模拟破片杀伤战斗部空爆冲击波与高速破片群联合作用的等效试验方法

破片杀伤战斗部空爆冲击波与高速破片群联合毁伤作用下目标结构的毁伤特性、防护效能等是当前防护领域的热点和难点,但目前的试验研究手段和方法存在不足,为此,提出采用等效缩比战斗部(其原理为炸药爆炸驱动预制破片分散)来模拟破片杀伤战斗部,可作为进行空爆冲击波与高速破片群对防护结构的联合毁伤作用的实验方法。在确定防御目标战斗部、防御目标弹丸和几何缩尺比的基础上,根据爆炸力学相关经验公式,提出了求解等效缩比战斗部的装药和预制破片的相关参数的等效计算方法。该等效试验方法考虑了多破片侵彻的增强效应以及与爆炸冲击波的联合毁伤增强效应,且等效计算方法参数较少、简单实用。     

密闭空间内爆炸缩比相似模型研究

以相似理论为基础,对密闭空间内爆炸毁伤参数进行量纲分析,建立密闭空间内爆炸相似模型,用LS-DYNA进行原模型装药递增直至结构破坏计算,并以结构产生裂纹的临界装药量进行缩比系数分别为0.8,0.6,0.4,0.2,0.1的缩比模型仿真计算。结果表明,结构尺寸不变而药量变化时壁面的冲击波服从相似规律;反射超压服从以受单、双及三面墙影响分开考虑的相似规律;冲量由于受结构破损影响不服从相似规律;缩比系数不小于0.1时缩比模型与原模型壁面的冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量服从相似规律,缩比模型冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量与原模型最大相对误差分别为3.3%、4.96%、5.1%;随缩比系数的减小,结构壁面的冲击波超压及冲量呈现出离散分布特性,相似程度有所降低。在研究的缩比系数范围内,可利用缩比模型试验结果预测原模型内爆炸毁伤效应。     

高能炸药毁伤威力数值仿真实验研究

采用AUTODYN分别对2.0 kg球体裸装药TNT、H6、AL/AP-HE和PBX90104种常用爆炸材料建立数值仿真模型,对爆炸冲击波及热毁伤效应进行仿真分析,并对冲击波超压峰值和温度场温度进行对比分析.结果表明:不同爆炸材料爆炸产生的毁伤效应存在很大差别,在同等装药质量下,4种爆炸材料冲击波超压峰值PBX9010...     

纤维增强攻坚战斗部在混凝土中爆炸威力试验研究

为考核纤维增强攻坚战斗部在混凝土中的爆炸毁伤效应,对裸装药、复合材料壳体、钢壳体装药在混凝土靶中的爆炸破坏效应进行了对比试验研究。试验结果表明,同样装药情况下,裸装药爆炸产生的破坏区域大于复合壳体及钢壳体装药;复合材料壳体装药在阻抗匹配方面要比钢壳体装药好,更利于爆炸冲击波的传播;同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸对靶体爆炸驱动有效能量大于钢壳体装药。     

带壳装药壳体厚度对混凝土爆破毁伤效果的影响

根据混凝土中爆炸冲击波初始压力经验公式和C-J爆轰理论,用AUTODYN软件对带壳装药在混凝土中爆炸进行数值模拟,计算了不同壳厚下爆炸冲击波的初始压力值,得到带壳装药混凝土中爆炸冲击波初始压力的拟合公式,分析了冲击波初始压力随壳体厚度与装药半径比的变化规律.另外,从爆炸能量和爆炸冲击波的比冲量两个角度分别研究了壳体厚度对混凝土毁伤效果的影响.结果表明:当壳厚为0.5 ～2 mm时,爆坑体积较裸装药时增大,毁伤效果也较好;但当壳厚大于2 mm时,爆坑体积逐渐变小,毁伤效果也将变差.     

