等效水下爆炸冲击加载装置的设计研究

为了获取等效水下爆炸冲击波载荷,基于一维弹性波理论与水介质的线性状态方程,对飞片撞击充水锥形靶舱进行了理论分析。采用AUTODYN有限元软件,对撞击过程进行了数值模拟,对比分析了两种活塞厚度对应的冲击波衰减时间。根据理论与数值模拟研究结果,设计组装了等效水下爆炸冲击加载实验装置,测得了水靶舱侧壁中心处的冲击波压力时程曲线。研究结果表明：在实验室范围内通过飞片撞击锥形水靶舱,获取等效水下爆炸冲击波载荷是可行的,而且飞片速度与活塞厚度决定了水靶舱内冲击波的压力峰值与衰减时间;研制的加载装置可用于典型结构与材料的水下爆炸冲击响应分析研究。     

爆炸粉末烧结微冲击波耗散沉能分析

用多层片组冲击动力模型研究了粉末材料爆炸压实过程中颗粒间碰撞引起的能量沉积和微冲击波的发生、耗散过程.为确定粉末材料在冲击压实过程中由微冲击波耗散而沉积的能量,基于热膨胀形式的固体物态方程,等压推广得到了固体材料的等熵卸载线和相应多孔材料的冲击Hugoniot线;计算并分析了冲击载荷作用下多层片组中微冲击波的产生与耗散规律.结果表明,多层片组在冲击载荷作用下由微冲击波耗散引起的温升是均匀的,以孔隙度为1.33的铜粉为例计算了此温升.     

复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟

采用LS-DYNA显式非线动力有限元程序,数值模拟了内置柱壳/组簧和泡沫铝夹层的防爆罐在3 kg TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能。结果表明:该防爆罐内壁面压力载荷呈现多次脉动特征。比冲量载荷经历数次阶跃上升。柱壳/组簧结构可以将爆炸能量更加均匀地传递给泡沫铝吸能夹层,在保证防爆罐内筒不发生塑性变形的前提下,可使泡沫铝的吸能效率显著提高。定量分析防爆罐内部各物质、各结构间的能量转化与吸收,表明泡沫铝夹层可通过卸载动能和透射应力波的形式较好吸收、转移内层钢板所获得的冲击能量。     

典型防爆装备对TNT爆炸冲击波的防护性能

爆炸冲击波是炸药爆炸时产生的强间断载荷，是引起人体颅脑、肺部等含气器官组织直接损伤的主导危害。基于Q235钢钢材和复合材料+液体两种典型材质的防爆装备，开展多种TNT药量的静爆试验和数值计算，研究空爆(FAB)、钢制防爆罐(SEP)和柔性防爆罐(FEP)3种不同防护条件下冲击波传播衰减规律，分析SEP和FEP两种典型防爆装备的响应过程与防护机理，获得典型装备冲击波超压峰值削弱防护的经验模型。研究结果表明：SEP和FEP可以大幅度削弱内爆炸冲击波载荷，相较于同位置处的FAB,SEP可削弱冲击波超压峰值55.4%～66.3%,FEP可削弱超压峰值57.2%～77.7%,且过当量爆炸时FEP的冲击波防护能力明显高于SEP;分析SEP和FEP的主要防护机理均为绕射遮蔽作用，但FEP的顶盖显著增加了冲击波与结构作用时间，通过水的动量提取效应和不同波阻抗界面反射削弱逃逸冲击波强度，而SEP中的冲击波仅通过刚性材料反射消耗后迅速绕射逃逸；建立了SEP、FEP冲击波峰值超压削弱经验模型，与试验结果相比SEP、FEP削弱模型平均误差分别为2.4%和10.2%;得到的典型装备冲击波削弱规律及防护经验模型为...     

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。     

水下爆炸冲击波载荷沿燃气轮机结构传递特征

为研究水下爆炸条件下冲击波载荷对燃气轮机结构的损伤特征,开展水下爆炸冲击波载荷沿燃气轮机主结构的传递规律研究,通过等效力学模型对燃气轮机进行载荷传递预报。针对燃气轮机传递路径上测得的有限元仿真加速度信号,使用经验模态分解法和与之对应的希尔伯特-黄变换对信号进行时频域分析和能量分布分析。分析结果表明：针对水下爆炸冲击波载荷,基于希尔伯特-黄变换及经验模态分解法可以得到冲击波载荷所包含的频率信息以及载荷强度等信息;沿燃气轮机传播路径的冲击波能量,随载荷传递距离的增加,高频能量占比有所降低,与燃气轮机的应力响应相对应;燃气轮机力学模型能够预测燃气轮机的载荷传递情况,该结果对燃气轮机抗冲击防护具有借鉴意义。     

