环形聚能装药水射流成型过程的数值研究

为了研制快速、易携带的水射流排爆装置,采用AUTODYN软件对TNT、水、塑料构成的特殊形状聚能装药结构进行了二维数值模拟,计算了不同炸药厚度下水射流形成过程,得到了水射流形状随时间的变化规律,分析了炸药厚度对射流速度的影响。结果表明: 该聚能装药结构是可行的,能够按照设想形成杵状射流; 水射流的头部速度和平均速度均随炸药的厚度增加而提高。 对于本研究给出的装置结构,当炸药的厚度为4~6 mm时,水射流的头部速度范围为861~1182 m·s-1,射流的平均速度范围为393~571 m·s-1,射流的速度满足理论计算的排爆要求。      

高级排爆防弹衣

美军研制出一种改进型排爆防弹套服,从2002年夏季开始替代传统的PS-820型排爆防弹套服。 这种排爆防弹套服耐火、耐热,能抵挡高速爆炸碎片的冲击,使爆炸物处理人员能安全地处理诸如炮弹或枪榴弹等未爆炸武器,并能有效地保护PS-820型防弹套服难以保护的大腿和腹部,对头部和后胸的保护也有所增强。 预计它的质量会比27.7kg的PS-820型稍重一些,但因为它是用新一代防弹材料制成,其质量分布会更合理,从而使其穿着更为舒适。它可在20s内脱     

无后坐力爆炸物销毁器身管强度分析

为了满足大口径无后坐力爆炸物销毁器一体化、轻量化设计要求,建立一种基于非线性有限元方法的无后坐力爆炸物销毁器瞬态动力模型。依据无后坐力爆炸物销毁器两端对称的结构特点和膛压变化过程,理论分析了其身管强度,并采用非线性有限元方法,对身管整体强度进行数值仿真及验证。结果表明:新型无后坐力爆炸物销毁器身管在一体化设计的前提下,整体强度满足材料弹性极限要求,并且具有足够的安全系数,弹仓部可以减少其壁厚,以实现其轻量化。该研究为大口径无后坐力爆炸物销毁器和排爆机器人身管的设计提供理论依据。     

异形炸药部件的水射流安全分解技术

针对大尺寸、异形炸药部件的安全分解问题,提出基于水射流技术的炸药安全分解技术的设计方案。根据炸药部件的结构特点和材料属性,建立水射流切割炸药部件的有限元数值仿真模型;通过分析炸药材料在不同水射流速度下切割过程、极限应力水平及损失情况,不断优化水射流速度,在确保形状复杂的炸药部件不被冲击引爆和几何结构不遭受彻底破坏情况下对炸药部件进行分解。分解后的炸药块保持形状完整,内部无损伤缺陷,能够为进一步分析炸药部件的物理化学性能提供有效样品。对厚度为75 mm的百千克级空心圆柱型炸药部件的实施分解试验,按照该设计方案最终获得优化后的水射流速度为293 m/s. 试验结果证明,炸药分解设计方案可行,设计的分解装置通用性强,能够为安全分解大尺寸、大当量、复杂结构炸药部件提供有效的技术支持,具有一定的推广应用价值。     

消声水池中水射流噪声特性试验研究

为研究水射流的噪声特性，设计并构建了水射流与辐射噪声测试试验系统。评估了消声水池的自由场性能，基于试验系统测量了消声水池中的水射流噪声特性。试验数据分析表明，在消声水池中开展的50 mm口径水射流试验，能较准确地获得射流速度小于20 m/s时的水射流辐射噪声声源级及其谱分布；获取的水射流噪声辐射声功率整体符合与射流速度8次方呈正比的变化规律，射流速度低于20 m/s时的水射流辐射噪声主要由射流中的湍流运动产生。     

高压水射流破碎炸药过程数值模拟

为把高压水射流技术运用到报废弹药处理工程实际中,采用数值模拟的方法,对高压水射流破碎炸药过程进行了研究。建立了以高压水射流速度为输入参数的有限元计算模型,采用拉格朗日(Lagrange)算法和光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)算法,运用DYNA求解器进行了求解,通过炸药压力、温度、反应度分析,对高压水射流破碎炸药过程的安全性进行了研究,并通过失效单元数量分析对高压水射流破碎炸药过程的有效性进行了研究。结果表明,当高压水射流速度低于800 m·s~(-1)时,可采用高压水射流对报废弹药炸药装药进行破碎,并能保证破碎过程的安全性;当高压水射流速度为150～350 m·s~(-1)时,能较高效地进行大截面破碎;当高压水射流速度为400～800 m·s~(-1)时,能高效实现小截面破碎。     

弹丸头部形状对前置破片飞散的影响

为研究弹丸头部形状对前置破片飞散特性的影响,应用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件模拟前向增强预制破片弹的爆炸过程.研究在不同曲率半径头部壳体上破片层的破片飞散速度及飞散角的关系,以及连接螺对前置破片飞散特性的影响.结果表明:破片层头部的破片速度主要为轴向速度,而尾部破片主要是径向速度,且破片初速及头部的破片飞散角随弹丸头部壳体曲率半径的增大而减小.同时,连接螺主要影响破片层尾部破片的飞散特性,并对中部的破片也有一定的约束.     

