水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性仿真研究

为研究水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性,在水下爆炸气泡第1次脉动周期的约3倍时间范围内,利用LS_DYNA软件对水下爆炸气泡与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程和舷侧空舱的内压载荷特性进行了仿真分析,并通过模型试验对仿真结果及分析进行了验证。研究结果表明：伴随着水下爆炸气泡膨胀或收缩,爆炸产物气体从外板破口处流入或流出舷侧空舱,外板也相应地向里凹陷或向外凸出运动;舷侧空舱内部空间被外板花瓣隔成两个区域,舷侧空舱的内压载荷在花瓣前面和花瓣背面具有不同特性;采用有限元方法评估舷侧空舱外板的最大破坏程度时,可将计算时间取为气泡第1次脉动周期的5%.     

面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应研究

为了得到面基层间不同结合状态下无依托发射场坪的动态响应,基于Cohesive单元的双线性内聚力本构,建立了层间结合数学模型,进一步建立了含层间效应的发射场坪数值模型;引入初始损伤变量并结合应变等价性假设,建立了层间不同结合状态数学模型;以含层间效应的发射场坪数值模型为基础,完成了面基层间不同结合状态下的发射场坪数值模型的建立,分析了发射筒底部处场坪面基层间界面的损伤分布与演化,研究了面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应的变化。结果表明：当面基层间结合状态一定时,发射筒底部对地载荷作用边界处面基层间界面损伤最严重,且沿着载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤分布表现为先增加、后减小的规律;随着面基层间结合状态的变差,沿载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤演化表现为中间不变、两边减小的规律,场坪面层垂向位移和水平位移产生不同程度的变大,面层、基层层底中心最大应力均变小。为了得到面基层间不同结合状态下无依托发射场坪的动态响应,基于Cohesive单元的双线性内聚力本构,建立了层间结合数学模型,进一步建立了含层间效应的发射场坪数值模型;引入初始损伤变量并结合应变等价性假设,建立了层间不同结合状态数学模型;以含层间效应的发射场坪数值模型为基础,完成了面基层间不同结合状态下的发射场坪数值模型的建立,分析了发射筒底部处场坪面基层间界面的损伤分布与演化,研究了面基层间不同结合状态下发射场坪动态响应的变化。结果表明：当面基层间结合状态一定时,发射筒底部对地载荷作用边界处面基层间界面损伤最严重,且沿着载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤分布表现为先增加、后减小的规律;随着面基层间结合状态的变差,沿载荷作用区域半径方向,面基层间界面损伤演化表现为中间不变、两边减小的规律,场坪面层垂向位移和水平位移产生不同程度的变大,面层、基层层底中心最大应力均变小。     

爆炸荷载作用下钢筋混凝土梁毁伤判据研究

为研究钢筋混凝土梁在爆炸波作用下的毁伤判据,对两种尺寸的钢筋混凝土梁在缩比条件下进行了不同爆炸距离作用和装药量下的试验研究。试验中以高层和框架结构中最常见的两种 梁为研究对象,通过11次独立的爆炸试验,观测了钢筋混凝土梁在不同装药量下的破坏模式和破坏特征。研究结果表明：钢筋混凝土梁在近区爆炸荷载作用下,在同一爆高下,随着装药量的增加,梁的破坏程度逐渐增加,破坏模式由迎爆面中心两侧少量混凝土脱落和背爆面少量断裂裂纹逐渐增加为迎爆面倒三角锥形式混凝土压碎弯曲破坏,背爆面出现三角锥裂纹和背爆面少量混凝土脱落破坏,最终迎爆面和背爆面三角锥破坏区域贯通形成中心区域压碎崩塌弯曲破坏;崩塌区域的尺寸随着装药量增加而逐渐增加。近区爆炸（以爆距0.5 m为例）作用下,试验钢筋混凝土梁的毁伤判据为：当比例爆高Z>0.4 m/kg^1/3 时,梁遭受到轻微破坏;当比例爆高0.3 m/kg^1/31/3 时,梁遭受到中等破坏;当比例爆高0.28 m/kg^1/31/3时,混凝土梁遭受重度破坏;当比例爆高Z<0.28 m/kg^1/3,梁遭受严重破坏。在近区爆炸作用下,钢筋混凝土梁的破坏不仅依赖于爆炸比例距离,还与爆高有关,同一比例距离下爆高越大,梁试件的破坏越严重。研究结果可为工程应用及毁伤评估提供参考。     

