水下冲击波作用的铝合金蜂窝夹层板动力学响应研究

为研究铝合金蜂窝夹层板水下爆炸冲击波载荷作用的动态响应及抗冲击性能,利用非药式水下爆炸冲击波加载装置对气背固支5A06铝合金夹层板及具有相同面密度的单层板进行水下冲击波加载试验。利用高速相机结合三维数字散斑技术(DIC)对夹层板后面板动态响应进行实时测量,获得夹层板气背面受水下冲击波作用的动态响应历程及变形毁伤模式,比较分析铝合金蜂窝夹层板抗冲击防护性能。结果表明,较相同面密度的单层板,蜂窝夹层板受水下冲击波载荷作用的芯层压缩能有效减少气背面板的塑性变形,提高夹层结构整体抗冲击性能。     

水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形中的作用

水下爆炸产生的冲击波载荷和气泡载荷都会对水中结构产生毁伤作用。为研究水下爆炸气泡载荷在加筋板塑性变形挠度中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus/Explicit对加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了一系列数值仿真。载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型,将部分计算工况与试验结果比较,两者吻合较好。通过分析计算结果可以看出在气泡载荷在加筋板塑性变形中的比重主要受爆距影响,爆距越小,所起的作用越大。所以,在水下近场爆炸计算中,气泡载荷引起的塑性变形不容忽视。     

基于LS-DGF-DG方法的船体板架结构近场水下爆炸毁伤特性研究

基于可压缩流体力学基本理论,采用间断迦辽金(DG)方法结合直接虚拟流(DGF)方法和水平集(LS)方法(LS-DGF-DG方法),首先建立水下爆炸爆轰模型,对不同装药形式的水下爆炸冲击波载荷进行对比研究,分析讨论装药形状对冲击波载荷特性和爆轰产物初始形态的影响,随后将数值结果与经验公式进行对比,验证LS-DGF-DG计算程序的有效性,最后通过非线性有限元软件ABAQUS建立船体加筋板架模型,将LS-DGF-DG计算得到的近场水下爆炸载荷传输给ABAQUS,模拟加筋板架结构在近场水下爆炸载荷作用下的毁伤过程,并将计算结果与实验进行对比分析,总结相关规律。结果表明:起爆初期,柱形装药逐渐形成椭球形的爆轰产物,最终膨胀为球形;装药径向的冲击波压力峰值高于轴向,柱形装药的冲击波压力峰值高于球形装药的压力峰值;在近场水下爆炸载荷的作用下,加筋板架结构出现塑性大变形和剪切破坏的现象,数值结果与试验值吻合良好;加强筋的强弱对板架结构的破坏模式和塑性变形程度有较大影响,加强筋较强,破坏首先从加强筋位置出现,加强筋较弱,破坏主要出现在固支边界处。     

爆炸冲击波与高速破片对夹层结构的联合毁伤效应试验研究

为探讨爆炸冲击波和高速破片联合作用对夹层结构的毁伤机理,进行了钢-玻璃钢-钢夹层结构空中近爆模型试验,分析了结构变形破坏模式及冲击波与高速破片的联合毁伤机制。结果表明,爆炸冲击波和高速破片联合作用下,结构的毁伤程度远大于冲击波的单独作用。爆炸冲击波单独作用时,夹层结构前、后面板均产生褶皱变形,玻璃钢夹芯板则以大面积分层破坏和纤维层的脱落为主。而在爆炸冲击波和高速破片联合作用下,前面板以反向大变形和中部穿甲大破口为主,后面板以大变形和花瓣开裂为主,玻璃钢夹芯板则产生了较大的穿甲破口和分层破坏。爆炸冲击波能量主要通过前、后面板的塑性大变形和玻璃钢夹芯板的分层破坏吸收。高速破片的动能则主要通过前、后面板的剪切破坏、玻璃钢板的分层破坏和纤维层的拉伸断裂吸收。     

爆炸冲击下水底隧道的动态响应及毁伤模式研究

考虑炸药起爆、冲击波传播、冲击波与结构的相互作用以及结构的动态响应等复杂过程,基于Lagrange-Euler耦合算法,建立了水底隧道水下爆炸的全耦合数值仿真模型。通过与爆炸试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;研究了水下爆炸冲击荷载作用下的水底隧道的毁伤破坏过程、空间分布规律及破坏模式。结果表明:水底隧道的破坏模式不仅与隧道自身的动力特性有关,还取决于起爆距离及炸药当量等;隧道的破坏模式为局部冲切或剥落破坏、弯曲破坏伴随着局部剥落破坏以及整体弯曲破坏。     