爆炸冲击荷载下球形防爆波井结构动力响应分析

在国防工程中,球形防爆波井等结构需要承受外部爆炸冲击荷载。基于对球形防爆波井结构模型合理地简化．分析了其在外部爆炸冲击荷载下的动力响应,给出了动力响应时的位移和应力分布函数。     

泡沫铝材料防护性能的数值模拟

为了解不同材料参数对防护结构防护性能的影响,对泡沫铝材料防护性能的数值进行模拟.针对应用AUTOUDYN软件数值模拟单一泡沫铝作防护材料时对爆炸冲击波的衰减特性,设计防护结构为圆柱形的3维实体,根据圆柱形轴对称的特性,建立2维仿真简化模型,采用2维欧拉多物质算法数值模拟单一泡沫铝圆柱形防护结构,得出其对爆炸冲击波的衰减效果.结果表明:泡沫铝对冲击波有着显著的衰减作用,可为泡沫铝在相关复合防护结构中的应用提供参考.     

起爆药干法运输容器的研究

介绍了起爆药干法运输中防爆、抗爆容器的结构设计、材料选择、爆炸载荷压力峰值的估算、强度设计，减震、衰减介质的研制以及试验结果的验证等内容。     

薄钢板在CL-20基含铝炸药内爆载荷作用下的变形响应和工程预测

针对圆形钢板在内爆炸载荷作用下的变形响应问题,利用爆炸容器罐进行了一系列以六硝基六氮杂异伍兹烷 (CL-20)基含铝炸药为主的内爆炸试验。以圆形钢板作为容器罐装填口的密封结构来承受装药爆炸冲击载荷,开展了100 g、200 g两种装药量下10%、20%、30%3种不同铝含量的CL-20基含铝炸药内爆炸冲击加载密封钢板的测试试验;建立了密封钢板最大残余变形挠度的工程预测模型。结果表明：铝粉在后燃烧阶段释放的能量对冲击钢板变形能起到一定作用,密封钢板的最大残余变形量取决于炸药内爆炸初始冲击波的有效冲量（正相位冲量）;对于200 g装药量,随着铝含量由10%升至30%,初始冲击波有效冲量依次降低6.9%和7.8%,钢板的变形和失效程度减小,最大残余变形挠度依次减小5.3%和7.5%.     

爆炸波在硬-软-硬三明治介质中传播特性的数值分析

用非线性软件LS-DYNA对一维应变下不同组合多层介质中爆炸波传播进行了数值模拟,得出含泡沫材料软夹层的三明治介质的应力峰值较不含软夹层模型的应力峰值低约一个数量级,波的脉宽增加,传播波形发生明显的改变,幅值的衰减增加;求解获得了波在不同波阻抗层界面处的反射和透射曲线、硬软界面处的层裂破坏区域,以及不同层的吸能密度与比冲量随时间的演化特性.计算结果表明多层介质采用不同的组合方式和软夹层材料,改变了不同介质层中的载荷谱、动量和能量的分布.     

弹丸侵彻多层异质复合靶板中装甲钢变形细观和微观机理研究

为研究多层异质复合靶板中装甲钢排布位置,对其塑性变形微观机理及受力状态的影响规律,开展了不同结构方式复合靶板抗侵彻试验。基于金属材料学理论,对复合靶板中装甲钢弹孔塑性变形微观机理进行研究,分析了装甲钢弹坑表面硬度分布及组织演变规律,利用数值模拟研究弹丸侵彻装甲钢过程力学行为与变形机理的内在联系。研究结果表明：波阻抗匹配由高至低,弹丸冲击应力波在层间界面反射形成拉伸波,产生裂纹扩展,降低弹丸侵彻阻力;绝热剪切带内部受温度以及挤压载荷影响,产生高硬度细化马氏体晶粒,抑制塑性变形向内延伸;装甲钢背板强度及刚度越高,对装甲钢塑性变形产生位错运动的阻碍作用越强,有利于提高弹丸开坑阻力。     

同轴式多罩体EFP战斗部成型与侵彻的仿真分析

为提高爆炸成型弹丸(explosively formed penetrators,EFP)战斗部侵彻钢靶目标的深度,设计多层药型罩EFP战斗部装药结构.利用ANSYS/LS-DYNA软件,对5种药型罩层数的EFP战斗部成型和侵彻间隔靶板进行数值模拟,分析不同层药型罩的EFP战斗部对炸药能量利用率及穿深能力.结果表明:多层同材料的球缺型药型罩堆叠、贴合放置可形成多个分离的同轴EFP,与单层药型罩结构相比,多层药型罩结构形成串联EFP对炸药能量利用率更高,具有更大的穿深能力,对靶板侵彻后效更强,其中3层和5层结构侵彻深度提高63.4％.     

