爆炸成型弹丸垂直穿透钢板靶后破片飞散特性

为了能够利用爆炸成型弹丸打击目标前的初始条件对目标内部的破片分布进行量化预测,从而可以对目标打击策略进行优化升级,采用了经过实验数据验证的数值仿真方法,对某爆炸成型弹丸垂直穿透钢板所形成的靶后破片进行了研究,分析了靶后破片的数量与所处飞散角度的关系,建立了上述关系与着靶速度（1700～1900 m/s）、靶板厚度（30 ~ 70 mm）、破片来源（爆炸成型弹丸或靶板）的联系. 结果表明:可以通过初始条件可靠地量化预测破片分布,并且靶板及爆炸成型弹丸产生的靶后破片相对累计数量随飞散角的增加而呈Weibull累积分布函数式增加.      

线性聚焦式杀伤战斗部设计及破片飞散特性

为进一步提升杀伤战斗部破片聚焦效应，开展了线性聚焦式杀伤战斗部设计及破片飞散特性研究. 基于破片线性聚焦原理，研究了破片排布方法. 引入装药长度修正系数，建立了等冲量装药曲线理论模型，掌握了线性聚焦式杀伤战斗部破片驱动及速度分布特征，揭示了战斗部装药长度及其修正系数对破片平均飞散速度、速度分布幅值、速度分布标准差等飞散特性参数影响规律. 结果表明，装药长度一定时，随修正系数增加，破片平均速度增大，速度分布幅值、标准偏差均降低，修正系数一定时，随装药长度增加，破片平均速度、速度分布幅值和标准偏差均增加. 研究结果可为聚焦杀伤战斗部设计提供新的技术途径.      

爆炸荷载作用下建筑玻璃的破碎分析

采用传统的基于侵蚀算法的单元删除法模拟玻璃裂纹的生成时,由于单元删除造成的质量损失及能量不守恒,体系的控制方程不再成立,导致数值模拟结果准确性不高.为此,基于有限元显式动力分析软件LS-DYNA,提出了模拟爆炸荷载作用下玻璃裂纹产生的节点分离法,可避免单元的删除,保证体系的控制方程成立.分别采用节点分离法与单元删除法对某现场爆炸试验中玻璃板的破碎进行数值模拟,对比模拟结果发现,节点分离法得到的碎片最大抛射速度、最远抛射距离以及玻璃破碎形态与试验吻合得更好,从而验证了节点分离法的准确性.此外,采用统计学方法对两种方法下数值模拟结果的玻璃碎片尺寸分布、抛射速度分布以及抛射距离分布进行了详细统计.结果表明:两种方法下,随着爆炸比例距离的减小,生成的小碎片越多,抛射速度越大,抛射距离越远;节点分离法在模拟玻璃小尺寸碎片方面更具优越性.     

数值计算在高能內爆碎片冲击损伤中的应用

数值计算分析是一种研究高速碎片特性的有效方法.利用硼硅酸玻璃作为基材,在真空环境下接受高速碎片冲击,模拟爆轰试验场景,根据硼硅酸玻璃表面的损伤形貌,通过数值计算得到高速碎片的质量与速度分布情况.研究表明,高能內爆产生的碎片质量为10-7～10-3 mg,速度为5.2×103～10.0×103 m/s.计算结果可为高能內...     

杀伤战斗部破片飞散特性的数值模拟

应用LS-DYNA3D程序,采用Euler流体和Lagrange刚体耦合、离散化破片建模技术对全预制破片杀伤战斗部的爆轰驱动过程进行了三维数值模拟。在全局坐标系下,对所有破片的飞散速度和飞散角度进行了编程计算。在破片加速飞行阶段的不同时间点,分别对不同飞散速度区间和不同飞散角度区间的破片数进行了统计。得出了破片飞散速度区间和速度标准差随时间减小,破片飞散角度区间和飞散角度标准差随时间增大的结论。表明,破片飞散速度呈现均匀化,而飞散角度呈现离散化的特点。经分析计算得出,装药内能转化为破片动能的转化率为33.34%,与公开文献数据吻合较好。该结论可作为杀伤战斗部威力评估研究的参考依据。     

方柱微结构芯片射流冲击流动沸腾换热实验研究

对喷射条件下的电子芯片在FC-72中的流动沸腾换热进行了研究,并和同工况下的光滑芯片作了对比.实验选取的工况如下:过冷度为25、35℃;横流速度Vc为0.5、1、1.5m/s;喷射速度Vj为0、1、2m/s.实验采用的硅片尺寸为10mm×10mm×0.5mm,通过干腐蚀技术在其表面加工出30μm×120μm、50μm×120μm的方柱微结构.实验表明,所有芯片的换热性能都随过冷度和流速的增加而提高,方柱微结构能明显地强化芯片换热,而射流冲击进一步提高了芯片在高热流密度下的换热性能.同一横流速度下,喷射速度越大,换热性能越好,尤其是Vc=0.5m/s、Vj=2m/s时,强化效果最显著.随着横流速度的增加,射流冲击的强化效果减弱,临界热流密度值增幅减小.     

钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型

为研究钨球对低碳钢板高速侵彻成坑直径的分析方法.采用12.7mm弹道枪和57.5mm/14.5mm二级轻气炮加载方式,进行了Φ6mm和Φ7mm钨球以600~2400m/s撞击速度侵彻不同厚度Q235A钢板实验,根据实验现象分析了弹-靶作用过程,对不同侵彻速度下钢板上侵彻孔边缘进行了扫描电镜(SEM)观察.研究结果表明,撞击速度在1000m/s时,靶体破坏以动态断裂为主,当撞击速度达到1500m/s以上时靶体破坏以塑性流动为主;据此,同时考虑钨球塑性变形、靶体动态屈服和塑性流动,建立了钨球高速侵彻低碳钢板成坑直径的计算模型,模型计算结果与实验偏差在12%以内.      

心形装药结构的破片飞散特征与能量增益研究

为研究心形装药结构的破片飞散特征与能量增益效应,基于LS-DYNA对典型心形装药结构与同质量和尺寸的轴对称装药结构的破片驱动飞散、能量分布和对靶板侵彻作用效应进行了数值模拟,结果表明心形装药结构在径向飞散角-30°~30°内的破片比例为94.3%,而轴对称装药结构仅为16%.心形装药结构的破片速度在2097~349 m/s之间分布,平均速度虽明显低于轴对称装药结构,但在径向飞散角-5°~5°之间的破片总动能约是轴对称装药结构的4倍,能够明显提高定向方向范围内的破片分布密度和动能,增强对目标的侵彻作用效应.     

高速碰撞下二次破片光滑粒子流体力学法数值模拟

采用AUTODYN-2D无网格光滑粒子流体力学方法(SPH)数值技术,对遭遇速度为1.5～2.5 km/s下圆柱钨弹丸垂直碰撞装甲靶板产生的二次破片云分布特征进行了数值模拟,获得了不同碰撞速度下靶板穿孔直径及破片云前端运动速度、侧向膨胀速度和最大飞散角等分布特征.在此基础上,建立了二次破片云质量及空间分布预测模型.结果表明,数值模拟和模型预测均与实验结果相吻合.     

退火及化学钢化硅酸盐玻璃的动态弯曲力学行为研究

利用电子万能试验机和改进的分离式Hopkinson压杆装置分别对退火硅酸盐玻璃及化学钢化硅酸盐玻璃试样进行了加载速率为1.67×10-6 m/s和2.5 m/s的三点弯曲实验,动态加载实验中验证了杆端的加载载荷平衡,确保实验结果的有效性,同时实验过程中利用高速摄像机记录了玻璃试样的动态破坏过程.实验结果表明:由于表面钢化层预压应力的存在,化学钢化玻璃弯曲强度较退火玻璃有较大提高,且强度分散性降低.随着加载速率的提高,玻璃试样的弯曲强度有明显提高,强度分散性有所下降,动态加载条件下试样表现出多裂纹成核扩展的破坏模式.      

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.      

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。     

通风环境中不同油水比例柴油池火的燃烧特性

在不同风速和油水比例条件下进行柴油池火实验,通过对火场温度、辐射热通量、燃料质量损失速率的测定和喷溅现象的观察,分析通风环境和油水比例对柴油池火燃烧特性的影响.结果表明,自然通风条件下,油水体积比1∶1的柴油池火在旺盛阶段一直处于沸溢的状态,并伴随连续性喷溅,火焰温度及辐射热通量均达到了最大值;随油水体积比的减小,火焰温度和辐射热通量降低,喷溅频率和剧烈程度降低.当风速增加至1.0 m/s时,通风对柴油池火的促进作用占主导地位,池火旺盛阶段持续时间增长;风速增加到1.5 m/s时,柴油池火旺盛阶段持续时间缩短,通风对池火的负面影响占据了主导地位.     

基于高速摄影的台阶爆破坡面鼓包运动规律研究

为了研究高台阶抛掷爆破台阶坡面速度场分布规律以及实现对最大抛掷速度和最远抛距的预测,以相似理论为基础,基于台阶模型试验相似准则,在试验场按相似材料配比浇筑了5个以黑岱沟露天煤矿为原型的相似材料台阶模型,并进行了单排孔台阶模型爆破试验.基于高速摄影观测结果,得出台阶坡面鼓包中心运动速度呈现出加速-匀速-二次加速-减速"的特征,并基于相似理论预测出高台阶抛掷爆破中抛体的最远抛距为108.11 m,最大抛掷速度为24.01 m/s.     

