岩体中封闭爆炸破碎区尺寸参数的近似计算方法

为了进一步研究岩石中爆炸近区的变形性状,依据经典的强度破坏准则将岩石中爆炸近区分为破碎区、径向裂缝区和弹性区。应用正确的爆炸近区运动学关系式,研究了岩石中爆炸作用下各个变形区的发展,着重分析了破碎区尺寸参数与岩石介质特性参数的变化关系。利用各个变形区及与爆炸腔室之间的边界条件和裂缝增长的能量准则,获得破碎区尺寸参数的近似计算方法。结果表明,爆炸腔半径与破碎区半径在较短的时间内单调增至最大值,而后保持不变。为岩石中爆炸问题的相关研究打下基础。     

刚性弹侵彻混凝土的内摩擦模型分析

为了建立反映侵彻近区材料变形与破坏特性的侵彻深度工程计算模型,基于地质类材料侵彻近区局部变形与破坏特点,在破碎区考虑介质的可压缩性和不可逆变形,在弹性区和裂纹区采用不可压缩介质描述。基于空腔膨胀理论构建了破碎区的运动学关系,利用裂纹失稳扩展的极值条件建立了混凝土侵彻阻抗的确定方法,得到了能够准确表征近区应变场与速度场的状态表达式,建立了锥形刚性弹对混凝土靶体的侵彻深度计算公式。通过算例计算,得到了不同工况下的计算结果且与试验结果吻合较好,验证了公式的正确性,说明所建模型可用于内摩擦型地质类材料的侵彻工程计算。     

钻地模型弹对岩石模拟材料二次侵彻试验

我国现行规范中所采用的侵彻公式是建立在一般弹种基础上的,它是否适合于新型钻地弹种?为探索该问题,以相似准则为基础,应用量纲分析法建立了比例侵彻深度同弹体参数、岩石参数的函数关系,并通过对模型试验数据的统计分析,给出了钻地弹在岩石介质中侵彻的新的经验公式,并在此基础上得出了钻地弹在侵彻爆炸后损伤岩石介质中的二次侵彻公式.     

爆炸成型杆式侵彻体对水介质间隔装甲侵彻的数值模拟

应用有限元动力分析软件ANSYS/LS-DYNA,对爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的过程进行了数值模拟,并结合实验校核了数值模拟算法、模型及材料参数,使模拟结果与实验结果相吻合. 探讨了爆炸成型杆式侵彻体侵彻水介质间隔装甲的规律,以及不同药型罩结构和爆轰波形对杆式侵彻体侵彻性能的影响.     

地下防护工程抗超高速长杆动能弹的若干问题

针对超高速长杆动能弹侵彻成坑的尺寸相似问题、成坑与地冲击耦合能量问题以及等效爆炸当量计算方法问题，在前期研究的基础上，厘清了侵彻成坑相似规律，建立了地冲击能量与成坑范围关系，得到了地冲击能量效率与弹体动能、长径比及介质特性关系，提出了超高速动能弹地冲击等效接触爆炸当量及安全防护层厚度计算方法。结果表明，超高速动能弹撞击的破坏区体积存在尺度效应，与弹体半径的四次方成正比；其他条件不变时，地冲击能量效率随弹体质量增大而增大，随弹体长径比和密度增大而减小。     

混凝土厚靶在弹体正侵彻下的响应研究

在内爆理论及考虑弹体体积变形和侵蚀效应的运动方程基础上,考虑质量守恒、动量守恒及能量转换关系,建立了描述混凝土厚靶在高速弹体正侵彻下的响应区理论模型.理论模型的数值解表明,混凝土和弹体的动力学特性对正侵彻作用下混凝土的响应有显著影响.在侵彻速度较高时,有些响应区消失,而破碎区和破裂区随侵彻速度增加而迅速增大.     

