钻地武器爆炸破坏作用中弹壳的影响

利用LS-DYNA有限元软件三维数值模拟了不同弹壳厚度下相同装药量的柱状装药在岩体洞库上方的爆炸破坏效应.数值模拟结果表明,有弹壳时,随着弹壳厚度的增加,爆炸破坏作用相应减小,但薄弹壳与无弹壳相比能够增强爆炸破坏作用.原因是,在弹壳较薄时,爆轰集聚效应能够增强爆炸破坏作用,但在弹壳达到一定厚度后,爆破弹壳的能量大幅增加,抵消了爆轰集聚效应并进而减弱爆炸破坏作用.由于钻地武器弹壳一般较厚,因此在其毁伤效应研究中,不应忽视弹壳对爆炸破坏作用的影响.     

水下爆炸能量耗散特性分析研究

基于特征线理论得到了水中冲击波的近似传播规律,提出了炸药水下爆炸冲击波传播过程中的熵变及能量耗散特性的近似评估方法.使用该评估方法,对TNT和RS211两种炸药水下爆炸近场冲击波传播过程中的能量耗散进行了计算.研究表明,水下爆炸近场的冲击波超压峰值迅速衰减,熵增与能量损失主要发生在水下爆炸近场的10倍装药半径范围内.对于TNT和RS211两种炸药,20倍装药半径处水中冲击波的能量耗散分别约为水下爆炸总能量的34%和32%,与水下爆炸试验结果基本一致.     

几种炸药水下爆炸能量损失特性分析

针对炸药水中爆炸能量损失特性,通过水下爆炸试验,测定了TNT,RS211,RBUL,GUHL,RS3-4等水下爆炸时的超压、冲击波能、气泡能等冲击波性能参数. 对试验结果进行相似分析,得到了超压以及冲击波能的衰减规律,同时分析了装药的水下爆炸的能量输出结构及其能量损失特性. 结果表明,RS211和RS3-4具有较高冲击波超压峰值,而RBUL、GUHL衰减较为缓慢,RBUL、GUHL水下爆炸能量可到达约1.8倍TNT当量. 5 kg炸药水下爆炸时,在0～3 m处,总能量损失Δe_d呈现抛物线形式的增长;在3 m之后呈现线性增长;5 m之后为理想冲击波状态.      

不同厚度壳体装药在混凝土中爆炸的实验研究

为研究装药壳体厚度对混凝土毁伤效果的影响,设计了不同厚度壳体装药和无边界效应的混凝土靶板,并进行了实验.实验结果表明,在壳体厚度较小时,爆坑体积比裸装药炸药时的爆坑体积大;当壳体厚度增大时,爆坑体积呈下降趋势.随着壳体厚度的增加,壳体破碎性下降.通过空气冲击波超压测试,并结合经验公式计算了形成空气冲击波的能量占炸药爆炸总能量的比例.     

爆炸冲击波与碎片耦合作用下化工储罐易损性研究

开展爆炸冲击波与碎片耦合作用下储罐易损性研究有助于提升化工园区的安全水平。基于能量密度与最大塑性应变准则,综合考虑爆炸冲击波和爆炸碎片的作用顺序及强冲击荷载作用下钢材的应变率效应,建立爆炸冲击波与碎片耦合作用下化工储罐破坏失效的极限状态方程。通过有限元模拟对比分析储罐理论临界破裂速度与数值模拟结果,验证了方程的合理性。对5 000 m³立式拱顶储罐易损性结果分析可知：材料应变率效应可削弱爆炸冲击波与碎片耦合作用对化工储罐造成的破坏,降低储罐易损性;爆炸冲击波、碎片的作用顺序会显著影响储罐的失效概率,且碎片先于冲击波作用时储罐易损性更高;由单一变量分析可知,耦合作用下储罐的易损性与爆源强度、碎片撞击载荷均呈正相关,但与碎片撞击角呈负相关。研究结果对预防由爆炸冲击波与碎片耦合作用导致的多米诺效应事故发生及制定事故防控策略具有指导意义。     

