土壤覆层对混凝土中爆炸毁伤破坏的影响

针对混凝土的破坏模式,把连续损伤模型嵌入LS-DYNA有限元软件中,对炸药在土壤-混凝土复合介质中爆炸时波的传播、混凝土的损伤破坏进行了数值模拟研究,得到了土壤-混凝土界面参数的变化规律以及土壤厚度对混凝土损伤破坏的影响规律. 研究结果对于战斗部和防护结构设计以及工程爆破具有一定的参考价值.     

不同材料壳体装药对爆破威力影响分析

针对装药壳体材料对爆破威力影响,对典型复合材料壳体、D6A钢壳体装药在空气中的爆炸破坏效应进行了数值分析及试验研究.研究表明,同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸产生的空气冲击波超压较钢壳体装药大;碳纤维复合壳体装药爆炸不会产生破片对远距离目标造成破坏;而D6A钢壳体装药爆炸产生的破片对远距离目标具有一定的杀伤效应.进行了2种材料壳体装药在空气中爆炸毁伤威力对比试验,试验超压测量结果与数值计算结果相一致.     

外壳预制核心现浇装配式T型节点抗爆性研究

目的研究外壳预制核心现浇装配式结构体系在爆炸环境下的变形及力学性能,分析其在爆炸情况下的可靠性.方法建立了相同配筋率的整体现浇和外壳预制核心现浇T型节点有限元模型,进行相同爆炸荷载下的节点结构数值模拟及损害特征程度分析.结果两种不同施工工艺的T型节点钢筋应力和位移变化基本一致;新型T节点预制外壳提升了对核心混凝土的保护作用,与现浇T节点相比其损坏情况较弱;爆炸冲击波对新型T节点虽也造成了局部破坏,但未出现大面积混凝土碎裂.结论外壳预制核心现浇装配式结构具有良好的整体性和抗爆性.     

空气间隔与耦合装药混凝土爆破对比分析

采用动力有限元软件LS-DYNA分析空气间隔装药与耦合装药结构对混凝土介质的破坏机理,结合混凝土模型对两种装药结构进行了光面爆破试验。结果表明,采用空气间隔装药结构进行爆破后,混凝土表面平整度要优于无空气间隔的情况;空气间隔装药结构能调节炸药能量分布,使孔内爆炸压力沿炮孔轴向的分布更均匀,从而提高炸药爆炸能量的有效利用率。     

混凝土介质中不同药形装药爆炸波传播特性的数值模拟

利用非线性动力分析软件LS-DYNA3D,选用Johnson-Holmguist-Cook模型对集团装药加载下产生的爆炸波在混凝土介质中的传播问题进行了系列数值模拟,揭示了不同的药形在爆炸近区对混凝土的扩孔效应、爆炸载荷传播特性和混凝土损伤演化特性.模拟结果同时显示在爆炸远区,不同药形装药引起的爆炸波与点源爆炸产生的球面波类似.     

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.     

爆炸载荷对水泥试样损伤破坏规律研究

从实验和数值模拟两方面对爆炸载荷对水泥试样的损伤破坏进行了研究.首先,在水中利用爆炸产生的爆炸冲击波对水泥试样进行损伤破坏,模拟"层内爆炸"采油技术中激波使岩石损伤开裂的现象;然后,利用波动力学理论,对激波在实验条件下对水泥试样的损伤破坏进行了数值模拟.结果表明,在冲击载荷作用下,水泥试样的损伤破坏可分为压实破坏、压实损伤、拉伸损伤、拉伸破坏4个区域,在压实损伤区水泥试样也具有较好的渗透性.数值模拟可以用来确定各种裂纹形成的应力条件,并可通过预制剖面上的裂纹分布来预测水泥试样内部裂纹分布的基本规律.     

强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能研究

为研究强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能,针对爆炸驱动结构的辅助装药防护层材料选择设计了一种分层结构,采用数值模拟的方法研究了不同材料组合形式的防护层结构在炸药作用下的爆炸驱动过程,对B炸药和黑火药作为辅助装药两种情况下不同金属防护层材料组合进行了静爆实验. 研究结果表明,隔爆性能最佳的2层45#钢+LY12铝合金形式防护层在B炸药起爆下发生较为明显的破坏,而隔爆性能最弱的3层全部为LY12铝合金的防护层在黑火药引燃作用下仍为完好壳体.      

