论指导。