箍筋间距和轴压比对爆炸载荷作用下钢筋混凝土柱动态响应的影响

以钢筋混凝土柱毁伤特性和抗爆机理为背景,通过实验研究钢筋混凝土柱在近距离爆炸载荷作用下的动态响应,得到不同比例距离下钢筋混凝土柱的破坏特征。为准确快速地评估钢筋混凝土柱的爆炸响应,利用有限元显示动力分析软件LS-DYNA,建立钢筋混凝土柱的三维有限元模型,同时考虑震塌效应与材料应变率效应。数值模拟结果与实验结果对比发现,该数值模拟模型可以准确模拟钢筋混凝土柱在爆炸载荷作用下动态响应。采用参数化分析方法,进一步研究箍筋配筋率和轴向载荷对钢筋混凝土柱在近距离以及远距离爆炸载荷作用下动态响应和破坏模式的影响。参数分析结果表明:箍筋配筋率对钢筋混凝土柱弯曲响应影响不大,但是可以通过提高剪切承载力提高其抗爆性能;当轴压比为0.1时,钢筋混凝土柱的抗爆能力最高。     

水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应机理

以某型水面舰船防护结构的膨胀舱为原型设计板架试验模型,依药量和爆距不同进行7个工况的水下近距和接触爆炸试验。采用光子多普勒测速系统测量模型典型位置的速度时程,收集试验产生的飞片,并对试验后板架的破口形态进行记录。结合数值方法对试验结果进行对比分析,验证试验结果的一般性及数值计算方法的准确性。根据试验和数值计算结果对水下近距和接触爆炸载荷作用下板架结构动态响应开展研究。研究结果表明：板架结构容易在加强筋、隔板处发生剪切或撕裂破坏形成飞片,飞片的形成与药量、爆距、板架的结构形式均有密切关系;爆炸载荷驱动下板面上各点速度以爆心投影点为中心沿板面向外呈指数衰减趋势;当爆距大于2倍装药半径后,不同药量在相同的距径比下,板架结构上正入射点处速度峰值基本相当。     

炮钢材料动态本构模型及其验证

在温度88~573 K和应变率0.001~2 000 s^-1的条件下,通过温度与应变率耦合的静态和动态分离式Hopkinson压杆实验,并以初步获得的炮钢材料动态本构模型基本参数为基础,通过进一步的优化及Taylor杆冲击实验,验证并最终确认了炮钢材料动态本构模型参数,模型预测与实验结果相对误差小于5%. 验证结果表明,建立的炮钢材料动态本构模型能真实地反映其动态响应。     

重复爆炸载荷作用下薄壁方管动力响应研究

薄壁方管作为一种典型工程构件,在建筑、海洋、航天等领域应用广泛,其结构面临遭受重复爆炸的风险,开展薄壁方管在重复爆炸载荷作用下的动力响应研究具有重要现实意义。采用实验与数值模拟相结合的方法,对比分析了薄壁方管在单次和重复爆炸载荷作用下的动力响应。将壁厚4 mm、横截面边长100 mm的薄壁方管置于爆炸场中进行冲击实验,并利用非线性动力有限元程序LS-DYNA完全重启动功能及流体与固体耦合算法,对薄壁方管在单次爆炸和重复爆炸载荷下的非线性动力响应过程进行三维数值模拟;描述了方管在不同爆炸次数下的动力响应及损伤变形,给出了一种通过损伤因子反映爆炸载荷作用后材料损伤劣化的数值计算方法。研究结果表明：方管在重复爆炸作用下的变形会产生损伤积累;相同爆炸载荷作用下已变形损伤的方管相对无损方管其有效应变增量更大,在迎爆点周围区域、侧边以及塑性铰位置,前者有效应变增量达到了后者的2.47～3.88倍,容易引起方管更严重的毁伤;两侧边是方管较脆弱的区域,极易因应力集中产生较大的塑性应变,需要特别加强防护。     

近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯复合舱壁结构毁伤特性实验研究

为提高近距爆炸破片作用下夹芯结构的毁伤机理和防护能力,采用梯恩梯和预制破片开展了近距爆炸破片作用下芳纶纤维夹芯结构的联合毁伤实验研究。揭示了破片的载荷特性,分析了芳纶纤维夹芯结构中各层结构的破坏模式,探讨了其抗毁伤机理,并与文献[14]中典型夹芯结构的防护能力进行了对比和排序。结果表明：夹芯防护结构中芯层起到了毁伤载荷的“中介”转化作用;通过对后面板撞击挤压,把着靶面积小、作用时间短且破坏能力强的破片点载荷转换为作用面积大、持续时间长的压力面载荷,扩大了载荷作用范围。综合材料质量和防护能力来看,气凝胶毡隔温层/高强聚乙烯夹芯结构防护能力优于芳纶纤维夹芯结构。     

