TNT空中爆炸冲击波的工程和数值计算

针对TNT空气中爆炸冲击波压力,建立了空气自由场爆炸冲击波工程计算模型,并采用AUTODYN和LS-DYNA软件中的一维计算模型对TNT空气自由场爆炸冲击波压力衰减过程进行了数值模拟研究。为了捕捉峰值,数值计算模型中采用细密的网格和很小的人工粘性系数。数值模拟结果与工程计算结果大致吻合,但AUTODYN计算耗时远高于LS-DYNA。     

EFP战斗部水下作用特性研究

通过EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的侵彻试验,EFP空气中形成后经水层对水下靶板的穿靶试验, EFP战斗部水中爆炸对水中舰船模拟靶的侵彻试验以及EFP水中运动过程的脉冲X光摄影试验,研究了EFP战斗部水下作用特性.结果表明:EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的1.85倍;EFP空气中形成后经水层对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的10倍;EFP战斗部水中爆炸对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的20倍.水中冲击波和弹道波对EFP在目标靶上的破坏效果有明显增强作用.     

含铝炸药爆炸空气冲击波超压理论计算方法

为了评估含铝炸药等非理想炸药的爆炸冲击波威力,通过研究其在空气中爆炸形成的初始冲击波,重新确定了影响远场冲击波超压的因素。对含铝炸药的爆炸空气冲击波超压峰值进行量纲分析,并由理想炸药的爆炸冲击波超压计算公式扩展推导出含铝炸药等非理想炸药的冲击波超压理论计算方法。研究结果显示,该计算方法可以很好地描述含铝炸药爆炸空气冲击波超压衰减慢、不服从相似律等实验现象,为评估含铝炸药等非理想炸药的冲击波威力提供了理论支持。     

多点水中阵列爆炸冲击波的传播特性

为了研究多个装药水中阵列爆炸冲击波的耦合作用和传播规律,利用水中爆炸试验,测量了整体装药、两装药和四装药水中阵列爆炸的冲击波-压力时间曲线,分析了装药数量、阵列距离对水中冲击波峰值压力、冲量和作用时间的影响以及阵列爆炸冲击波参数随距离的变化规律.结果表明,两点阵列爆炸,装药聚焦方向(对称中心线)的冲击波可形成叠加,比例距离2～6 m·kg-1/3的范围,冲击波压力强度增加了22.8％～55.4％,冲击波峰压的增益随着传播距离的增大逐渐增大,非对称方向的冲击波压力可形成延时耦合;四点阵列爆炸,装药聚焦方向的冲击波最高峰值压力都接近于整体装药,装药数量的增加可以提高冲击波的高压区域范围和冲量.阵列爆炸点和布局相同时,阵列距离的增加可提高冲量和冲击波作用时间,冲击波压力作用时间则随着装药数量和阵列距离的增大而增大.两点和四点爆炸,冲击波耦合叠加后的多个冲击波峰值压力、冲量都仍符合爆炸相似率,但冲击波压力作用时间则不符合爆炸相似率.     

浅埋爆炸空气冲击波峰值压力计算方法研究

为研究装药比例埋深和比例距离对浅埋爆炸空气冲击波峰值压力的影响，测试了3种比例埋深工况下，7种比例距离处浅埋爆炸空气冲击波的峰值压力，结合量纲分析对试验数据进行拟合，得到了浅埋爆炸空气冲击波峰值压力的经验公式。结果表明：空气冲击波峰值压力随着比例埋深和比例距离的增加而减小；随着比例距离增加，比例埋深对空气冲击波峰值压力的影响减弱；空气冲击波峰值压力ΔP_D与装药量Q、爆心距R和埋深L有关，其经验公式为：■。     

“PY-2型炮口冲击波光学测量系统”通过技术鉴定

由某研究所研制的“PY-2型炮口冲击波光学测量系统”,于1984年11月8日在北京通过技术鉴定。大口径火炮射击试验中的空气冲击波现象是一项重要的研究内容。由于受光测系统条件限制,一直采用缩小比例的模拟试验来进行。但实际上兵器试验时的条件复杂,有时还伴生着热化学反应,因此模拟试验不能很好地满足相似判据的要求。     

