双装药多层箱体内部爆炸的破坏效应试验研究

为了研究2个装药不同箱体结构内部同时爆炸的破坏效应,利用模拟箱体结构,进行了相同质量TNT装药在单箱体和4层箱体内部爆炸试验,分析了装药质量和箱体容积的匹配关系以及双装药布放位置对4层箱体破坏效果的影响. 结果表明,整体装药单层箱体内部爆炸时,箱体撕裂、抛掷严重,结构整体毁伤效果差;以箱体的破坏数量为基准,2个装药(每个装药的质量为整体装药的1/2)在双箱内部爆炸的毁伤效果都优于相同质量整体装药单箱内部爆炸. 装药位置导致的能量叠加和扩散对多箱体的毁伤效果影响很大,整体装药的较佳爆炸位置为中间箱体,双装药的较佳爆炸位置为中间的相邻箱体或隔箱,相隔一个箱体破坏效果最好.      

舱室在爆炸冲击载荷作用下的结构毁伤研究

为了研究舰船舱室在反舰导弹作用下的毁伤效果,模拟典型舱室进行数值仿真。分析了爆轰波和冲击波的破坏模式,研究了在爆炸冲击载荷作用下的舱室响应过程;同时结合材料失效原理,给出破坏准则。数值模拟结果表明:舱室是封闭空间,弹药爆炸产生的爆轰波和冲击波在舱壁面上多次反射;由于角隅部位汇聚冲击波而受到的超压作用要大于舱室壁面,所以破坏的部位首先出现在甲板中心到与围壁之间的角隅部位。舱室的主要破坏模式是沿着角隅部位开裂,最终舱室发生解体。通过模拟不同厚度的舱室结构可知,装药量一定时,舱壁越厚舱室抗爆能力越强。     

爆炸冲击波对大型复杂舰船结构毁伤效应数值模拟研究

采用有限元软件针对大型复杂舰船在战略武器大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应进行数值模拟研究.建立某航母结构1∶1有限元模型,采用CONWEP方法施加爆炸载荷,研究舰船的动态响应特征,主要分析爆炸当量、冲击波强度等因素对舰船毁伤模式和甲板变形破坏等级的影响.研究结果表明,随着爆炸冲击波传播距离增加,其强度沿飞行甲板表面以指数形式衰减,沿不同层甲板则呈现近似线性衰减特征.随着爆炸当量和冲击波强度的增加,舰船甲板变形破坏等级逐渐增加,舰船毁伤模式由局部塑性变形毁伤逐渐转变为总纵强度毁伤模式,接触爆炸时还会发生结构破损总纵剩余强度毁伤.在小当量爆炸且冲击波强度超过1.0 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板和机库甲板会随着冲击波超压强度的增加而逐渐失效;在中等当量且冲击波超压强度超过0.2 MPa时,飞行甲板、吊舱甲板在爆炸后基本失效,机库甲板的功能将受到严重影响;在大当量爆炸且冲击波超压强度达到0.2 MPa时,三层甲板均发生局部区域完全失效.相关研究方法有助于大型复杂舰船结构在大当量爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估.     

冲击荷载作用下钢结构工业厂房墙面板加固技术研究

为研究适用于钢结构工业厂房的抗爆加固技术,以钢结构工业厂房为研究对象,开展工业厂房原型结构设计、爆炸载荷的确定及现场毁伤后果评价研究,提出加固技术措施。试验结果表明：在螺栓连接处加垫片、加钢带的加固方式对钢结构工业厂房墙面板抗爆能力有不同程度的提升,在墙面钢板强度足够时,厂房迎爆面上中部檩条跨中部位会出现弯曲甚至断裂破坏。     

近距离爆炸作用下RC桥墩毁伤模式及其轴力效应数值模拟

为研究近距离爆炸作用下钢筋混凝土桥墩的毁伤模式，利用显式非线性动力分析软件LS-DYNA建立了包含空气域、炸药和RC桥墩的精细化三维数值模型，通过与已有文献的试验结果进行对比，验证了有限元模型的有效性，并进一步分析了轴力效应对RC桥墩毁伤模式的影响.结果表明：近距离爆炸作用下RC桥墩的毁伤模式可归纳为无剥落破坏、剥落破坏和冲切破坏3种；对于圆柱试件，以爆炸距离0.2 m为例，当比例距离Z≥0.200 m/kg^1/3时，发生无剥落破坏；当0.117 m/kg^1/3≤Z<0.200 m/kg^1/3时，发生剥落破坏；当Z<0.117 m/kg^1/3时，发生冲切破坏.在近距离爆炸作用下，轴向荷载对RC桥墩抗爆性能的影响与其毁伤模式有关，当RC桥墩的毁伤模式是无剥落破坏或者轻微的剥落破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度有所减轻；但当RC桥墩的毁伤模式是严重的剥落破坏或者冲切破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度加剧.研究结果可为RC墩柱抗爆设计和毁伤评估提供参考.     