爆炸载荷下泡沫混凝土动态响应及吸能特性研究

为了研究爆炸载荷冲击下厚度对于泡沫混凝土动态响应及吸能特性的影响,以不同厚度的泡沫混凝土为研究对象,利用有限元软件,开展了0.8 m/kg^1/3比例爆距下,平面尺寸300 mm×300 mm、0～30 mm泡沫混凝土厚度条件下的抗爆数值计算。随后,开展了其中0 mm、10 mm、20 mm和30 mm 4种厚度条件下的泡沫混凝土抗爆试验,验证了数值计算的准确性。通过数值计算,研究了泡沫混凝土在爆炸载荷冲击下的破坏形式及耗能机理,量化分析了泡沫混凝土吸收爆炸波能量的能力,得到了泡沫混凝土的吸能特性及背部铝合金板的变形响应随泡沫混凝土厚度变化的影响规律,推导了相应的工程计算模型。结果表明：随着厚度的增加,泡沫混凝土的破碎区尺寸逐渐减小,当厚度为30mm时,泡沫混凝土的破碎区仅占总体积的2.9%;泡沫混凝土可以有效地吸收并耗散爆炸波的能量,其吸能能力随着厚度的增加而增加,厚度为5～30 mm的泡沫混凝土分别可以吸收42.8%～91.9%的爆炸波能量;随着厚度的增大,背部铝合金板的位移响应逐渐减小,当厚度为30 mm时,铝合金背板中心的位移响应下降至23.2 mm,仅为不覆盖泡沫混凝土时的12.6%。     

水中爆炸对鱼雷壳体的毁伤准则和判据研究

研究水中爆炸鱼雷壳体的毁伤准则与判据。根据水中爆炸冲击波特征参量的一般形式,提出了一种毁伤准则,给出了基于毁伤律为“0-1”概率分布函数的毁伤准则与判据的获取方法。针对重型鱼雷1∶2环肋圆筒缩比模型进行了两种药量的海上爆炸试验,结合相似性变换得到了重型鱼雷壳体毁伤的定量判据。以该判据分析了各毁伤等级下的峰值超压和比冲量阈值。结果表明,在相同毁伤等级下,随着装药量增加,峰值超压阈值减小,而比冲量阈值增大;装药量越小,两种特征参量阈值的变化幅度越大。     

基于内聚裂纹模型的高聚物粘结炸药模拟材料动态巴西实验的数值模拟

高聚物粘结炸药(PBX)是战斗部的关键组成部分,其动态力学行为,特别是动态断裂特性关系到战斗部的安全性和使用可靠性。基于内聚裂纹模型,对PBX模拟材料(PBX-M)的动态巴西实验进行数值模拟,对比霍普金森杆实验中测得的拉伸应力曲线,以及高速摄像结合数字图像相关方法得到的试样表面位移场和应变场。对比结果发现,拉伸应力峰值的数值模拟结果比实验结果小约5%,拉应变集中带的数值模拟结果与实验结果的偏差小于15%,验证了内聚裂纹模型的有效性。根据数值模拟结果,探讨了PBX-M试样在动态巴西实验过程中的起裂和裂纹扩展规律,给出了裂纹宽度的定量化信息。     

爆炸载荷下泡沫铝夹芯板变形与破坏模式的实验研究

系统地开展了爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板变形与破坏的实验研究,获得了冲量45.6 N·s、 76.2 N·s、104.6 N·s、131.7 N·s、183.6 N·s 5种不同爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度,给出了泡沫铝夹芯板前面板、泡沫铝芯体和背面板在不同爆炸载荷作用下的变形与破坏模式,分析了泡沫铝芯体产生的剪切断裂和拉伸断裂两种不同机理。研究结果表明,泡沫铝芯体呈现“渐进式”压缩变形,泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度与爆炸冲量之间近似满足二次关系。     