含铝炸药水下爆炸特性研究

对1kg柱形某含铝炸药进行了水下5m的水池爆炸实验,并基于AUTODYN软件模拟了含铝炸药水下爆炸冲击波与气泡脉动规律,研究了非理想爆轰对冲击波与气泡特性的影响.模拟研究表明,Miller能量释放模型能够准确地反映含铝炸药的非理想爆轰过程,可准确模拟出冲击波后期压力值、气泡二次压力以及气泡的周期与半径,计算值与实验值具有较好的一致性.以此为基础研究了装药参数及起爆方式对近场冲击波压力峰值的影响,有限元模型、方法以及计算结果对相关研究和计算具有一定的参考价值.     

金属桥箔电爆炸冲击波特性研究

为研究金属桥箔电爆炸冲击波流场特征,根据冲击波运动自相似性,采用点爆炸模型描述了金属桥箔电爆炸冲击波的流场演化,建立了金属桥箔电爆炸后冲击波波阵面参数的理论计算方法. 给出了冲击波速度、压力、传播距离和粒子速度随时间的变化规律,将计算得到的冲击波传播距离和速度与实验结果进行了对比分析,计算结果与实验结果相符合.     

电爆炸喷涂过程中冲击波的理论分析

电爆炸喷涂可用于零件内孔耐磨涂层的制备,涂层具有光滑致密、孔隙率低、结合强度高的特点.通过对空气中进行电爆炸金属丝制备表面涂层时冲击波传播规律的研究,运用量纲分析的方法建立了计算电爆炸冲击波传播规律的工程模型,并对冲击波对喷涂过程的影响进行了分析,提出了可以估算冲击波位置、压力、传播速度以及波后物质速度的计算公式.结果表明:沉积能量线密度越高,冲击波的波阵面压力越大、传播速度越快、波后物质速度越高、到达同样喷涂距离时间越短.     

水下爆炸冲击波压力时程的数值模拟

运用LS-DYNA程序对水下爆炸冲击波进行了数值模拟研究.首先模拟了半无限水域下的爆炸冲击波的形成以及气泡运动规律,分析了爆炸波的压力时程曲线.在此基础上,进一步讨论了水下爆炸冲击波与水中结构相互作用的问题,该分析结果可为类似水下爆炸工程实践提供参考.     

FLNG工艺区爆燃冲击强度数值分析及后果评价

CFD数值方法是目前海上浮式设施爆燃冲击研究中得到广泛运用的方法.文中以某FLNG工艺区发生爆燃事件为研究背景,基于通用CFD软件CFX对蒸气云爆炸进行数值分析,提出了基于能量释放方程模拟分析的冲击波安全评价方法,并对能量和能量释放时间两个变量对爆燃冲击强度的敏感性进行研究.该冲击波后果评价方法通过在爆心位置设立以能量大小和能量释放时间为变量的step函数,选定k-ε模型,模拟爆炸冲击获得超压数据,并结合超压伤害准则和TNO爆炸源能量和气云体积的转换关系对冲击波伤害后果进行评价.研究表明:基于CFD的能量释放方程能够很好的模拟爆炸冲击波并获得表征冲击强度的超压数据.方程中变量因素对冲击强度影响显著,特别是爆炸近场区域.提出的安全分析方法可以有效地对爆炸冲击后果进行评价.     