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.     

爆炸应力波作用煤巷变形破坏模拟试验研究

采用相似材料和数值模拟试验方法,利用数字散斑观测(DSCM)技术,对不同炮孔位置和装药量条件下煤巷变形破坏进行模拟试验研究,得到爆炸应力波在煤岩中的传播规律.试验结果表明:(1)爆炸应力波沿垂直巷道方向上传播为主,巷道顶板附近形成裂纹、破碎或坍塌区;随着装药量不断增加,应力波对上部岩体破坏力明显增大,应力波能量是影响巷道破坏程度的主要因素.(2)装药量为4.0g,炮孔距离分别为450mm和300mm时,第一次引爆(距离为450mm)后,巷道顶板附近出现裂缝,属于拉剪裂缝;第二次引爆(距离为300mm)后,巷道顶板附近裂缝较为发育,且巷道顶层出现部分塌落,属于重复拉剪破坏;装药量为8.0g,第三次引爆(距离为200mm)后,巷道顶板出现塌落,且四周破坏,说明随着炮孔距离推进和装药量增加,巷道变形破坏程度更严重.(3)数值计算结果表明,顶板受冲击作用和下沉位移较大,两边帮向巷道内部弯曲变形也较大,冲击载荷对巷道变形破坏影响较大,与相似材料试验结果具有一致性.     

土工格栅加筋地基承载特性数值分析

为研究加筋地基承载性能,基于已有室内试验结果采用有限差分法建立加筋地基数值模型,分析竖向荷载下土工格栅加筋地基的力学特性及加筋层数对土体的荷载-沉降变形特性、应力分布及土工格栅位移的影响,探讨筋土结构的内部土体和土工格栅应力位移场的演变规律,引入承载力提高系数综合分析加筋层数对加筋地基的沉降及承载力的影响。研究表明:在竖向荷载作用下,地基土体呈拱状不均匀沉降,基础两侧土体隆起变形,加筋后能够改善地基的不均匀沉降及减小侧向变形,约束基础两侧土体的隆起;土工格栅具有良好的应力扩散作用,加筋地基的承载力随着加筋层数的增加而增加,但增长幅度逐渐变缓,加筋层数为4层时承载力最高,为最佳加筋层数;土工格栅的有效埋深约为1.5B(B为基础宽度),当筋材埋深超出筋材有效深度影响范围,筋材的加筋作用不再增强。     

高密度活性破片碰撞双层靶毁伤效应

 采用弹道碰撞实验,对高密度冷压成型和烧结硬化PTFE/Al/W活性破片正碰撞双层间隔铝板毁伤效应问题进行研究。实验结果表明,在高速碰撞条件下,活性破片对前靶的作用主要体现为动能贯穿破坏,与前靶相比,后靶毁伤更为严重,表现为更大的穿孔尺寸和毁伤面积,并伴随有显著的隆起及裂纹等结构破坏。引入裂纹扩展理论,分析了碰撞速度及靶板厚度对活性破片动能侵彻和爆炸作用联合毁伤效应的影响,从机理上揭示了后靶结构毁伤行为和效应。     

爆炸载荷作用下玻璃钢/硬质聚氨酯泡沫夹层结构抗冲击性能实验研究

为分析玻璃钢/硬质聚氨酯泡沫组成的单夹层方板、双夹层方板以及单夹层方板单面喷涂聚脲结构在爆炸载荷作用下的动力响应及抗爆性能,进行了等面密度的3种结构靶板的爆炸冲击波毁伤效应试验,获得了3种结构靶板在爆炸载荷作用下的破坏模式,并比较了3种结构的抗冲击性能.研究发现,靶板的面板破坏模式以固支边界断裂裂纹、四角弯折裂纹和应力集中处剪切裂纹为主,芯层形成了明显的压溃区、裂纹聚集区、脱粘破坏和拉伸裂纹破坏.等面密度设计的双夹层方板和迎爆面喷涂聚脲的单夹层方板破坏程度和残余变形比单夹层结构更大;背爆面喷涂聚脲的单夹层方板破坏程度比单夹层结构更大,但背爆面板残余变形明显减小.      