混凝土中多点同步爆炸能量聚集效应分析

根据混凝土中C-J爆轰理论,用AUTODYN软件分别对1、2、4、5点装药在混凝土中的同步爆炸进行了数值模拟。通过数值仿真所得数据,分别从爆炸应力波和爆炸能量角度研究了多点爆炸能量聚集效应。结果表明:在相同装药当量条件下,多点爆炸应力波在装药对称位置发生相互作用压力叠加,造成混凝土变形能密度及内能密度较单点爆炸时显著下降,提高了装药的能量利用率,从而导致多点起爆毁伤区域较单点爆炸时增大。另外,由无量纲分析建立了较合理的能量耦合系数模型,为混凝土中多点爆炸毁伤效果提供理论依据。     

圆柱形战斗部破片速度及等效装药特性研究

针对反舰武器战斗部对舰船结构毁伤效应的爆炸破片与冲击波两者具有的相关性,对战斗部壳体在爆轰产物内压作用下的膨胀过程进行分析,并结合壳体形成破片的应力准则推导出与壳体材料强度及装药特性参数相关的破片速度计算公式;通过对壳体内装药径向膨胀过程的动量分析获得与装药尺寸有关的等效裸装药计算表达式;结合圆柱形战斗部爆炸实验给出计算算例。     

基于效应靶法评价爆炸冲击波毁伤的数值仿真

为反映爆炸冲击波对目标结构破坏程度的总体毁伤评价,建立了基于效应靶评价爆炸冲击波毁伤的方法.应用有限元动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,对效应靶在爆炸冲击波下的变形响应进行数值模拟研究,得到了挠度分别与炸距及TNT当量的函数关系,结合冲击波能量谱发现了自振频率对效应靶毁伤的影响,研究成果为战斗部爆炸冲击波的毁伤评价提供了依据和参考.     

装药参数影响钢筋混凝土柱毁伤效应的试验与数值仿真研究

装药参数是影响近爆作用下钢筋混凝土构件毁伤效应的重要因素,研究不同装药参数对构件毁伤的影响规律,对改进战斗部设计、优化火力打击方案具有指导意义。采用长径比为5.5、装药质量为10 kg、轴线与柱轴线方向平行的圆柱形装药,在比例距离■处开展了钢筋混凝土单层排架结构厂房的支撑柱的近爆毁伤试验,并设置了球形装药的对比试验。试验结果表明：圆柱形装药的毁伤效果强于球形装药,试验数据验证了数值仿真模型的可靠性。以圆柱形装药的长径比、炸高、药量和作用距离为研究因素,为各因素分别确定3个水平,利用正交模拟试验法设计并获得9种不同装药参数工况下钢筋混凝土的爆炸毁伤仿真结果,分析得到了圆柱形装药参数对钢筋混凝土柱毁伤效应的影响规律：圆柱形装药的药量对毁伤程度影响最大,长径比的影响次之,炸高对毁伤程度的影响最小;当4.5≤L/D≤6.5时,装药长径比越大对构件的毁伤效应越大;当炸高分别为1/4、1/2和3/4柱高度时,装药在1/4柱高位置处爆炸对支撑柱的毁伤效果最佳。     

爆破战斗部水中兵器爆炸威力评定方法研究

为确定爆破战斗部水中兵器爆炸威力评定方法,正确反映水中兵器作战性能和毁伤目标能力,基于某舰船缩比模型的海上爆炸试验,以标准TNT药球作为爆源,根据试验实测的冲击波压力数据和气泡脉动数据,分析对比目前爆破战斗部水中兵器爆炸威力评价的常用方法,即冲击波压力峰值推算法和战斗部爆炸相对能量评估方法,计算装药的TNT当量。结果表明:战斗部爆炸相对能量评估方法具有更高精度,可作为爆破战斗部水中兵器爆炸威力评定的通用方法。     

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。     

不同类型炸药水下爆炸时冰层损伤特性研究EI北大核心CSCD

为了探究水下爆炸冲击波与气泡脉动载荷联合作用下冰层损伤特性以及不同类型含能炸药水下爆炸对冰层损伤特性。采用动力学分析软件LS-DYNA中的任意拉格朗日欧拉(ALE)法建立了计算水下爆炸气泡动力学模型及水下爆炸冰-水全耦合模型,考虑了冲击波载荷及复杂的气泡载荷耦合全过程;在此基础上,分析了烈性奥克托今炸药(HMX)及不同铝氧比黑索金炸药(RDX)对冰层损伤特性的影响。研究结果表明:计算模拟结果与试验结果吻合良好,验证了计算模型的有效性;揭示了水下爆炸冲击波和气泡载荷联合作用下的冰层损伤机理;HMX炸药对冰层的损伤威力更强,RDX(0.36)比RDX(0)、RDX(0.16)、RDX(0.63)对冰层产生的毁伤效应要强,其与TNT对冰层造成的毁伤效应强度接近。依据研究结果冲击波载荷是造成冰层损伤区域大小的主要毁伤元素,而气泡载荷主要影响冰层毁伤区域的破碎形态;根据不同毁伤目标应用特性,调节炸药配方比,改变冲击波能与气泡能的输出结构,可实现冰层的不同毁伤模式。     