锥形弹体侵彻过载分析

为研究锥形弹体侵彻过程中的过载特性,在新的侵彻近区速度场基础上,得到了锥形弹体侵彻过程中受到的阻力表达式,以及推广到多层介质中的阻力表达式。利用运动微方程建立了弹体在单层与多层介质中侵彻的过载计算方法,并将计算结果与国内外实验数据进行了对比。锥形弹体侵彻多层介质的过载时程曲线表明,过载的大小及其下降速率与侵彻速度和靶体强度有关。弹体以残余速度侵入下层介质时,若此层介质的强度大于前一层介质时,则会再次出现一个过载峰值。     

弹体斜侵彻混凝土靶面的开坑阶段分析

为了研究弹体斜侵彻混凝土过程中靶面成坑机理,该文根据应力波在混凝土靶自由表面斜反射形成层裂,将开坑区分为破碎区、裂纹区和弹性区。依据法向膨胀理论对成坑阶段阻力进行分析,得到破碎区径向尺寸与弹径的定量关系,再利用应力波的传播计算得到开坑深度,将计算结果与试验数据进行对比,两者吻合较好,为斜侵彻弹道研究提供参考价值。     

爆破破岩机理的实验研究

通过实验研究了在耦合装药及药包总爆炸能（Ｅ）大致相同的情况下，冲击能（Ｅｓ）与膨胀能（Ｅｂ）之间分配比例的变化，对爆炸应力波峰值及介质破碎质量带来的影响．实验结果表明，柱状药包爆炸时，在介质中先后产生原生爆炸应力波和次生爆炸应力波，前者与Ｅｓ的作用密切相关，后者与Ｅｂ的作用直接相关；介质破碎块度分布主要取决于这两个应力波共同作用的结果．据此，作者提出了原生爆炸应力波、次生爆炸应力波与介质中存在的缺陷共同作用的爆破破岩机理．     

钻地弹爆炸聚集效应研究现状及展望

对国内外多弹爆炸聚集效应研究现状进行了系统的总结，指出今后发展方向。研究钻地弹爆炸聚集效应，需要从能量耦合、侵彻爆炸耦合、应力波的相互作用以及岩土介质的状态方程和统一应力变关系等方面来进行考虑。     

高填方路堤土中爆破数值模拟

 由于进行多次、大规模爆破成腔试验研究存在一定难度,本研究采用爆炸流体动力学数值分析方法,模拟土中爆腔形成和周围土体挤密效果。对现场爆破试验采集到的爆炸波波速进行分析,推导出土壤的相关参数,然后采用基于ANSYS/LS-DYNA中多物质ALE 算法,对土中爆破成腔进行分析,得到爆腔大小与土体压实度关系以及爆腔周围土体密度随爆心距变化关系,爆破成腔数值模拟结果与现场爆破试验结果具有较好的一致性。     

混凝土材料动态球形空腔膨胀的数值模拟

为了验证固体中的空腔膨胀理论,基于混凝土三段式本构模型,用有限元方法对混凝土材料动态球形空腔膨胀进行了数值模拟.数值模拟结果表明,当空腔膨胀压力超过一定阈值后,空腔边界将以该压力对应的恒定速度膨胀,符合空腔膨胀理论中膨胀压力与边界膨胀速度的函数关系.进一步分析表明膨胀压力阈值与混凝土强度呈线性关系.混凝土中空腔边界到弹性波阵面之间的径向应力场分布与理论计算相符,证实了数值模拟的可靠性,揭示了空腔膨胀的物理过程.     

掘开式工程口部毁伤工程量分析

为了解决常规武器以任一攻角打击任一防护级别工程口部时毁伤工程量计算问题,考虑常规武器的侵彻与爆炸局部破坏效应,综合应用结构贯穿工程量、回填土（含遮弹层）坍塌工程量和结构震塌面积,确定掘开式工程口部毁伤工程量分析方法,编写Matlab通用计算程序。研究发现,同一武器造成的最大毁伤工程量,并不随命中速度的增长而增大,而是存在最不利打击情况。口部以侧墙贯穿破坏为主、顶板贯穿破坏为辅。设置遮弹层具有重要的工程防护作用,随着遮弹层抗侵彻能力不断增强,最大毁伤工程量呈下降趋势。爆心位置及装药量对毁伤工程量亦有影响。     

储罐爆炸事故中抛射碎片初速度预测

为合理确定爆炸事故中抛射物初速度,基于碎片穿透实验及理论分析建立了两种碎片初速度的预测方法.在理论估算中,建立了以爆炸总能量乘以能量转化效率因子确定碎片初动能的碎片初速度预测模型.在爆炸总能量的计算方法中,Baum方程可以估算压缩气体物理爆炸、化学反应失控爆炸的总能量,而在BLEVE中,用液体过热能来估算爆炸能量更为准确.以Baum,Birk等实验的转化效率为基础,根据最大熵原理得出了碎片能量转化效率因子的概率密度符合伽马分布.由实例分析可知,BLEVE中基于过热能及效率因子的初速度预测方法可以有效地进行爆炸碎片危险的定量化评价.     

