水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

为求解水下爆炸强间断流场,采用Level Set方法定位多相流界面位置,应用虚拟流体方法处理邻近界面两侧物理量,并用RKDG方法进行空间和时间的离散,求解流场的Euler方程,并进行一维、二维评价,计算结果能够较好地反映水下爆炸冲击波产生、传播、反射和爆炸产物的膨胀等现象.最后,结合大型非线性有限元软件ABAQUS,模拟了船体板在水下爆炸载荷作用下的变形和响应特征.模拟结果表明,间断迦辽金法能够实现对水下爆炸船体结构响应精确模拟,板架结构响应与爆心距离成反比.     

水下爆炸气泡脉动的数值计算

水下近场爆炸可分为装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动.尽管气泡脉动压力峰值较冲击波小,但是近场水下爆炸气泡能量的衰减较冲击波慢,所以其对结构的影响却是不可忽视的.在充分考虑了能量的消耗,加入了虚拟力以及气泡能对整个气泡脉动特征的影响后,改进了水下爆炸引起气泡的脉动规律和水中压力分布规律的基本方程.利用采用龙格-库塔数值方法计算出了气泡的脉动直径、周期、速度和水中压力.所得计算结果与已有的各实验数据吻合良好.因此说明该方法对气泡脉动的描述非常符合真实情况.通过分析得出在近场时冲击波和气泡脉动压力波对于结构的破坏都有重要作用.     

水下爆炸时舰船冲击环境与冲击因子的关系

对舰船在遭受典型武器命中后的冲击环境及冲击因子的研究,是考核舰船生命力问题的重要组成部分．为了提高舰船的抗冲击性能,结合大型有限元动力分析软件LSDYNA对某型舰进行了数值仿真实验研究,计算了典型武器的攻击对全船的加速度的响应,并给出了冲击响应(加速度)的统计规律以及对冲击因子进行了分析．数据分析表明：冲击响应(加速度)峰值基本上符合Weibull分布,并且炸药当量的变化以及爆炸位置的不同对冲击响应会产生不同的影响．这对于整个舰船的生命力研究有着重要的意义．     

圆筒结构水下爆炸数值实验研究

采用大型有限元计算软件ANSYS／LS－DYNA对圆筒结构水下爆炸进行数值实验研究，对流场边界的约束进行讨论，并提出人工边界在确定边界约束上的应用。数据实验的计算结果与海军工程大学的圆筒结构水下爆炸的试验数据进行对比分析，得出用在一定范围内ANSYS／LS－DYNA有限元计算软件计算水下爆炸是可行的。     

天然气管道泄漏爆炸事故风险分析

针对天然气管道泄漏爆炸,采用爆炸冲击波超压模型,结合TNT当量法对超压进行理论计算,确定了其爆炸事故的伤害范围,找到了影响超压的主要影响因素,提出了减小冲击波超压的措施,为制订天然气管道安全运行及应急预案提供了依据。     

高能炸药爆轰过程的广义插值物质点法模拟

针对运用标准物质点法(MPM)对高能炸药爆轰过程进行数值模拟时,由于跨网格误差的存在,求解精度较低,计算稳定性较差等不足,将一种新算法——广义插值物质点法(GIMP)扩展到此类问题的数值模拟中.爆轰气体采用无粘性流体模型来描述,并假设整个爆轰过程是绝热的,建立了欧拉形式的控制方程.高能炸药选用TNT,并采用JWL状态方程进行描述.采用GIMP方法分别对一维板条TNT爆轰和二维聚能装药爆轰进行了数值计算,给出了TNT板条起爆后几个典型时刻的密度、内能和压力分布曲线以及聚能装药爆轰过程中速度矢量图和压力分布云图,成功捕获了聚能装药爆轰过程中的主要物理特征.数值计算结果表明,GIMP比标准MPM在计算精度以及稳定性上都有很大的提高,能够很好地模拟高能炸药的爆轰过程.     

近场空爆载荷作用下船体板变形估算方法

鉴于目前我国舰船空中爆炸结构响应试验数据的匮乏以及对复杂结构采用理论求得解析解的困难,对船体板结构在空中近场爆炸载荷作用下的破坏估算方法进行研究.根据爆轰波理论及气体膨胀理论计算出空中近场爆炸载荷的形式及其正压作用时间,应用应力波及塑性动力学理论推导船体板结构的变形,得到不同空爆工况下船体板的破口大小及挠度.通过算例进行验证,计算结果与经验值良好吻合.所推导的估算方法应用于舰船结构在空中近场爆炸冲击波作用下产生的毁伤能够满足工程计算精度要求,可作为舰船防护结构的设计依据.     