舰船缩比模型水下非接触爆炸载荷测量与分析

合理设置舰船缩比模型海上毁伤试验工况,有效考核舰船抗冲击性能和兵器毁伤效能的同时,减小舰船模型的毁伤程度。通过测量和分析模型在不同装药量和不同爆炸初始深度的爆炸载荷试验数据,确定爆源布放深度与表面反射及海底边界条件等对冲击波压力和气泡脉动影响的关系,为分析舰船冲击环境及水下非接触爆炸数值仿真数据输入提供思路。     

温压弹药综合毁伤效果评估模型研究

为了评估温压弹对爆炸场内目标的综合毁伤效果,通过对冲击波、热辐射、破片及窒息等单项毁伤效应的分析,建立了温压弹综合毁伤效果评估模型,并将毁伤效应转化为经济损失。以70 kg量级的温压弹为例,分析了综合毁伤效果评估模型的应用。结果表明:破片毁伤是温压弹战斗部爆炸毁伤区域内最严重的毁伤方式,其次是冲击波毁伤和热辐射毁伤;在已知爆炸作用范围内的人员密度、建筑物和设备资产密度的前提下,可根据建立的毁伤评估模型获得目标被毁伤的总经济损失。     

装药位置对震塌高度的影响

装药位置对爆炸作用有重要影响,是爆炸工程和战斗部终点效应研究中的课题之一。本文通过数值计算来模拟半无限的岩石介质中炸药对在地下的10m处拱形工事的毁伤情况。研究了在相同装药质量情况下装药位置对毁伤情况的影响,得到地下爆炸载荷下岩石工事周围的动力学响应,以及装药为2kg、爆源距工事顶端分别为3、5、7m时爆炸对工事顶部产生的塌落高度。     

装药位置对震塌高度的影响

装药位置对爆炸作用有重要影响,是爆炸工程和战斗部终点效应研究中的课题之一。本文通过数值计算来模拟半无限的岩石介质中炸药对在地下的10m处拱形工事的毁伤情况。研究了在相同装药质量情况下装药位置对毁伤情况的影响,得到地下爆炸载荷下岩石工事周围的动力学响应,以及装药为2kg、爆源距工事顶端分别为3、5、7m时爆炸对工事顶部产生的塌落高度。     

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.     

球缺型EFP毁伤混凝土墙试验与数值仿真研究

为深入研究混凝土类目标在聚能装药作用下的侵彻效应和毁伤机理,设计一种大口径Φ120 mm球缺型EFP聚能装药,开展不同炸高下毁伤大尺寸混凝土墙试验。基于修正参数的RHT模型进行数值仿真,仿真结果与试验数据的最大相对误差为9.8%,表明RHT模型的修正效果较好,数值模型可靠。在此基础上,分析炸高对毁伤效果的影响,并对EFP侵彻体与爆炸冲击波的联合毁伤元特性进行研究。结果表明：所设计的EFP聚能装药毁伤混凝土墙时,能够形成具有较大直径和深度的漏斗坑;炸高为20～60 cm时,随着炸高的增大,漏斗坑直径逐渐减小,漏斗坑深度呈先减小再增大再减小,并逐渐稳定的趋势;炸高为20 cm(1.67倍装药直径)时,能够获得直径和深度都较大的漏斗坑,此时漏斗坑直径为6.83倍装药直径,漏斗坑深度为2.30倍装药直径;EFP侵彻对漏斗坑的形成起主导作用,在一定炸高范围内,爆炸冲击波对漏斗坑直径有增大作用,其与EFP侵彻体的耦合能够在一定程度上提高漏斗坑深度。     

烟花爆竹厂爆炸事故破坏效应评估

针对国内某烟花爆竹厂爆炸毁伤事故,在现场调查的基础上,对该爆炸事故的爆炸冲击波毁伤效应提出了若干分析计算模型。通过综合运用空气冲击波超压估算药量和抛掷距离核算药量的方法得到事故厂房单个工作间的存放药量约为4.3 kg,超过了单个工作间允许的最大存放药量4.0 kg。从而对事故酿成的毁伤结果给出了科学合理的解释。药量的估算方法可为类似事故的调查提供借鉴。