中空橡胶帷幕的水下冲击波防护特性研究

根据波阻抗理论,设计了一种含有空气隔层的水下冲击波防护装置,该装置能有效固定空气且在水下爆破工程中易于使用。利用数值模拟对该装置的冲击波防护特性迚行研究,结果表明:该装置能显著减小保护区水域的压力波峰值,有效防止冲击波破坏。     

考虑后燃烧效应的TNT空气中爆炸的数值模拟

采用AUTODYN软件对TNT在空气中爆炸进行了数值计算,在计算模型中考虑了负氧平衡炸药的后燃烧效应,并将峰值超压、比冲量、正压作用时间计算结果与相似律公式计算值以及Baker测试数据进行了对比,指出Brode公式计算出的炸药附近空气冲击波峰值超压明显偏大,可能是将爆轰产物造成的峰值超压误认为空气冲击波峰值超压所致.     

模拟不同爆炸冲击波的计算方法研究

给出了一种可获得不同爆炸冲击波的方法。利用SolidWorks软件建立了冲击波生成区域与冲击波加载空气域的几何模型,采用Hypermesh软件对模型进行映射网格划分,并赋予材料参数和状态方程,通过设计Fortran程序,将所需冲击波的压力-时间曲线,转换为单位体积内能-时间的曲线,应用修正公式对曲线进行校正,然后加载到冲击波生成区域内,最后通过LS-DYNA有限元程序计算获得所需要的平面冲击波场。采用该计算方法可以模拟获得不同爆炸冲击波,误差范围在1.0%之内。该方法为深入研究爆炸冲击波创伤效应提供了一种有效的技术途径。     

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。     

铝氧比对水中爆炸近场冲击波的影响

为揭示铝氧比对水中爆炸近场冲击波压力的影响,对三种不同铝氧比的RDX/Al体系柱形装药进行了水中爆炸实验,通过高速扫描方法求解了水中爆炸近场冲击波峰值压力随传播距离的衰减规律,分析了所含铝氧比对冲击波初始压力峰值和压力峰值衰减的影响.结果表明,Al/O=0时,初始冲击波峰值压力达到了18.95 GPa,Al/O=0.4时初始冲击波峰值压力约为13.66 GPa,而Al/O=0.7时初始冲击波峰值压力约为8.35 GPa,而峰值压力的衰减速率也随着铝含量的增加而降低.铝粉参加反应的时间、反应的程度等因素对近场冲击波初始峰值压力和峰值压力的衰减影响显著.     

空气击锤碰撞规律的研究

一、空气击锤模拟的可能性真实冲击要能在实验室条件下再现,就能加快实验周期,降低费用,而且安全易行。通过实验时空气击锤在这方面应用的可能性进行探讨,看来是可行的。选用空气击锤来模拟冲击加速度主要是为了获得冲击脉冲。假设冲击波为半正弦脉冲波形,其平均加速度:     

炸药的水下爆炸冲击波性能

介绍了炸药水下爆炸过程的特点及水下冲击波性能的测试方法。研究了水下爆炸冲击波性能和炸药的爆速、爆压的关系及几种炸药的冲击波超压峰值与药量及距离的关系，提供了几种炸药的水中冲击波能的测试结果。     

水下目标爆炸毁伤时战斗部相似律仿真与试验

在进行水中兵器战斗部对目标的爆炸毁伤试验时,为了确定能否由缩比战斗部对目标的毁伤效应推广预测原型战斗部,根据相似理论首先确立了战斗部尺寸、冲击波测点距离以及靶板距离采用相同缩比时的几种研究模型,然后通过数值仿真结合水下爆炸试验测试的方法,计算了冲击波压力与靶板应变,并进行了比较分析。结果表明,各研究模型的仿真结果与试验结果吻合较好,各模型对应的冲击波压力与靶板应变之间的偏差都很小,说明满足相似律的缩比模型能够预测原型战斗部对水下目标的爆炸毁伤特性。本文结论为战斗部水下爆炸的威力评估提供了依据。     