磨料水射流喷嘴内流场数值模拟

在前混合磨料水射流（AWJ）中添加聚丙烯酰胺溶液后,可进一步提高多相流动力学特性,从而提高AWJ排除爆炸物作业效率、减少喷嘴磨损,对于利用该技术进行爆炸物切割、钻孔等作业具有重要意义。基于Cross方程对磨料浆体射流（ASJ）喷嘴内多相流进行数值模拟,经实验数据对比可知该方法可以相对准确描述ASJ的动力学特性。利用数值模拟结果对多相流的动力学特性进行分析,通过与AWJ对比得出ASJ可减少喷嘴内阻力,提高射流速度和射流集束性,降低核心区内多相流湍流强度,使磨料颗粒分布更加均匀的作用。     

不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土的研究

为了研究着靶速度在1000～2000 m/s时弹丸的运动规律,分别对不同头部形状弹丸高速侵彻混凝土进行研究。介绍弹丸高速侵彻混凝土的研究现状,采用数值模拟方法对其进行研究,阐述高速弹丸侵彻混凝土的数值仿真,分析不同头部形状对弹丸高速侵彻混凝土的影响,并获得弹丸头部形状、着靶速度和侵彻深度的关系。仿真结果表明：当速度范围在1400～1700 m/s时,锥形头部弹丸的侵彻效应要优于其他三者;当速度范围在1800 m/s以上时,卵锥形弹丸由于发生大的磨蚀与变形此时已经失效,并且在此速度范围下,其他3种弹丸的侵彻效应逐渐趋于一致。该研究结果对今后动能弹及半穿甲弹丸的弹形设计具有一定借鉴意义。     

便携式反恐排爆机器人

为改善现有的排爆机器人结构设计复杂、成本高、难以大量推广应用的问题,研制一种远程电脑操控的 便携式反恐排爆机器人。采用拉格朗日方程建立排爆机器人越障时的动力学方程,对机器人进行Matlab 动力学仿真, 验证动力学性能,并对机器人样机进行爬坡实验、模拟排爆实验测试。机器人底盘采用履带式底盘配合前摆实现复 杂环境下的越障;机械臂采用推杆电机形成5 自由度的串联机械臂构型实现轻量化设计。实验结果证明：便携式的 反恐排爆机器人能在可视条件下进行人为遥控排爆,具有较好的应用推广价值。     

淹没空化水射流倒空钝黑铝炸药实验研究

为了探索淹没空化水射流倒空弹药装药的作用过程和安全性,以钝黑铝炸药为实验对象,开展了淹没空化水射流倒空弹药装药实验研究。采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,获得钝黑铝应力应变力学性能;搭建空化水射流倒空实验装置,考察空化水射流对钝黑铝的冲击破碎效果和作用机理;采用扫描电子显微镜(SEM)表征破碎颗粒形貌,获得空化水射流对钝黑铝细观破碎模式;搭建热电偶测温装置测量空化水射流冲击过程中钝黑铝内部温度变化,并结合钝黑铝差示扫描量热(DSC)测试结果,探讨实验过程的安全性。结果表明,钝黑铝应力应变曲线包括脆弹性阶段、非线性弹塑性阶段和应变软化阶段3个阶段,并且动态加载下的损伤具有应变率效应;空化水射流能够在15min内干净倒空钝黑铝炸药,收集得到的破碎颗粒最大粒径不超过3cm;钝黑铝的破坏主要是由空泡溃灭时产生微射流和冲击波的强大冲击作用所致,其细观破碎模式主要是晶体与黏结剂和铝粉之间的沿晶分离,并伴随少量的穿晶现象,没有发现晶粒破碎的现象;空化水射流倒空钝黑铝炸药是安全的,最高温度约达50℃,小于规定的热起爆温度(160℃),不易引发钝黑铝爆炸。     

高速破甲弹破甲稳定性数值模拟与实验研究

文中采用数值模拟方法,对高速破甲弹生成的金属射流在头螺内运动过程进行了分析。在试验研究及其结果分析的基础上,通过改进头螺内腔结构,改善了射流的品质,提高了破甲稳定性,解决了高速破甲弹破甲稳定性技术问题。     

聚能射流的水下成型及毁伤效果

为分析聚能射流在水介质中的运动规律、形态变化及对靶板的毁伤效果,对锥角药型罩结构的聚能战斗部形成的聚能射流进行数值仿真模拟.在考虑静水压力的条件下,用AUTODYN对聚能射流在水下1、10和50 m侵彻水介质时的形态变化、速度衰减及对靶板的侵彻效果进行了数值模拟,并与相同炸高下空气中形成的射流进行对比.结果表明:射流头部会随着水深的加深发生明显的堆积现象;速度在空腔中呈线性规律衰减,在水介质中呈指数规律衰减;相同炸高条件下,水中的聚能射流对靶板的侵彻孔径比空气中大.     