Experimental Study on Single Ignition Characteristics of Mixed Solid and Liquid Fuel

In order to probe into the single ignition characteristics of mixed solid and liquid fuel, optical and electrical experinments on unconfined volume dispersion and single ignition of few dosage of ternary fuel mixture are successfully done. Experimental results show that cloud detonation is distinguished from explosion of trinitrotoluene charge. The single ignition process of mixed fuel containing aluminum powder（Al）, propylene oxide （PO） and explosive （TNT） can be divided into four stages, the overpressure within its explosion field first increases, then decays with increase of distance. Explosion effects can be enhanced with adding proper trinitrotoluene into fuel mixture, the optimized ratio is m （Al） ： m （PO）： m （TNT） - 55：35： 10. The overpressure of binary mixed fuel containing Al and TNT decays like trinitrotoluene charge with increase of distance, but its value is higher than the trinitrotoluene charge＇s in the same mass at longer distance. The continual action time of plus overpressure during cloud detonation reaches magnitude of 10 ms and is about 100 times longer than the trinitrotoluene charge＇ s.     

大型水面舰艇防雷舱结构防护机理数值仿真

为研究大型水面舰艇防雷舱结构的防护机理,运用MSC.Dytran,建立多材料和多耦合面的流固耦合模型,模拟了典型防雷舱结构在水下接触爆炸作用下的变形与破坏,并与试验结果进行对比,验证该方法的正确性.在综合分析防雷舱结构破坏的基本过程、外板对冲击波的响应、第1层空舱和液舱防护机理的基础上,分析了水下接触爆炸时冲击波荷载和气泡膨胀荷载分别对防雷舱结构的作用机理,研究了防雷舱结构对水下接触爆炸的防护机理.结果表明:外板是防护冲击波的主要载体,高速度破片的防护主要依赖防护液舱,而气泡膨胀荷载的防护则需要第1层空舱的舱壁结构整体承担.     

Research on Protection Capability of Flying-Whip Multifunctional Explosive Reactive Armor

The experimental research on protection capability of the flying-whip multifunctional explosive reactive armor (ERA) was performed, in which the comparison experiment was made on the damage effect of the flyingwhip‘s geometrical figuration, material property and driven velocity on the long-rod armor-piercing-projectile. The moving velocity of the flying-whip driven by different explosives and the pressure attenuation law of shock wave travelling in the back plate were measured respectively with the electric probe method and the manganin piezoresistive gauge technique. The following conclusions based on a great quantity of experimental data were drawn: compared with the sandwich ERA the flying-whip multifunctional ERA has very good protection function against the long-rod armor-piercing-projectile, the shaped charge warhead and the anti-armor tandem warhead. In addition, the composite plate made of the armor-steel and rubber plate can lessen the vibration and shock of the main armor caused by the explosion of the charge.     

高速弹体水平入水产生冲击波特性

高速弹体入水产生的冲击波对弹体的水下运行与毁伤性能有着至关重要的作用.为得到高速弹体入水产生的冲击波及其传播特性,利用一级轻气炮高速发射平头和球形两种不同弹体水平入水,通过以不同方式分布于水下的压力传感器测量因此而形成冲击波峰值压力衰减特性.实验结果表明:初始冲击波峰值压力随着距离和角度以不同的方式衰减;在波的传播方向上,其满足指数衰减的形式,压力介于距离的倒数与距离平方的倒数之间的曲线之间.在球形波阵面上则以正弦曲线的形式衰减,这种沿距离和角度衰减的冲击波峰值不受弹体的初始速度的影响.     

电子压力计保护装置的研制和试验

高温高压井的射孔-测试联作中,易损坏昂贵的井下电子压力计。针对井下实际情况,研制了一种新的井下电子压力计的保护装置,其具有良好减震性能,并能降低射孔瞬间突然增压对压力计探头的冲击作用。该装置经过现场试验,效果良好。     

空气与土中爆炸波模拟装置的数值分析

用常规炸药爆炸模拟核爆空气冲击波时 ,起爆药量、起爆次数、延时起爆时间间隔以及管道长度等都将影响所产生的冲击波波形 .本文通过数值计算的方法 ,对以上影响因素进行数值分析表明 :多次起爆可以延长冲击波正压作用时间 ,合理地考虑各种相关因素可以得到比较理想的冲击波波形     

非晶态碳材料的冲击波响应试验研究

研究了非晶态碳材料板碰撞下的一维应变动态响应.利用在碰撞材料样品和非晶态碳样品上的石英压力传感器测量了样品中的应力历史和冲击波速度.对试验测得的速度及应力历史进行了分析处理.在4.0 GPa的冲击条件下,非晶态碳材料的冲击响应波形是简单稳定的,其一维应变条件下为非线性弹性响应,在试验冲击应力范围内没有发现非弹性变形.试验数据显示材料的Hugoniot曲线是上凸的,与熔硅材料相似.试验结果表明非晶态碳材料冲击状态下内部传播的不是一个冲击波而是一个压缩波.     

