内爆炸准静态压力对球形容器弹性动态响应的影响

将球形容器内爆载荷简化为首个冲击波和准静态压力两部分,利用单自由度模型对球壳弹性动态响应过程建立力学分析模型并推导出径向位移响应解,LS-DYNA数值模拟结果与力学分析结果吻合较好,验证了该分析方法的可靠性。通过对所得到的球壳径向位移响应公式进行分析,获得了内爆炸准静态压力对位移响应的影响效应。研究发现,首个脉冲作用时间和准静态压力存在临界值,对最大位移出现时刻具有决定性影响,其中首个脉冲作用时间临界值与结构固有频率有关,准静态压力临界值与首个脉冲压力峰值及作用时间、结构频率、壳体厚度、材料弹性模量和泊松比等因素有关;最大位移出现于准静态压力作用期间时随准静态压力增大而增大,出现在首个脉冲作用期间时则不受准静态压力影响;最小位移随准静态压力增大而增大,后续等幅振幅值随准静态压力增大而减小。研究结果表明,采用多次使用型容器开展有限空间内爆炸效应威力评估时,不仅应考虑爆炸载荷首个脉冲冲量与后续准静态压力的具体细节,还应与结构动态响应历程和结构自身参数分析紧密结合。     

舱室内爆炸压力载荷测试方法研究

针对装药在密闭或准密闭舰船舱室内的爆炸实验,研究首次反射冲击波和准静态压力两种毁伤压力载荷测试方法。分析了舱室内装药爆炸形成的首次反射冲击波和准静态压力两种载荷的频率与幅值特性,阐明了采用不同频响传感器分别进行测量的必要性和合理性;提出了采用高频压电传感器测量首次反射冲击波和低频压阻传感器测量准静态压力的传感器选型方法;给出了专用工艺工装设计以及传感器布设方法,其中尼龙套筒工装可有效起到绝缘和衰减应力波的作用,其内腔传压管设计可有效消除爆炸产生的高频信号和光、热信号对压阻传感器的干扰,从而保证了测试精度。进行了模拟舱室内的装药爆炸实验,所得测试数据与经典公式计算结果一致性良好。研究结果表明：所提出的舱室内爆炸毁伤压力载荷并行测试方法以及工艺工装设计合理可行,能够在获取足够精度的反射冲击波数据基础上更加精确地获取准静态压力峰值及衰减规律;为了准确获取舱室内爆炸压力载荷数据,在合理预估待测信号幅值范围前提下,首次反射冲击波测试采样率应为兆赫兹量级,准静态压力测试采样率应为千赫兹量级;为了防止干扰信号对测试的影响,应采用尼龙套筒工装并采用过盈配合的安装方法。     

温压炸药内爆炸压力特性及威力试验研究

为研究温压炸药内爆炸压力特性和威力,基于爆炸相似律与理想气体状态方程分析建立了冲击波超压及准静态压力计算模型,并利用爆炸罐开展了温压炸药和梯恩梯（TNT）炸药裸药柱内爆炸试验。结果表明：内爆炸压力效应包括冲击波压力和准静态压力,准静态压力上升伴随着冲击波的多次反射,反射结束后准静态压力上升到峰值并维持较长时间;温压炸药内爆炸冲击波超压峰值和准静态压力峰值较TNT炸药分别提高了18.0%和62.9%,基于内爆炸冲击波超压和准静态压力计算得到的温压炸药TNT当量分别为1.18和1.63.     

水雾对舱内装药爆炸载荷的耗散效能试验研究

为了分析水雾对舰船舱内爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过舱内装药爆炸试验研究方法,在有限空间爆炸舱中心设置爆源,测量并对比在有无喷雾工况下舱内典型位置的壁压和准静态压力。结果表明：在水雾抑爆的舱内爆炸试验中,水雾对舱内爆炸载荷的准静态压力和超压峰值削弱作用明显,其中27.5 g梯恩梯爆炸角隅位置的初始冲击波超压衰减率为26.47%,二次反射冲击波波峰值衰减率达到27.27%,准静态压力衰减率达到31.82%;喷雾液滴分布特性相同情况下,随着装药量增加,水雾对冲击波和准静态压力的衰减效果不断降低。     

容器内填沙爆炸实验的数值模拟

为了研究沙介质衰减爆炸冲击性能,在圆柱形爆炸容器内进行填沙爆炸加载实验。利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA对实验过程进行数值模拟;分别采用三维流固耦合算法和二维自适应算法对容器结构动态响应进行分析。模拟得到容器外壁面正对爆心部位的环向应变在大装药量时与实验结果吻合较好。通过数值模拟,获取了容器内部壁面反射超压载荷和沙中成腔尺寸等信息。     