带壳炸药穿而不爆数值模拟与分析

基于采用低密度射流侵彻带壳炸药,使其穿而不爆,从而为后级主射流侵彻主目标清除障碍的设想,提出了用低密度材料作为成型装药药型罩材料.利用有限元AUTODYN-2D程序对该药型罩形成聚能射流进行了数值模拟,并对射流侵彻不同面板、背板以及夹层炸药厚度的带壳炸药时,夹层炸药是否起爆进行了对比分析,得到了不同面板、背板以及夹层炸药厚度下夹层炸药的峰值压力曲线和反应度曲线.结果表明:该低密度药型罩能够形成聚能射流,对于特定的带壳炸药,当面板、背板厚度小于2mm,夹层炸药厚度小于3.5mm时,射流侵彻带壳炸药能够实现穿而不爆;夹层炸药穿而不爆的压力阈值为7.09GPa,冲击起爆的压力阈值为8.02GPa;炸药压力对时间的积累效应以及炸药受压缩程度将会影响夹层炸药是否被射流冲击起爆.     

聚能射流侵彻隔板形成的前驱冲击波起爆不同温度炸药特性

弹药在聚能射流作用下的反应机制和响应规律,对弹药安全性研究具有重要意义.针对隔板中前驱冲击波起爆炸药机制及炸药温度的影响,开展实验和数值模拟研究.设计大尺寸装药聚能射流侵彻不同厚度隔板,起爆加热炸药的实验装置,采用上下两端加热和侧面保温的方式,实现炸药均匀加热和温度控制.选取黑索今(RDX)含铝(Al)炸药(炸药配方质...     

爆炸复合钢板界面射流熔化与凝固的研究

本文研究了奥氏不锈钢／普通低合金风时复合钢板界面熔区的形成。通过试验发现,爆炸时钢板碰撞形成的射注被截断的位置与铸态凝固组绢存在的位置一致,说明界面熔区是由射流构成的。通过分析,射流熔化的原因并非仅仅来自绝热剪切,射流与基体的摩擦生热同样起着重要的作用。身流熔区的凝固组织对复合板质量影响较大;而凝固组织的质量与爆焊工艺有着密切关系。     

射流冲击盖板覆盖下有限厚炸药的仿真和试验研究

为了研究有限厚炸药在射流冲击下的起爆过程,并得到有限厚炸药的临界起爆阈值。试验采用Φ40 mm聚能装药作为射流源,通过高速录像进行拍摄,对不同厚度的50SiMnVB盖板覆盖下的43 mm厚TNT炸药进行了射流冲击起爆试验,得到炸药的临界起爆阈值和不同刺激强度下的响应情况以及反应产物的膨胀速度。采用数值仿真软件进行了有限厚炸药在射流冲击下的数值模拟计算,得到了射流冲击下炸药内弯曲冲击波发展过程以及有限厚炸药的临界起爆阈值和炸药厚度关系,并通过试验结果进行了验证。最后建立了有限厚炸药临界起爆阈值和临界盖板厚度的计算模型。结果表明:厚度43 mm的TNT临界起爆阈值为37 mm3·μs^-2,并且在不同响应之间反应产物的膨胀速度相差至少一个数量级。射流冲击有限厚炸药时,弯曲波发展为爆轰波需要一定距离,剩余射流头部速度越高,弯曲波发展为爆轰波所需的距离越短。炸药厚度的减少将导致有限厚炸药的临界起爆阈值和临界盖板厚度的增加,并且有限厚炸药的临界起爆阈值的对数与炸药厚度的对数近似呈线性关系。     

平面夹层炸药对射流干扰的数值模拟

采用三维有限元程序( LS-DYNA)模拟了射流以不同入射角侵彻装有平面夹层炸药的靶板过程,并和无平面夹层炸药情况进行了对比分析,发现平面夹层炸药爆炸后,运动的面板和背板对射流有严重的干扰和切割效应,使射流偏转、弯曲、着靶点分散,导致侵彻能力下降。对于垂直侵彻,干扰不明显。对于斜侵彻情况,平面夹层炸药结构使射流的侵彻能力下降约58%～75%,干扰程度随入射角的增大而呈递增趋势。