考虑缠绕预应力的轨道炮身管复合外壳渐进损伤分析

基于渐进损伤理论和Hashin失效准则,建立轨道炮身管纤维缠绕复合外壳的三维渐进损伤模型,采用有限元法分析和预测其损伤的起始和演变发展。借鉴纤维缠绕压力容器的设计理论,计算了等环向应力缠绕的预应力,分析了缠绕预应力对复合外壳渐进损伤的影响。仿真结果表明:复合外壳渐进损伤过程中,基体开裂、分层等多种损伤模式相继出现,其中基体开裂和拉伸引起的分层是复合外壳稳态失效过程中的主要损伤模式;缠绕预应力对复合外壳的某些损伤模式在一定程度上起到了抑制作用,但是加剧了复合外壳整体的损伤。该缠绕方式仅在加载初始电磁压力时,对内膛的刚度和密封性能的改善起到一定作用。     

高活性AlMg/KMnO4铝热剂的性能研究

采用机械球磨法制备了不同比例的AlMg 合金,采用超声分散法制备了AlMg/ KMnO₄ 铝热剂,该种铝热剂有希望成为一种有潜力应用于反应材料和火炸药领域的含能材料。通过DSC、点火温度和燃烧产物分析,对AlMg/ KMnO₄ 进行了表征分析。结果表明:随着镁含量的增加,AlMg/KMnO₄点火温度明显降低,从723 K 降低至493 K,反应活性得到大幅提高;在AlMg/ KMnO₄ 铝热剂的燃烧产物中出现了Al₂O₃、MgO 以及Mn 单质,可知Mn 单质是AlMg/ KMnO₄ 发生的铝热反应生成的;综合DSC 曲线还可以进一步得出与AlMg 合金发生反应的是KMnO₄ 的分解产物而不是KMnO₄.     

多目标优化的多品种维修器材分配问题研究

为了更好地满足部队维修器材需求,优化需求数量超过供应中心库存数的多品种维修器材分配整合供应问题,建立了保障重点、兼顾公平、效用最大的多目标优化模型。提出了采用灰色关联度方法对多目标进行处理,将多目标转化为单目标问题,并将之内嵌到改进遗传算法中。实例验证表明,该算法最优适应度值及平均适应度值可分别降低31.538 5%和37.371 1%,验证了该模型能有效减少器材分配失衡,提高器材供应效率。     

步枪弹侵彻明胶的表面受力模型

为研究步枪弹侵彻明胶的平移、翻滚规律,提出了弹头侵彻过程中的表面受力模型即迎风面上的每个微元受到动态压力和材料阻力的作用。通过对弹头表面压力的数值积分,可得到弹头所受的合力和合力矩。在此基础上利用4阶龙格-库塔法求解由刚体质心运动方程和欧拉运动方程组成的弹头运动方程,得到了弹头侵彻明胶时位移、姿态随时间的变化规律。以7.62 mm步枪弹侵彻明胶的实验对表面受力模型进行了间接验证,弹头质心位移和平面投影角度的实验数据和理论预测值误差较小,表明该模型可用于预测刚性步枪弹的表面受力,从而适用于预测弹头侵彻明胶的平移、翻滚规律。     

基于超效率数据包络分析模型的数码迷彩融合特性评价方法研究

针对活动目标的数码迷彩伪装,为了从光学波段方面评价多种数码迷彩在不同背景中的融合性,对图像内容进行分析,选用HSV颜色模型,分别从图像的色调（H）、饱和度（S）、亮度（V）3个分量 提取数码迷彩和背景图像的颜色、纹理、形状、熵及复杂度等5个方面的特征值。根据超效率数据包络分析模型原理,把数码迷彩与背景图像中各个特征差异值作为决策单元（DMU）的输入量,计算出迷彩与背景一对一融合性的效率值。将效率值数据取倒数作为新的DMU输入量,计算得到每种迷彩对不同背景融合性的效率值,从而实现数码迷彩对背景图像综合适应性的评价。利用图像显著性指标对评价结果进行验证,将融合性效率值最大与最小的两种数码迷彩对背景实施伪装,前者在背景图像中的显著性低,具有更好的背景融合性。     

基于分层模型和鲁棒字典学习的背景差分炸点检测

针对背景差分炸点检测方法中背景模型难以更新背景估计和运算复杂等问题,提出一种分 层模型下基于鲁棒字典学习的背景差分炸点检测方法。为提高运算效率,该方法对图像帧建立3层金字塔分层模型,在每层将图像帧分割为互不重叠块,逐层以图像块为单位通过改进的鲁棒字典学习方法进行背景估计,与当前图像帧作背景差分实现炸点检测。采用炮弹炸点图像序列对所提出的方法进行了实验验证。实验结果表明,与现有炮弹炸点检测方法相比,该方法在准确率、误检率和鲁棒性方面均具有优越性能。