聚脲涂覆钢板结构抗爆性能试验研究

研究聚脲不同涂覆方式下单钢板与箱体结构的抗爆性能.进行了15.7 kg/m2相同面密度条件下2.0,1.5与1.2 mm三种厚度钢板的无涂覆、迎爆面涂覆结构抗40 g TNT外爆载荷试验,相同钢板厚度条件下1.5 mm与1.2 mm两种厚度钢板的无涂覆、迎爆面涂覆与背爆面涂覆结构抗60 g TNT外爆载荷试验,以及3.0 mm厚钢板所组成箱体的无涂覆、迎爆面涂覆与背爆面涂覆结构抗140 g TNT内爆载荷试验,通过对比不同涂覆结构的变形与破坏行为,分析聚脲涂层对结构抗爆性能的影响.结果表明,等面密度时迎爆面涂覆聚脲不能提高钢板的抗爆性能,等钢板厚度时涂覆聚脲能够有效提高钢板与箱体结构分别在外爆与内爆载荷下的抗爆性能,且背爆面涂覆时效果优于迎爆面涂覆.      

车轮荷载下钢箱梁疲劳构造细节应力等级评定

针对车轮荷载作用下钢箱梁的疲劳构造细节等级评定问题,基于应力影响线,研究钢箱梁9种疲劳构造细节的局部疲劳应力。根据等效损伤原理对最大应力幅进行修正,并以此为依据划分钢箱梁疲劳构造细节。结果表明：车轮荷载对钢箱梁9种疲劳构造细节的应力影响范围均较小,横隔板与顶板、纵肋相交处的应力影响范围为横隔板间距;顶板与纵肋相交处、纵肋对接处以及顶板对接处,应力影响范围为横隔板间距的1/2。钢箱梁横隔板与纵肋相交处的修正等效应力幅最大,纵肋对接处的修正等效应力幅最小。考虑受力和施工质量,钢箱梁疲劳构造细节可划分为5个疲劳应力等级,并给出9种疲劳构造细节对应的等级。     

ALE方法分析爆炸载荷作用下圆板动力反直观行为

运用ANSYS/LS-DYNA软件对TNT炸药爆炸后,空气冲击波作用下弹塑性圆板的动力反直观行为进行了数值模拟. 采用任意拉格朗日-欧拉算法(ALE算法),将炸药、空气和板进行有限元离散,在考虑材料屈服极限及应变率效应对动力反直观行为影响的情况下,分别取全模型和1/4模型进行比较. 结果表明,用ALE流-固耦合方法研究爆炸载荷作用下结构反直观行为是行之有效的;材料性能、板厚度对动力反直观行为有较大影响,只有材料的屈服极限较低且厚度较薄的板,容易发生反直观行为;同时,在数值分析时需要考虑应变率的效应.     

装药形状对两端开口钢筒结构变形规律的影响

采用数值模拟与爆炸实验相结合的方式,研究了装药形状对两端开口圆柱钢筒结构变形规律的影响.采用显式动力分析软件LS-DYNA,并选用Johnson Cook模型模拟钢筒的动态变形,研究了方形、球形和柱形等不同形状装药对无加固圆柱钢筒塑性变形的影响规律,对比实验得到的残余变形测量结果,验证了钢筒计算模型和参数设置的有效性.同时,研究了不同长径比柱形装药对混凝土加固圆柱钢筒结构的影响.结果表明,在相同的装药量下,结构塑性变形与装药的几何形状密切相关.采用大长径比的装药形状,两端开口圆柱钢筒的环向变形明显增大.在设计防护结构时,必须高度重视装药形状对结构变形的影响.     

多层钢筒结构在内部强爆炸作用下变形行为的数值模拟

多层防护结构常用于需要抵抗爆炸冲击的场合,如何快速准确地预测其在内部强爆炸作用下的响应行为是当前急需解决的问题. 针对Q345钢制成的多层防护结构,基于有限元软件LS-DYNA,分别采用CONWEP算法和流固耦合算法进行了3种装药量爆炸下的模拟分析,并与实验结果进行对比,验证了数值模拟的有效性. 结果表明,当装药比例距离大于0.152 m/kg^1/3时,采用CONWEP算法施加爆炸载荷,可简单可靠地预测多层防护结构受爆炸冲击的响应行为. 采用多层结构后,内部各层通过塑性变形吸收了作用于结构上约90%的能量.     