爆炸冲击下水底隧道的动态响应及毁伤模式研究

考虑炸药起爆、冲击波传播、冲击波与结构的相互作用以及结构的动态响应等复杂过程,基于Lagrange-Euler耦合算法,建立了水底隧道水下爆炸的全耦合数值仿真模型。通过与爆炸试验结果进行对比,验证了数值模型的可靠性;研究了水下爆炸冲击荷载作用下的水底隧道的毁伤破坏过程、空间分布规律及破坏模式。结果表明:水底隧道的破坏模式不仅与隧道自身的动力特性有关,还取决于起爆距离及炸药当量等;隧道的破坏模式为局部冲切或剥落破坏、弯曲破坏伴随着局部剥落破坏以及整体弯曲破坏。     

非接触爆炸冲击载荷对防盗门作用数值模拟研究

为实现反恐行动中非接触爆炸冲击波破门目标,针对金属防盗门实际条件建立数值仿真模型,重点研究了防盗门在非接触爆炸冲击载荷作用下塑性变形破坏过程及规律。结果表明：相同爆炸冲击载荷作用下,实际转动条件防盗门板塑性变形动力响应时间延长,最大变形量远大于四边固支条件下门板变形量;爆炸中心与防盗门距离过近,门板受爆炸产物和空气冲击波共同作用,只出现局部破坏,不能实现门板整体塑性变形;拟合了防盗门板在非接触爆炸冲击载荷作用下变形量计算式,可为反恐破门弹药设计提供依据。     

水下接触爆炸下钢筋混凝土板毁伤模式探究

为了探究水下接触爆炸下钢筋混凝土板的毁伤破坏模式以及内部配筋的形变特性,利用AUTODYN软件建立了钢筋混凝土板水下接触爆炸全耦合精细模型,并通过水下接触爆炸现场试验,分析了水下接触爆炸荷载冲击下钢筋混凝土板的动态破坏全过程,探究了混凝土板内压力时程变化过程。结果表明：所建仿真耦合模型能够较好地描述水下接触爆炸下的爆炸冲击波传播以及钢筋混凝土板毁伤破坏过程;水下接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板出现严重的冲切损伤,爆心区域板完全破碎、脱落,混凝土板整体变形较大,且内部配筋出现了较大的形变。     

小当量柱型装药水下近场爆炸固支单层方形钢板毁伤特性研究

为研究小当量柱形装药水下近场爆炸固支单层方形钢板毁伤特性,采用高精度龙格库塔间断迦辽金(Runge-Kutta discontinuous Galerkin,RKDG)方法求解柱形装药水下近场爆炸载荷,并与水下爆炸经验公式进行对比,吻合良好。将计算得到的爆炸载荷加载到LS-DYNA非线性有限元求解器中,得到固支单层方形钢板的毁伤特性,与试验结果进行对比,证明模型的精确性,表明龙格库塔间断迦辽金-有限元法(Runge-Kutta discontinuous Galerkin-finite element method,RKDG-FEM)耦合计算模型能够精确模拟柱形装药在近场爆炸条件下固支单层方形钢板的响应特性。随后研究了固支单层方形钢板在板厚4 mm、药量5~30 g和板厚3~8 mm、药量20 g的毁伤模式。研究发现,固支单层方形钢板的毁伤模式主要为塑性大变形、花瓣型破口和冲塞型圆形破口等。并拟合了考虑药量、板厚因素的破口尺寸估算公式,可为小当量柱形装药水下近场爆炸单层板的毁伤研究提供参考。     

水下爆炸近距气泡作用下船体箱型梁损伤特性数值模拟方法研究

为了研究水下爆炸近距气泡作用下船体结构损伤特性的数值模拟方法,以某实船缩比试验模型——箱型梁为仿真对象,应用MSC-DYTRAN非线性瞬态有限元分析软件,建立了船体箱型梁在水下爆炸近距气泡作用下的仿真模型,欧拉水域中考虑静水压力场,采用开放式流场边界技术处理流场边界,应用自适应网格技术处理多材料多欧拉域,引入修正的冲击波压力场对冲击波作用阶段进行修正。对冲击因子为0.236的典型试验工况进行数值模拟,分析了箱型梁在近距气泡作用下的破坏机理,并将数值计算结果与试验结果进行对比,结果表明:船体结构与气泡相互作用规律、船体结构的破坏模式及典型部位的应变时程曲线与试验结果吻合良好,两者误差在25%以内,该方法为利用数值手段研究爆炸气泡对整船的毁伤特性提供了一个有效的解决途径。     