武器爆炸作用下地下洞库坑道动力响应数值模拟分析

对武器爆炸条件下地下洞库坑道动力响应进行了数值模拟分析。分析了武器爆炸作用效应,推导了射弹侵彻岩石预估公式的基本形式,分别模拟了开裂以及压碎过程,给出了模型的破坏准则以及边界条件的处理。数值模拟对于人防工程以及防护工程的建设提供重要参考依据。     

10 mm无夹层钢化玻璃冲击波毁伤效应实验研究

(目的)为了获得爆炸冲击波对无夹层钢化玻璃的超压毁伤阈值和冲量毁伤阈值,研究不同安装方式对毁伤阈值的影响,开展了钢化玻璃冲击波毁伤效应实验。(方法)针对10 mm厚无夹层钢化玻璃进行了多发实验,对每一发实验进行了爆炸参数测试,获得了冲击波超压随时间变化历程的实验数据。通过观察和记录的实验现象,分析确定了10 mm厚无夹层钢化玻璃刚好被冲击波破坏的临界状态所对应的实验发次。结合实验设计与实施条件,根据冲击波压力测试结果,(结果)得到了10 mm厚无夹层钢化玻璃冲击波超压和冲量毁伤阈值的近似值。(结论)实验结果表明,不合理的安装方式会严重影响钢化玻璃的冲击波毁伤阈值,合理的安装方式下10 mm厚无夹层钢化玻璃的冲击波毁伤超压阈值约为50 kPa,冲量阈值约为180 kPa?ms。     

沙墙吸能作用对爆炸冲击波影响的数值分析

由沙袋堆积起来的沙墙对强冲击波具有很好的消波吸能作用,在爆炸实验中对结构有一定的防护作用.沙墙在爆炸冲击波作用下,飞散形成颗粒相,吸收冲击波的能量,降低冲击波对结构的冲击作用.分别使用通用非线性动力学数值计算程序LS-DYNA和自编的多相流程序,计算了某封闭空间中沙墙对爆炸冲击波消波吸能的作用.自编的多相流程序可以计算沙子的飞散,可以考虑对流、辐射传热的吸能作用.LS-DYNA没有这些功能,但是却可以模拟复杂的爆炸与结构相互作用的问题.两种程序对比计算的结果可为使用商业软件LS-DYNA进行类似的复杂数值计算提供参考和修正.     

PVB夹层钢化玻璃冲击波毁伤效应实验研究

为获得爆炸冲击波对带PVB夹层钢化玻璃的超压毁伤阈值和冲量毁伤阈值,针对6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层的钢化玻璃进行了多发外场化爆实验,对每一发实验进行了爆炸参数测试,获得了冲击波超压随时间变化历程的实验数据.通过观察和记录的实验现象,分析确定了6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层钢化玻璃被冲击波破坏的临界状态所对应的实验发次.结合实验设计与实施条件,根据冲击波压力测试结果,得到了6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层的钢化玻璃冲击波超压和冲量毁伤阈值的近似值.实验结果表明,在合理的安装方式下6 mm+1.52 mmPVB+6 mm厚带PVB夹层的钢化玻璃的冲击波毁伤超压阈值范围为41~55 kPa,冲量阈值范围为180~299 kP a· ms.      

爆炸冲击波数值模拟及超压计算公式的修正

应用LS-DYNA有限元程序建立2,4,6-三硝基甲苯(TNT)炸药爆炸的数值模型并进行空爆数值计算,结合常用的经验公式,验证计算模型及参数取值的可信性.基于以上研究,提出冲击波超压修正计算方法,以各经验公式加权平均值作为参考,对数值模拟结果进行修正.结果表明:早期常用的经验公式与数值模拟计算结果分别处于爆炸冲击波超压的中下位值及下限值,均存在低估爆炸冲击波的危险.通过修正计算方法修正后的冲击波超压,可以作为爆炸冲击波超压的中位值.     

长持时爆炸冲击波作用下钢梁动力响应分析

大规模爆炸时引起的长持时平面爆炸波会造成结构的整体破坏,这与接触爆炸或近场爆炸的破坏模式有显著差异,但相关研究不多。为研究长持时冲击波作用下钢梁的动力响应,首先基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了大型数值激波管模型,然后采用该数值激波管得到作用在钢梁上的反射超压时程,最后通过显示动力学方法研究了冲击波入射方向、持时、超压等参数对钢梁破坏模式的影响规律。结果表明：本文提出的数值激波管模型能较好的模拟长持时爆炸波的绕射现象,可得到可靠的反射超压和冲量时程;随着冲击波入射角度的增加,简支钢梁跨中位移增大;冲击波超压峰值相同时,随着持时的增加,简支梁跨中的最大位移有增大的趋势,而最大位移的增长速率则会变缓;简支钢梁在长持时爆炸冲击波作用下容易发射受弯破坏,而梁跨中翼缘板会出现局部屈曲现象。     