箱梁合龙段底板崩裂机理及设计

基于非线性有限元数值模拟方法,考虑混凝土非线性力学特性,建立了包含竖向双层波纹管孔道的精细化数值有限元模型,分析了箱梁合龙段底板从开始加载至最终破坏的损伤发展过程.基于精细化数值模型分析结果,讨论了崩裂成因.研究表明,箱梁合龙段底板崩裂成因共有5种:孔肋间混凝土竖向受拉、波纹孔道下方混凝土冲切、孔肋顶部和底部混凝土横向开裂、波纹管与混凝土的剥离以及底板弯曲开裂和梗腋位置剪切开裂.根据5种崩裂成因出现的先后顺序,认为控制底板崩裂破坏形式为波纹管下方混凝土冲切破坏及孔肋间竖向受拉破坏.最后,提出了孔肋间受拉破坏承载能力设计公式和底板抗冲切承载能力设计公式.     

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.      

基于修正空腔膨胀理论的随进弹丸侵彻规律分析

针对串联随进战斗部中弹丸对预开孔靶的侵彻性能,基于经典的空腔膨胀理论解析模型,建立修正的空腔膨胀理论模型,对不同尺寸预开靶孔的弹丸随进性能进行了分析. 研究结果表明,预开孔深对改善弹丸综合侵彻性能有一定的限制,尽可能提高预开孔径是提高随进弹丸侵深、降低过载的有效方法. 所建立的解析模型得到实验的验证.     

基于可变数组管理方法的震塌破坏数值仿真

以弹塑性力学和动力有限元理论为基础,采用动态数组和动态地址管理方法,依据震塌破坏准则,适时判断震塌破坏单元,并相应改变有限元计算区域以及由此产生的自由度、A数组及相关地址的适时改变,对防护结构在爆炸载荷作用下的震塌破坏效应进行了数值仿真研究. 在RSEAP程序的框架基础上,编制了相应的计算程序,并利用该程序对典型的钢筋混凝土板爆炸震塌实验工况进行数值仿真,仿真结果与实验结果的对比表明两者吻合较好.     

道面浅埋爆炸效应数值模拟

道面是由混凝土或沥青、水泥稳定层、粘土组成的多层结构,在弹体侵彻爆炸情况下,其受力过程非常复杂.采用AUTODYN-3D非线性动力学软件,运用Lagrange算法,实现了不同装药量在混凝土、沥青等多层介质靶中不同炸深的爆炸毁伤数值仿真.结果表明,沥青的抗浅埋爆炸效应能力要优于混凝土.不同装药量、不同混凝土强度的计算结果显示了合理的变化规律,表明数值仿真模型建立和计算结果的有效性.     

活性弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验研究

设计并制备了由活性材料内核（PTFE/AL）、高强度钢外壳组成的活性弹丸,基于25 mm口径弹道炮发射平台进行了该弹丸对混凝土靶的毁伤效应实验.实验结果表明：在941~1 679 m/s着速下,活性弹丸撞击混凝土靶后均发生了剧烈爆燃反应.从混凝土成坑效应结果可以看出,活性弹丸毁伤效果比同规格惰性材料内核（PTFE）弹丸有大幅提高.活性弹丸依靠自身动能与强度侵入混凝土靶体,侵入过程中活性材料内核在靶体内部爆炸并释放大量化学能,这种“侵爆耦合效应”是造成混凝土靶高效毁伤的主控机制.     

接触爆炸载荷下波纹钢加固钢筋混凝土板毁伤特征分析

为探究波纹钢加固钢筋混凝土板的毁伤特征,设计了波纹钢加固钢筋混凝土靶板,开展了波纹钢加固钢筋混凝土板的接触爆炸实验,获得了构件典型的毁伤特性,论证了波纹钢加固钢筋混凝土板的抗爆性能.采用有限元软件LS-DYNA对比了等质量的波纹状混凝土板、等质量平板混凝土板、等质量平钢板混凝土板的破坏模式,研究了波纹钢加固钢筋混凝土板的抗接触爆炸性能,获得了波纹钢加固钢筋混凝土板在不同接触爆炸载荷下钢板的跨中位移变化规律,给出了在接触爆炸载荷作用下波纹钢加固钢筋混凝土板的薄弱方向. 基于量纲分析,建立了该波纹钢截面形状下波纹钢加固钢筋混凝土板的跨中位移关于炸药质量的工程经验公式.      