Propagation Characteristics of Plane Explosion Wave in Layered Concrete Media

Layered concrete media with different wave impedance materials under one-dimensional strain are studied by numerical simulation. The four typical prototypes are analyzed,including concrete foam,air,steel plate and concrete as the middle layer,and the upper and lower layers are concrete materials. The propagation characteristics of plane blast wave in the concrete structure are illustrated,including the propagation and attenuation of stress wave across the different interlayers,the wave reflection and transmission at layered interfaces,the peak value of stress in the lower concrete and the total energy distribution in various medium layers. The result shows that the role of soft interlayer in concrete structure is mainly due to its low wave impedance,the waveform of incident wave is changed,the stress wavelength is pull wide,the radial diffusion of energy is enhanced,and the stress amplitude of and the energy input into the third layer are reduced. Meanwhile,it has been also proved that the air interlayer is able to reduce the peak value of explosion wave which is obviously different from that of foamed material. As a result,it should be concerned about stress amplitude and energy in order to get the best protective structure.     

多孔弹性复合材料研制及其吸能缓冲特性

针对战斗部侵彻多层靶板过程中引信承受多次高过载时的缓冲防护需求,提出一种新的缓冲材料设计思路.通过将多孔介质与弹性聚合物混炼加工,形成弹性聚合物纤维空间骨架包络多孔介质颗粒的新型结构.利用扫描电子显微镜分析弹性聚合物质量占比对复合材料内部结构的影响,并结合孔隙率测试和多次静压试验分析弹性聚合物质量占比对材料内部孔隙率和...     

硅锰装甲钢破甲弹坑宏观和微观分析

借助于冶金分析方法研究了硅锰装甲钢薄靶破甲弹坑的宏观和微观特征。研究表明，由于应力波的传播在射流侵彻前沿形成较多的损伤（层裂），因此射流在已受损的靶材上很容易侵彻；尽管破甲机制仍主要是侵彻和摩擦，但作用的时间短未能在孔壁附近形成白层和其相应结构，而且在穿孔后射流的动能仍较高而很少沉积在孔壁上。     

复合结构弹头对多层靶的侵彻效能研究

为改善斜侵彻多层靶情况下弹丸的弹道稳定性,设计一种多层复合结构弹头.运用ansys/ls-dyna对复合结构弹头斜侵彻多层靶进行数值模拟,分析弹头结构不同材料组合对弹体剩余动能和弹道稳定性的影响.结果表明:在20°着角下,设计的多层结构弹头具有自砺性;2层和3层结构弹头在弹道稳定性和质量损耗上均明显优于制式弹;设计的多层结构弹头最优方案为2层合金钢结构弹头.该研究可为穿甲弹头结构设计以及小口径枪弹与多层靶的斜侵彻弹道分析提供参考.     

304不锈钢/Q235钢的多面约束装药爆炸焊接

为了提高爆炸焊接中炸药的能量利用率,使用了蜂窝铝结构乳化炸药和在蜂窝铝结构乳化炸药上端布置覆盖板的多面约束装药方式。蜂窝结构及覆盖板的多面约束减弱了空气中稀疏波对炸药爆轰的影响,降低了炸药爆轰的临界直径,提高了炸药对复板的做功能力。以304不锈钢板和Q235钢板分别作为复板和基板,进行了多面约束装药和普通乳化炸药裸露装药的对比爆炸焊接试验,并采用格尼模型对爆炸焊接窗口和覆盖板对复板碰撞速度的影响进行了理论分析。结果表明,与传统爆炸复合技术相比,结合质量明显提高,并且炸药使用量减小了50%,炸药能量利用率显著提高。而复板碰撞速度随着覆盖板质量的增加而增加,但增加率降低。此外,得到了爆炸焊接窗口并对焊接质量进行了预测,实验和预测结果吻合良好。     

钢管列缩比模型抗穿甲能力研究

金属圆管在冲击载荷作用下表现出良好的消波和吸能特性。为了实现金属圆管在穿甲防护领域的应用,研制了由多层钢管列组成的钢管列缩比模型,采用高速穿甲实验装置对该模型进行了实验研究,并与双层钢板靶体的抗穿甲能力进行了对比。实验结果表明,钢管列通过弯曲塑性变形及钢管间的摩擦、碰撞作用在穿甲防护过程中吸收弹体的初始动能,使得缩比模型在穿甲防护效果方面明显优于双层钢板靶体。同时,采用数值仿真的方法对钢管列缩比模型的抗穿甲性能进行了研究,并与实验结果进行了对比,发现两者在破坏模态、变形过程等多方面吻合良好。为开发金属圆管列组成的高效能抗穿甲结构奠定了基础。