有限空间内部爆炸研究进展

分析了有限空间内爆炸的能量释放特点和毁伤方式,从冲击波特性、热效应、准静态压力、结构动态响应、数值模拟、炸药综合威力评估6方面综述了有限空间内爆炸作用的研究,认为应建立表征内爆威力的屋顶举起实验装置,加强多毁伤元耦合作用对目标破坏的研究,将屋顶举起作功能力和准静态压力纳入内爆炸威力评估体系,建立科学、有效的内爆炸威力评估方法。     

基于多频带小波系数内爆炸振动信号模型预测

内爆炸振动测试对于评估密闭结构的安全具有重要意义,通过测量爆炸容器在内爆炸载荷下几个典型位置的振动情况,并利用小波技术提取振动信号不同频带下的振动分量,研究各频带振动分量的衰减规律,在此基础上,建立内爆炸振动信号多频带小波系数预测模型。结果表明,预测模型能反映出振动信号的强度和频谱以及随装药量和爆心距变化的规律,与实测信号相比,显示出较高的预测精度和较好的实用性。     

内爆炸准静态压力对球形容器弹塑性动态响应的影响

利用单自由度模型对球壳弹塑性动态响应过程进行力学分析并推导出解析解,得到等向强化双线性弹塑性球壳在考虑准静态压力的内爆炸载荷作用下径向位移响应公式,解析结果与数值模拟结果吻合较好。对屈服发生于首个脉冲阶段和准静态压力阶段的两种情况进行分析,获得了准静态压力对球壳弹塑性动态响应的影响规律。研究发现,若屈服发生于准静态压力阶段,进入屈服阶段时刻会受准静态压力幅值影响,随准静态压力的增大而减小;无论屈服发生于哪个阶段,最大位移均出现于准静态压力阶段,且出现时刻有明显差异,最大位移值随着准静态压力幅值的增大而显著增大;与弹性响应结果相比,在弹塑性响应分析中准静态压力幅值对最大位移的影响更为显著。研究表明,在炸药的威力评估工作中,针对准静态压力效应采取结构弹塑性响应分析更有实用价值和指导意义。     

冲击波壁面反射压カ的压杆测试法

为测量爆炸容器壁面反射压力，设计了一种压杆测压系统，对应力波在压杆中的传播进行了数值模拟，分析了压杆测压系统的频响、可测量下限和有效测量时间。对于直径为8 mm的钢质压杆系统，其频响约为115 kHz，使用电阻应变片可测量下限约为3.6 MPa．将压杆测压系统成功应用于小比距离爆炸冲击波测试，获得了较理想的结果，测量最大压力约1.2 GPa．研究表明压杆测压是一种原理简单、量程大、频响高、成本低、抗干扰能力强的方法，可用于爆炸近区壁面反射压力测试。     

基于漏斗坑体积的钻地弹爆炸效应分析

为研究钻地弹在掩体中一定深度爆炸对超深层硬目标的破坏作用,考虑到动能侵彻弹弹壁较厚以及弹体通常采用高强度材料的特点,在引入β因子——用于表示弹体破碎和飞散的能量占装药爆炸产生总能量的比例的基础上,建立了爆炸形成的漏斗坑体积数学模型,并详细分析了装药量与爆炸位置对体积的影响,而后通过实例分析得到了体积最大时钻地弹的侵彻深度。     

多层复合装药爆炸冲击波信号能量谱

为研究多层复合装药爆炸冲击波在不同频段内的能量谱特性,进行了不同长径比多层复合装药的爆炸试验。利用小波包分析原理分析爆炸试验测得的冲击波压力信号,获得不同长径比复合装药的冲击波压力信号能量谱,得到了不同频段内冲击波压力信号的能量谱特征规律。结果表明：复合装药的冲击波能量谱值随装药长径比的增加而增加,冲击波能量主要集中在低频段,不同长径比复合装药爆炸冲击波具有不同的能量分布且各频段的能量差异明显;近距离及大长径比复合装药爆炸冲击波的低频段能量具有较大的能量增长百分比,内外同时起爆时多层复合装药的冲击波压力信号总能量是中心起爆的1.55倍。研究结果可为复合装药结构下毁伤威力可控战斗部的设计及毁伤效能评估提供参考。     