含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究

基于一维冲击波理论和Walker与Wasley的冲击起爆能量判据,对含能破片冲击屏蔽炸药过程进行了理论与数值分析.分别考虑了破片类型、破片尺寸和屏蔽壳厚度对冲击起爆的影响.结果显示,钢壳破片起爆能力优于铝壳破片,临界起爆速度随着含能材料直径的增长和屏蔽壳厚度的减小而降低;理论模型与数值计算结果吻合较好.由实验研究发现,与普通惰性破片的毁伤作用机理不同,含能破片主要是利用冲击波能量引发含能物质反应,反应释放的化学能与冲击波能量叠加对目标进行毁伤;能量输出方式主要为化学反应能.     

圆管内泡沫陶瓷对瓦斯爆炸的抑制特性

为有效抑制瓦斯爆炸冲击波及火焰传播,构建大尺度圆形管道实验装置,对瓦斯预混爆炸过程中泡沫陶瓷对冲击波和火焰传播抑制特性进行研究.结果表明：泡沫陶瓷能够吸收瓦斯爆炸冲击波能量,对火焰和冲击波传播抑制效果明显,泡沫陶瓷挡板厚度及设置层数、位置是典型影响因素.挡板设置位置距点火端距离十分重要,其临界值应为起爆期间火焰传播速度达到最大值位置以内,进而实现对瓦斯爆炸传播与发展的有效抑制.对比双层和单层挡板布置的实验结果,双层布置时冲击波最大超压下降更快.但是,挡板厚度的影响并不明显.设置厚度为50 mm或30 mm的挡板时,测得最大超压的沿程衰减趋势一致,大小也很相近.     

爆炸波与破片联合作用下砌块墙的损伤和防护

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙、破片和炸药的模型,并对其在由爆炸驱动的破片和由爆炸产生的冲击波作用下的损伤进行了数值模拟.分析了单独冲击波作用、单独破片作用及二者复合作用下混凝土空心砌块填充墙位移响应的差异,探究了不同砌块强度、空心砌块壁肋比、砂浆强度和钢丝网网格密度对混凝土空心砌块填充墙的位移响应的影响.给出了聚脲弹性体、聚脲弹性体与钢丝网联合加固二者加固效果的比较.结果表明:通过与试验对比验证,建模方式是可靠的;在破片和冲击波复合作用下,混凝土空心砌块填充墙的位移比二者线性叠加的位移更大;提高砌块强度等级、提高空心砌块的壁肋比对墙体抗爆有利;改变砂浆强度对墙体抗爆的影响微弱;加密钢丝网网格可显著提高其防护效果.     

惯性熵理论在横观各向同性圆柱壳中的应用

在横观各项同性圆柱壳热弹耦合的自由振动问题中应用惯性熵理论,引入3个位移函数将自由振动问题的方程简化为4个二阶常微分方程,用含复宗量的修正贝塞尔函数解得到位移、温度和应力的表达式.结合圆柱壳内外表面自由的边界条件,得到圆柱壳自由振动频率方程.选用锌作为介质,通过数值计算圆柱壳无量纲最低阶频率发现:中径与长度之比较大的圆柱壳中,其厚度的变化对自由振动最低阶频率的影响较大;轴向半波数较大的模态下,圆柱壳厚度对最低阶频率的影响相对较大;圆柱壳壁越薄,周向波数的影响越大;最低阶频率会随着周向波数的增大先减小而后增大;周向波数的增大会将圆柱壳厚度对频率的影响放大.研究表明,惯性熵理论可更方便用来解决热弹耦合动力问题.