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.     

典型玻璃材料冲击力学性能研究

运用分离式霍普金森压杆技术,研究浮法玻璃和钢化玻璃在冲击条件下的σ-ε关系.通过对两种玻璃进行低速冲击实验表明:浮法玻璃的冲击力学性能与传统陶瓷材料基本一致,而钢化玻璃除表现出传统脆性材料的弹性性能外,还进一步表现出金属材料的塑性屈服特性;在冲击破碎形态上,钢化玻璃和浮法玻璃差别显著,钢化玻璃呈颗粒状,而浮法玻璃呈细粉状.由此可见,经淬冷处理后,钢化玻璃的冲击力学性能比浮法玻璃有显著提高.     

活性破片引爆屏蔽装药机理研究

采用弹道实验对活性破片引爆屏蔽装药作用行为进行研究,且与同质量钨合金破片引爆能力进行对比,并基于AUTODYN-2D平台对破片冲击起爆屏蔽装药行为展开数值模拟研究,通过数值模拟与实验结果的对比得到活性破片引爆屏蔽装药机理.结果表明,10g活性破片在1 287m/s以上碰撞速度下,能可靠引爆设有10mm厚LY12硬铝或6mm厚A3钢面板的注装B炸药,而同质量钨合金破片在1 527m/s碰撞速度下,只能造成屏蔽装药碎裂而不能将其引爆.活性破片撞击金属面板后,自身在装药内部发生的剧烈化学反应是其引爆装药的主控机制,这显著降低了破片引爆屏蔽装药所需的动能.     

雨强和坡度对嵌套砾石工程边坡侵蚀特征的影响

为探究不同雨强和坡度对西南高山-亚高山地区急陡、高砾石含量工程边坡土壤侵蚀的影响.采用室内模拟降雨及人工配置土壤等方法,在5种雨强(25,40,45,65,85 mm/h), 5种坡度(35°,40°,45°,50°,60°)条件下进行模拟实验.研究结果表明:工程坡面产流率随着雨强的增加呈对数增加.不同雨强下坡面平均产流率变化过程随着坡度的变化差异性具有统计学意义.随着雨强的增加,同一坡面工程边坡侵蚀率明显增多.当雨强为40 mm/h时,工程坡面侵蚀率随坡度变化较小(0.015 g/s);当雨强为65 mm/h时,同一坡面的侵蚀率随着坡度的增加而减少.工程坡面溅蚀率整体呈现出迅速增长至峰值后缓慢下降的趋势.同一边坡随着雨强的增加,坡面击溅侵蚀率在产流前和产流时都有明显的增加,不同粒径土壤增速具有明显差异,同一坡面随着坡度的增加,坡面泥沙溅蚀率存在临界值(40°～45°).降雨强度与土壤侵蚀相关性有统计学意义,不同雨强下坡度与径流过程和侵蚀过程的相关性具有明显差异性.结论:工程边坡中砾石具有增加下渗率和抗侵蚀作用,工程坡面土壤侵蚀率随降雨历时逐渐下降;坡度的增加在增大坡面流速的同时会降低坡面实际承雨面积,工程坡面土壤侵蚀率随坡度的增加呈非线性关系.     

测量爆炸冲击过程多普勒信号拾取技术

采用优化后的外差式纵向激光多普勒进行了光路测量,利用短时傅里叶变换最大主值频率法和小波变换模极大值法分析处理多普勒信号,有效地抑制了爆炸信号的噪声.系统测量距离4.5 m,测量速度范围-10 m/s~20 m/s,相对误差小于100/.试验证明,该方法能有效地拾取反映爆炸过程动态特性的多普勒信号,实现对爆炸容器高速动态形变参数的精确测量.     

近距离爆炸荷载作用下砌体墙动态响应及破坏过程的数值模拟

为了探索砌体墙在近距离爆炸荷载作用下的破坏规律及碎块抛射规律,通过AUTODYN建立数值模型,得到在近距离手提箱包炸弹爆炸荷载作用下砌体墙的荷载分布规律及碎块抛射速度规律.结果表明:12墙、24墙、加固24墙在爆炸荷载作用下破坏规律是相似的.24墙及加固24墙相对12墙碎片抛射速度有较明显的降低.加固24墙由于聚氨酯加固膜的兜裹作用,最终会明显减小碎块的出墙面位移和速度.此外砌体墙各测点抛射速度与比例距离的关系曲线与超压峰值与比例距离关系比较相似.