蒙脱石粉体对瓦斯爆炸特性参数的影响研究

选用天然矿物粉体蒙脱石作为抑爆材料,通过20 L球形爆炸装置和自主设计的5 L管道实验系统,测试了蒙脱石粉体及其浓度对甲烷-空气预混气体的爆炸压力、火焰传播速度等特性参数的影响.结果表明:蒙脱石粉体对甲烷爆炸具有一定的抑制作用,甲烷-空气预混气体的最大爆炸压力和爆炸火焰传播的平均速度随着粉体浓度的增加呈现先降低后上升的趋势.其中,当粉体浓度为0.16 g/L时,爆炸压力下降至最低,比未添加粉体时下降了29.2%;当粉体浓度为0.20 g/L时,火焰传播平均速度最小.此外,结合蒙脱石粉体的元素组成及热解特性分析其瓦斯抑爆机理.      

椭球型罩聚能装药侵彻混凝土的数值模拟研究

基于有限元法中心差分包软件LS-DYNA-970的平台上对三种椭球罩型聚能装药侵彻素混凝土试样的问题进行了3-D数值仿真研究。研究揭示了各种情况下金属侵彻体的形成过程和侵彻过程的机理。研究表明在药罩口径相同的前提下,椭球体长轴较长的装药结构在爆炸荷载作用下能形成头部速度高。弹身长径比大、整体质量分布合理的射流侵彻体,但其扩孔效果较差。在分析混凝土受力失效过程的同时,获得了在金属射流在不同侵彻深度下,混凝土的开孔孔径大小的数值结果。计算结果与文献中的实验数据相比吻合较好。     

熔融铝液遇水爆炸极限分析

为深入研究熔融铝液遇水爆炸机理,结合铝工业生产实际建立了熔融铝液遇水爆炸实验系统,开展了不同水-铝质量比对爆炸特性影响研究. 实验数据表明铝液遇水产生剧烈爆炸与水-铝质量比关系密切. 应用冲击诱导碎化形成热爆炸的理论,根据冲击波质量与动量守恒方程,得到波后不同介质产生速度差. 利用水量/铝量变化得出水-铝相对速度理论曲线,进一步分析了水-铝质量比与爆炸极限的内在联系. 研究结果表明,水-铝质量比在0.19~2.00区间内易产生剧烈的爆炸,与实验数据吻合性较高,确定了较低水-铝质量比区域的体系爆炸极限.     

考虑剪胀效应的混凝土动态柱形空腔膨胀理论

同时考虑混凝土的压缩和扩容特性,建立了动态柱形空腔膨胀理论,其中完整的靶体响应为密实区-扩容区-开裂区-弹性区,在扩容区采用扩容方程,使用该理论得到了空腔表面应力与膨胀速度的表达式,并使用该式计算得到弹体侵深和加速度.研究结果表明,运用该理论建立的刚性侵彻方程,其计算结果与实验结果具有良好的一致性,模型可以较好描述不同头部形状尖卵形弹体的侵彻能力以及加速度变化趋势.      

不同头部形状弹体高速侵彻混凝土试验研究

为研究高速撞击条件下弹体侵彻能力、弹体侵彻极限速度、弹体质量损失等问题,在高速弹道炮上开展了不同头部形状弹体对混凝土靶体高速正侵彻的模型试验,试验最高弹速达到了1 420 m/s,获得了侵彻深度与侵彻速度之间的关系. 结果表明,随着弹体速度的增加,弹道的稳定性逐渐变差,弹体头部侵蚀加重,当弹体初速度大于弹体极限速度时,弹体出现弯曲破坏,侵彻深度下降;不同的头部形状对弹体弯曲变形、弹体头部侵蚀、弹体侵彻深度有着很明显的影响.