TNT 粉尘爆炸压力发展过程研究

在２０Ｌ球形粉尘爆炸装置中，对ＴＮＴ粉尘爆炸压力发展过程进行了研究，主要讨论了浓度、粒度对其最大爆炸压力（ｐｍ）及最大压力上升速率（（ｄｐ／ｄｔ）ｍ）的影响；同时，理论建模对不同粒度、浓度、湍流度等情况下压力发展进行了研究，发现与实验基本吻合．     

两点爆炸冲击波对冰的破坏效应的仿真分析

为研究两点水下爆炸冲击波对冰体的破坏效应,基于ANSYS/Ls-dyna仿真软件,分析了同时起爆的情况下相间距对冲击波破坏冰体的影响,并与单点爆炸情况进行冲击波峰值压力对比.通过分析冲击波压力和破坏面形状,得出:在两点同时起爆的情况下,冲击波发生叠加,冲击波压力比单点爆炸的冲击波压力大,破坏效果好;相间距过小时冰体破坏面中间部分过于突出,相间距过大时冰体破坏面中部区域变小,甚至消失;最优相间距应为单点爆炸时冰体破坏面直径的0.91倍.     

长持时爆炸冲击波产生方法

不同持时的爆炸冲击波对建筑结构及防护工程的作用显著不同,在试验或数值模拟中常需要得到长持时爆炸冲击波,延长爆炸冲击波正压作用时间是研究长持时爆炸荷载下结构响应的难点。在AUTODYN中建立长筒爆室小当量炸药多点延时起爆模型,分析爆炸冲击波在长筒爆室中的传播规律,研究管道长度、延时起爆时差、起爆顺序对冲击波波形的影响。结果表明：距离增加,超压峰值减小、正压持续时间增加;根据炸药量和爆室长度合理地选择起爆时差可以获得波形丰满且连续衰减的超压时程曲线;爆室底部起爆、合理控制延时间隔,可以形成类似于大当量远距离爆炸下产生的连续衰减的长持时冲击波。分别给出100、200 ms爆炸持时起爆方案,为长持时爆炸模拟装置的设计提供技术支持。     

Numerical simulation for explosion wave propagation of combustible mixture gas

A two-dimensional multi-material code was indigenously developed to investigate the effects of duct boundary conditions and ignition positions on the propagation law of explosion wave for hydrogen and methane-based combustible mixture gas. In the code,Young’s technique was employed to track the interface between the explosion products and air,and combustible function model was adopted to simulate ignition process. The code was employed to study explosion flow field inside and outside the duct and to obtain peak pressures in different boundary conditions and ignition positions. Numerical results suggest that during the propagation in a duct,for point initiation,the curvature of spherical wave front gradually decreases and evolves into plane wave. Due to the multiple reflections on the duct wall,multi-peak values appear on pressure—time curve,and peak pressure strongly relies on the duct boundary conditions and ignition position. When explosive wave reaches the exit of the duct,explosion products expand outward and forms shock wave in air. Multiple rarefaction waves also occur and propagate upstream along the duct to decrease the pressure in the duct. The results are in agreement with one-dimensional isentropic gas flow theory of the explosion products,and indicate that the ignition model and multi-material interface treatment method are feasible.     

近场脉动气泡作用下船体梁模型动响应试验研究

水中兵器在舰船附近爆炸时,爆炸气泡对船体结构的整体毁伤作用不能忽视.将炸药置于船体梁模型中部正下方爆炸,通过改变爆距来研究船体模型在近场脉动气泡作用下的动态响应特性.利用高速摄影技术观察模型在气泡作用下的运动过程.结合应变和加速度测量数据,定量分析了模型的总体振动响应.试验发现:近场作用下,气泡脉动压力对结构的冲击作用明显;在大气压和气泡内压力作用下,试验模型受到向下的分布载荷,被叠加一中垂弯矩,爆距越小.此中垂弯矩越大.     

典型工业炸药爆炸灾害效应的数值模拟

为了评价典型工业炸药在空气中发生意外爆炸产生的灾害效应,利用非线性动力学软件AUTODYN,炸药产物选用JWL状态方程,分析1 kg铵油炸药、乳化炸药、2号岩石炸药在空气自由场中爆炸冲击波的传播特性和温度场分布情况,并与TNT炸药进行对比分析.计算结果表明,冲击波损害效应中,2号岩石炸药与TNT炸药爆炸产生的冲击波峰值相当,乳化炸药次之;温度灾害效应中,岩石炸药的温度峰值最高,铵油炸药温度峰值次之,乳化炸药温度峰值最低.为正确使用工业炸药和矿山安全提供了理论依据.