一种新型固体随行弹药的实验研究

为实现固体随行装药的随行效果,设计了一种新型固体随行装药试验弹,对不同发射药进行了密闭爆发器试验,并开展了30mm火炮内弹道试验,分析了不同点火延迟机构的点火延迟效果。试验结果表明:RGD7-4/7发射药和2/1樟燃速相比5/7和4/7单基药更符合随行装药的速燃性要求,主装药采用5/7或4/7单基药装药,随行药室采用RGD7-4/7和2/1樟发射药,通过点火延迟机构控制合适的时间点燃随行药,可实现膛压P——t曲线压力平台;与常规装药对比,在膛压300MPa基本不变条件下,初速最高提高4.25%,表现出良好的随行效果。     

初始压力对TNT密闭空间爆炸温度的影响

为研究密闭空间内初始压力对TNT炸药爆炸温度的影响,采用真空爆炸罐测试系统,开展了不同初始压力条件下0.5kg和1kg药量TNT内爆炸温度试验研究,对测试所得的温度峰值、峰值到达时间、温度变化趋势进行了分析。结果表明:初始压力相同条件下,爆炸温度峰值与药量成正比;同等药量条件下,爆炸温度峰值、峰值到达时间及温度上升速率随初始压力的下降而增加,峰值后的温度下降速率随初始压力下降而减小;随着压力的降低,1kg TNT和0.5kg TNT爆炸温度峰值的比值呈线性减小,当初始压力不同时,小药量TNT的爆炸温度峰值可大于大药量TNT的爆炸温度峰值。     

温压战斗部装填比对毁伤威力的影响

为了研究温压装药的装填比对战斗部毁伤威力的影响,开展了以65%的奥克托今和35%的高活性级配铝粉为主要组份30 g温压装药爆炸后生成产物及输出能量特性的试验研究。依据试验结果,建立了表征温压战斗部毁伤威力的总能量和总比冲量的数学模型。借助一枚装填70 kg温压炸药的200 kg战斗部距地面1.5 m处的静爆试验的结果,利用数学模型计算了该温压战斗部起爆后距爆心不同距离处的冲击波超压和比冲量。结果表明,计算结果与静爆试验测量结果符合较好,验证了所建数学模型的正确性。应用该模型计算了200 kg温压战斗部爆炸后距爆心不同距离处的总比冲量随装填比的变化情况。表明装填比为40%左右时,有最大的总比冲量和毁伤威力。     

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。     

聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

为研究先进装甲目标内乘员部位冲击波毁伤效应,建立了典型装甲车辆乘员舱室模拟等效目标靶,开展了破甲弹静爆射流穿透装甲钢舱壁及炸药在舱内静爆条件下舱内冲击波试验。试验结果表明：聚能射流穿透装甲舱室后,在舱室内具有一定的冲击波毁伤效应;受射流穿透舱壁时舱体振动、测试位置、壁面反射、传感器安装方式等因素影响,测试波形差异较大;与裸装药在模拟装甲舱内爆炸的试验结果相比,聚能装药爆炸射流穿透舱壁作用下产生的冲击波波形更复杂;若采取无模拟舱底钢板的等效舱试验方法,更加有利于获取有效的超压测试波形。     

装药密度对钝化黑索今慢速烤燃特性的影响

为了提高传爆药在武器弹药系统中的安全性,利用自行设计的慢速烤燃装置,测定了钝化黑索今在不同装药密度下的慢速烤燃特性.实验结果表明:在慢速升温条件下,烤燃温度由主体炸药RDX的分解温度决定,并随着装药密度的减小,空隙率的增大,传爆药发生反应的剧烈程度增加.在装药密度为最大理论密度的80%～90%之间时,80%的烤爆输出能量最大.因此提高装药密度有利于降低传爆药的热易损性能.     

云爆燃料分散过程窜火机理的数值模拟

为探索云爆过程窜火现象的物理机制,以环氧丙烷为云爆装药,基于流体力学理论,使用数值模拟软件Ansys对2 kg云爆装置燃料分散过程进行数值模拟,研究燃料分散过程中云雾在驱动和热载荷下的耦合作用;研究耦合作用下云雾的点火条件。结果表明:中心装药量对于云爆装置的窜火具有明显影响,中心装药起爆后产生高温高压推动燃料分散,由于热传导及热辐射机理,在燃料扩散形成的云雾场中同样存在温度场与压力场,云雾场温度高于燃料自燃点,浓度位于燃料爆炸极限区间内时即发生窜火。对2 kg云爆装置的数值模拟表明,发生窜火的位置一般位于云爆装置顶部0.01~0.25 m附近,窜火时间集中在燃料开始分散后的1~5 ms。