冲击波和预制破片复合作用下H型

为探究H型钢柱在近距爆炸冲击波和预制破片复合作用下的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA,通过在圆柱形TNT炸药柱身外贴预制破片来模拟爆炸产生的冲击波和破片对钢柱的损伤破坏。分析了冲击波载荷、破片群载荷及复合载荷作用下H型钢柱动态响应的差异。同时,通过参数化分析方法,探究了在冲击波和预制破片复合作用下轴压比、钢材强度、长细比和截面类型等因素对H型钢柱损伤效应的影响规律。结果表明：近爆作用下冲击波和预制破片的复合载荷作用具有叠加增强效应,复合载荷作用大于单一载荷作用效果的线性叠加;在钢柱抗爆设计中,应控制其所承受的轴向压力,钢材强度等级为Q235时,轴压比不宜大于0.4。应合理选择钢材强度等级,而不要盲目选择高强钢材。通过改变柱高来改变长细比对钢柱破坏影响不大。圆管型截面钢柱的抗爆能力最好,H型截面次之,箱形截面最差。本文成果可为钢结构抗爆理论和防护技术提供参考。     

爆炸震动下钢板屏蔽室动力特性及屏蔽效能实验

为研究钢板屏蔽室在爆炸震动条件下的综合性能,通过野外埋设TNT炸药爆炸震动实验,研究了爆炸震动下焊接式和拼装式钢板屏蔽室的动力特性和屏蔽效能。实验结果表明,焊接式钢板屏蔽室结构强度高、刚度大、变形小,屏蔽效能下降较少;拼装式屏蔽室结构强度较低、刚度较小、变形较大,在爆炸震动加速度达到70～80 m/s2时,出现局部钢板塑性变形、部分锡焊点脱焊等局部损伤现象,使屏蔽效能显著下降。因此,防护工程中使用的屏蔽设施应当加强结构的抗震性能或对屏蔽设施采用减震措施。     

近爆冲击波和破片复合作用下混凝土空心砌块墙防护技术研究

为探究在不同冲击波和破片复合荷载作用下混凝土空心砌块填充墙的损伤特征和防护技术,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙各部件、破片和炸药的模型,得到了比例距离、破片尺寸、起爆点对墙体的位移响应的影响以及在聚脲弹性体与钢丝网共同加固条件下墙体所能承受的极限炸药质量和较为经济的防护厚度.结果表明:通过与试验对比验证,本文的研究方法是可靠的;在近爆冲击波和破片复合作用的条件下,比例距离不能作为判定墙体受损严重程度的依据;同等质量下,减小破片尺寸使墙体破坏加重;改变起爆点对墙体破坏程度的影响微弱;在增加防护后,墙体抗爆性能明显加强,采用5 mm聚脲弹性体和钢丝网加固的墙体在炸药距离1.2 m时的能够抵抗的等效TNT炸药质量在8.296kg和11.376 kg之间;当炸药距离为1.2 m,等效TNT炸药质量为2.456 8 kg时,较为经济的防护手段是聚脲弹性体厚度和钢丝网钢丝直径均为3 mm.本文成果可为混凝土空心砌块填充墙抗爆性能及其防爆技术的研究提供重要参考.     

爆炸冲击对多层钢框架连续倒塌性能的影响

以5层钢框架结构为对象,对钢框架在爆炸冲击作用下的连续倒塌性能进行了研究.采用备用荷载路径法,分别对钢框架结构进行了静力非线性、动力非线性以及爆炸冲击作用下的动力非线性连续倒塌分析.分析结果表明:在常规的静力和动力非线性分析中,该框架具有良好的抗连续倒塌能力;在5 kgTNT的初始爆炸冲击作用下,钢框架的变形比常规分析...     

爆炸荷载下钢筋混凝土T梁的应变与损伤分析

为了探究在爆炸荷载作用下,钢筋混凝土T梁桥的损伤状况及动态响应规律,制作了钢筋混凝土T梁桥,预先埋入5个压电智能骨料用以监测桥梁模型的损伤状态,在翼板和腹板粘贴6组应变片,测量在爆炸荷载作用下的模型应变值的变化规律,进行对比分析。结果表明,模型翼板上的相同测点位置的横向应变均大于其纵向应变,腹板上的相同测点位置的纵向应变均大于其横向应变;利用智能骨料的主动监测技术,监测结果显示了模型内部的损伤程度。说明压电智能骨料可以对模型在爆炸荷载作用后的损伤程度提供判定依据;应变结果与损伤结果均显示,钢筋混凝土T梁桥的翼板比腹板更容易产生破坏。