水中多物质爆炸场的三维数值模拟

对水中爆炸的三维多物质数值模拟问题,采用基于有限差分的拉格朗日、欧拉相结合的方法,在矩形网格上离散差分控制方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;用Fortran语言编程计算;用自主研发的可视化软件进行后处理,考虑了由爆轰产物、混凝土、水介质的多物质爆炸场,给出了二维截面和三维模拟结果、几个关键点的压力曲线。其结果与实际较为吻合,特别是冲击波在水中传播和混凝土挡墙在水中被炸毁的模拟的效果较好,证明数值方法有效而适用。     

炸药水下爆炸能量输出特性研究

通过典型炸药爆炸的性能参数,分析、计算了不同类型水中兵器用混合炸药水下爆炸的 冲击波能、气泡能、冲击波超压方程中的系数k和a以及水中爆炸冲击波超压,计算结果与实测值 能较好地吻合。首次提出了冲击波超压方程中系数a的计算公式,从而为冰下兵器用炸荀配方设 计、性能评估以及战斗部设计提供科学依据。     

典型装药水中爆炸参数与水深关系的仿真研究

考虑了炸药在水介质中爆炸时不同深度水压会对爆炸参数产生不同的影响，该文采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA建立了典型装药在不同水深压力下爆炸的仿真模型，计算了在不同水深压力下不同点处的爆炸冲击波压力，分析了炸药水中爆炸的冲击波压力随水深的变化关系，得出了同一装药在不同水深处爆炸时，与爆心不同相对位置处的冲击波压力随水深的变化规律。本文的研究有助于水中兵器战斗部毁伤威力的评定以及引信作用距离的设计。     

大当量TNT装药爆轰的远场数值模拟及超压预测

利用AUTODYN-2D软件对1000kg TNT装药在空气中爆炸的情况,分别进行无限空气中一维数值模拟与有一定地面爆高高度二维数值模拟,结果表明:超压峰值的计算结果与经验公式的计算结果具有较好的一致性,在一定的范围内数值模拟很好的模拟了爆炸冲击波传播过程。在此基础上分析了爆高高度的影响,研究表明:在一定爆高高度情况下较触地爆炸,近场(水平距离S<10m)时超压峰值在随着h的增大而减小;远场(S>30m)冲击波峰值到达时间较晚,在炸高与水平距离之比h/S=0.1时超压峰值达到最大值。     

水中聚能战斗部毁伤双层圆柱壳的数值模拟与试验研究

为研究聚能战斗部的水下作用特性,基于光滑粒子流体动力学-有限元方法耦合算法,模拟了聚能战斗部对双层圆柱壳结构的毁伤过程。分析金属射流的形成和射流速度衰减规律,研究高速金属射流、强冲击波与气泡载荷联合作用下对双层圆柱壳结构的毁伤模式和毁伤特性,并进行了海上模型试验验证。数值模拟与试验结果吻合良好。研究表明：水中聚能战斗部对双层圆柱壳结构的破坏载荷主要有金属射流、冲击波载荷及气泡载荷3种,金属射流穿透力强,造成结构的局部小尺寸破口;冲击波载荷及气泡载荷作用面积大,引起结构的大面积破口及塑性凹陷。     

战斗部壳体厚度对爆炸空气冲击波的影响

采用LS-DYNA进行数值模拟,研究了战斗部壳体壁厚及壁厚半径比的改变对爆炸空气冲击渡传播特性的影响和对壳体飞散规律的影响.对数值模拟结果的数据进行拟合,并进行量纲分析.结果表明,爆炸空气冲击渡峰值随距离的衰减指数与壳体厚度近似成线性关系,壳体越厚,衰减指教越大,空气冲击波峰值随距离衰减越快.分界面(壳体和空气)处的冲击波峰值压力与壳体壁厚成反比,壳体越厚,分界面处的压力越低.战斗部外壳速度、加速时间、加速度与壳体厚度相关,壳体越厚,壳体飞散速度的最大值越小,加速时间越长,加速度越小.