GFRP筋混凝土梁抗爆性能试验研究与数值分析

玻璃纤维增强聚合物(GFRP)筋具有耐腐蚀、抗拉承载力高等优点.它们可作为混凝土防护结构的纵筋而代替钢筋.为了明确GFRP筋混凝土梁(GRCBs)的抗爆性能,对GFRP筋混凝土梁和钢筋混凝土梁(SRCBs)进行了爆炸试验、四点弯曲静力试验及数值模拟分析.结果表明:四点弯曲静力试验中,工况是3kg-0.65m的爆炸荷载作用后相同等效刚度设计的GRCBs承载力是SRCBs的5.5倍.在近距离爆炸作用下(比例爆距小于0.5159mkg^-3),由于GFRP筋处于弹性阶段,破坏形式主要是混凝土出现裂纹、剥落和震塌.通过数值模拟分析,增加纤维增强聚合物(FRP)筋刚度可以降低GRCBs跨中位移,跨中最大位移降低率与EA比的比值为0.1,减少GRCBs的裂纹与损伤,增强GRCBs的抗爆性能.当比例爆距小于0.4095mkg^-3,GFRP筋混凝土梁用C50及以上混凝土能有效减少混凝土震塌与剥落.研究表明,GRCBs比SRCBs具有更高的抗爆性能.     

空中和水下爆炸时钢筋混凝土板动态响应对比分析

 利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立钢筋混凝土板在不同介质中（空中和水下）爆炸的数值模型,在对比分析爆炸冲击波在空中和水下传播特性的基础上,研究了空中和水下爆炸冲击波对钢筋混凝土板动态响应及损伤程度的影响,并对比分析了不同炸药量及起爆距离对钢筋混凝土板在空中和水下爆炸时动态响应的影响规律。研究表明,在近爆区域内,爆炸冲击波在空中和水下的传播特性存在较大的差异：在空中的传播速度较水下快,并且冲击波压力在空中衰减较水下快;但水下爆炸冲击波压力峰值较空中爆炸大很多,对钢筋混凝土板的潜在破坏能力较强。两种介质中爆炸时钢筋混凝土板的破坏形态对比分析,发现无论是迎爆面还是背爆面,同等炸药量及起爆距离下水下爆炸时混凝土板损伤程度均较空中爆炸时大。     

内部爆炸作用下混凝土靶背面临界震塌条件

为研究内部爆炸作用下混凝土靶背面临界震塌条件,采用量纲分析对内部爆炸作用下有限厚混凝土靶背面震塌破坏进行研究,得到了量纲一的临界震塌厚度的工程计算式. 结果表明,当装药密度一定时,随着装药直径或装药长径比的增加,临界震塌厚度也非线性递增,且存在极限临界震塌厚度;研究表明,临界震塌厚度关于装药直径存在第二类自相似.      

高强RC板的抗接触爆试验分析

在接触爆炸荷载作用下,钢筋混凝土板是防护结构中受爆炸荷栽作用的主要受力构件,通过对5个不同配筋率的HHT600高强RC双向板和5个普通RC双向板在接触爆炸荷栽作用下的对比试验,考察了破坏形态,包括爆炸成坑、爆炸震塌和爆炸贯穿等现象,系统分析了这两种板的接触爆炸破坏特征和局部破坏效应。研究结果表明：提高板中的钢筋强度等级和钢筋配筋率,能改善钢筋混凝土板的抗爆性能。对爆炸成坑和结构震塌的主要影响因素得出了初步结论,为结构抗局部破坏设计和防护工程中遮弹层的研制提供了实验依据。     

卯榫接头装配式矩形隧道静力行为及抗爆性分析

设计了一种应用于装配式矩形隧道的卯榫接头，探究了卯榫接头装配式隧道静力行为和内爆作用下的抗爆性能，建立了反映接头非线性力学特征的三维精细化数值模型，利用流固耦合分析实现了TNT爆炸模拟，对比评价了卯榫接头与现浇接头在不同围压荷载作用下的抗压弯承载能力、抗爆性及混凝土损伤特性.结果表明:新型接头抗压弯承载能力略高于现浇接头矩形隧道；在相同当量TNT炸药下，新型接头装配式矩形隧道抗爆能力整体上优于现浇接头矩形隧道；新型接头装配式矩形隧道损伤破坏主要发生在钢柱和顶板-墙结点区域.研究结果为装配式矩形隧道结构设计及防灾减灾提供理论支撑.