Non-linear transient dynamic response of rectangular plates under shock loading

Experimental and numerical investigations were carried out on clamped rectangular plates subjected to underwater explosion loading. Experiments were conducted on rectangular plates of size 0.55×0.45×0.004 m using a box model set-up under air-backed conditions in a water tank detonating small charge weights of PEK-I explosive. Corresponding plastic deformation of the plates were measured for different charge weights and stand off distances. Numerical analysis was carried out using the MARC finite element code for various test conditions and the results are compared with experimental results.     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

The effects of plastic deformation on stress wave propagation in multi-layer materials

The behavior of a multi-layer material at high strain rate and the effect of plastic deformation on stress wave propagation were investigated by a combination of experimental and numerical techniques. Plastic deformation effects were studied in multi-layer materials consisting of ceramic, copper and aluminum subjected to large strains under high strain rate loading. First, stress wave propagation behavior for the monolithic metals was studied, and then extended to multilayer combinations of these metals with each other and with a ceramic layer. The axial stress distributions were found to be non-uniform in the elastic deformation range of the specimen. The degree of non-uniformity was much more pronounced in the multi-layer samples consisting of different materials. The presence of a ceramic layer increased the magnitudes of stress gradients at the interfaces. It was also found that a major effect of plastic deformation is a tendency to produce a more homogeneous stress distribution within the components. The implications of these observations for practical systems are discussed.     

多次水下爆炸作用下钢板与焊接钢板冲击损伤特性

为了研究舰船结构在多次水下爆炸载荷作用下的抗爆抗冲击能力,基于水下爆炸鼓胀试验分别开展了5 mm、12 mm的船用A32背空钢板及焊接板的多次水下爆炸试验,得到了钢板与焊接板的塑性变形历程,测量并计算了钢板与焊接板受冲击区域沿半径各点处的挠度及厚度减薄率,分析了钢板与焊接板的塑性变形规律。结果表明:多次水下爆炸载荷作用下,焊接板与钢板的塑性变形形貌呈类球冠形,二者的厚度减薄率从中心位置到边界处呈先减小再增大的趋势,但焊接板的挠度小于钢板的挠度。A32钢板的变形模式主要为弯曲和拉伸变形,焊接板以弯曲变形为主。持续增加的水下爆炸载荷导致钢板中心位置与边界处拉伸断裂,而焊接板的焊缝及其热影响区发生脆性断裂。     

水下爆炸深度对码头框架结构损伤的影响

为了探究水下爆炸冲击作用下框架码头的结构损伤,确定最不利起爆位置,结合实际工程结构,建立了水下爆炸和两层码头框架结构的全耦合模型,验证了所用全耦合建模方法以及所采用材料模型的正确性和可靠性,分析了冲击波传至码头结构时不同深度下码头结构的破坏模式.结果表明:利用全耦合方法以及选取RHT混凝土材料模型来研究爆炸冲击下结构损...     

水下爆炸深度对码头框架结构损伤的影响

为了探究水下爆炸冲击作用下框架码头的结构损伤,确定最不利起爆位置,结合实际工程结构,建立了水下爆炸和两层码头框架结构的全耦合模型,验证了所用全耦合建模方法以及所采用材料模型的正确性和可靠性,分析了冲击波传至码头结构时不同深度下码头结构的破坏模式。结果表明:利用全耦合方法以及选取RHT混凝土材料模型来研究爆炸冲击下结构损伤破坏是准确的,模拟结果也是可信的。随着爆深的增加,码头结构的损伤破坏由局部损伤变为整体损伤再变为局部损伤。当爆深H=7 m位于码头框架结构一层附近时,结构极易发生因位移过大而导致的整体剪切破坏。     

复合壳体结构水下爆炸损伤特性研究

为研究复合壳体结构水下爆炸的损伤特性,分析了水中接触爆炸与非接触爆炸对目标的毁伤机理,同时进行了量纲分析;以钢板分别与铝板、铜板、橡胶板等的复合结构为研究目标,利用大型有限元软件LS-DYNA对该复合结构水中接触爆炸进行数值模拟,得出了其应力场分布与位移变形值;最后对该复合壳体结构水中接触爆炸进行了试验研究.研究结果表...