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.     

圆支圆板在动爆冲击波作用下的动力响应

为研究装药运行速度对爆炸冲击波毁伤威力的影响,利用Autodyn软件对动爆冲击波作用下装甲钢圆形靶板的变形进行了数值仿真,建立了动爆冲击波作用下圆形靶板中心挠度的理论计算模型,并将仿真结果与理论计算结果进行对比.研究结果表明:装药运行速度极大地提高了沿装药速度方向爆炸冲击波的超压峰值,加快了沿装药速度方向爆炸冲击波的传播速度;建立的理论计算模型能准确计算周围固定圆形靶板在动爆冲击波作用下的中心挠度值,具有普遍适应性.     

固支圆板在动爆冲击波作用下的动力响应

为研究装药运行速度对爆炸冲击波毁伤威力的影响,利用Autodyn软件对动爆冲击波作用下装甲钢圆形靶板的变形进行了数值仿真,建立了动爆冲击波作用下圆形靶板中心挠度的理论计算模型,并将仿真结果与理论计算结果进行对比.研究结果表明:装药运行速度极大地提高了沿装药速度方向爆炸冲击波的超压峰值,加快了沿装药速度方向爆炸冲击波的传播速度;建立的理论计算模型能准确计算周围固定圆形靶板在动爆冲击波作用下的中心挠度值,具有普遍适应性.      

分体串联装药水下爆炸对固支方板的 复合作用及其分析

为了对比分体串联与单级装药水中爆炸对目标结构的作用效能,根据弹塑性动态力学理论分析了串联装药水下爆炸作用下固支方钢板的动态响应,完成了不同装药质量比的水下爆炸冲击作用实验.结果表明,在总装药量相等条件下串联装药水下爆炸对固支方板的作用效果明显优于单级装药的作用,变形挠度最大可提高36%.实验和理论分析结果有较好的一致性.     

近距离爆炸下不同厚度靶板的动态响应分析

运用量纲分析得到影响近距离爆炸下靶板动力响应的独立变量,通过动力有限元分析软件LS-DYNA中流固耦合算法,对一定药量TNT的球形装药的爆炸过程进行数值仿真.利用数值分析的优势,在装药量与作用距离不变的情况下,通过改变金属靶板厚度得到靶板的挠度峰值与厚度、靶板的速度峰值与靶板厚度的倒数均呈线性关系.     

炸药殉爆实验和数值模拟

为解决炸药殉爆实验可以给出炸药殉爆条件,但不能得到炸药爆炸过程细节的问题,进行了固黑铝(GHL)炸药殉爆实验,通过观测残留炸药和见证板变形,判断被发炸药爆炸情况. 并采用非线性有限元计算方法对炸药殉爆实验进行了数值模拟计算. 计算模型中主要考虑了主发炸药爆炸冲击波在空气中的传播及其对被发炸药的冲击起爆. 用欧拉法描述主发炸药及周围空气介质,用拉格朗日法描述被发炸药和见证板. 通过数值模拟计算,分析了炸药殉爆过程中,被发炸药爆轰波的成长历程. 结果表明:被发炸药起爆点位于药柱下端,爆轰波先向下传播,使底部炸药先爆炸,然后转为向上传播起爆整个炸药柱;炸药底端压力不高,远低于炸药C-J爆压,对见证板的破坏作用较小.     

内爆爆距对舱壁变形影响的数值研究

为研究舱内爆炸时爆距的改变对舱壁的毁伤效应,运用有限元分析软件建立了舱室内爆的仿真模型,分析了爆距变化对舱壁的变形影响及舱内冲击波压力的作用情况.结果表明：在爆距比L₁/L₂>1时,远端舱壁的变形挠度总大于近端舱壁.当爆距L₁增大时,远端舱壁的挠度值呈线性增加,挠度增量约为爆距增量的11%,而近端舱壁的挠度变化不明显;舱内爆炸后作用于远端舱壁的冲击波为初始冲击波与来自近端舱壁及四周刚性舱壁的反射冲击波相互作用而形成的叠加波.     

空旷环境下小药量集中药包爆炸冲击波衰减规律

为研究炸药爆炸冲击波在空旷环境下的传播规律,采用NUBOX9100冲击波信号分析仪分别对0.1、0.2和0.3 kg的小药量集中药包进行了现场试验。试验表明:小药量集中药包爆炸冲击波在空旷环境下传播速度随爆心距衰减较快,在爆心距12 m处的冲击波传播速度衰减速率为爆心距2 m处的60%。当爆心距在1～3 m时,冲击波超压峰值的衰减速率约为75.61 kPa/m;爆心距在3～8 m时衰减速率降低到10.12 kPa/m;爆心距大于8 m时,衰减速率趋于平缓,约为0.48 kPa/m。提出了冲击波超压峰值与比例距离之间的修正公式,修正公式尤其对比例距离大于10的情况进行了修正。在比例距离较大时,修正公式比以往的经验公式更适用。运用ANSYS/LS-Dyna软件对炸药在空旷环境下爆炸冲击波超压衰减进行了模拟,结果表明修正公式的误差较小。     

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.      

爆炸载荷下埋地管线动力学分析数值模拟

 埋地管线的设计规范通常仅考虑管内介质、管边地质条件、环境条件、埋设方式和深度,而未考虑在土中爆炸的冲击载荷作用下埋地管线的安全性。本文利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,运用非线性动力学的基本理论和算法,选取适当的材料以及本构关系,对炸药在土中爆炸情形下埋地管线的动力学响应问题进行3维数值模拟。对比分析了不同装药量和爆心距对埋地管线损伤的不同作用,并对正对爆心管线界面上各节点受力进行了分析。结果表明,当炸药在浅土层中爆炸,炸药用量对管线的影响更为突出;同时也得出埋地管线在受到爆炸冲击载荷时,正对爆心截面上受到较大的轴向拉应力作用,且其作用可以看作瞬态受力过程。     

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。     

接触爆炸钢筋混凝土板的震塌效应

为研究震塌对防爆结构的破坏效应,进行了有限厚度钢筋混凝土板接触爆炸分析研究。现场试验归纳出爆炸成坑、爆炸震塌、爆炸贯穿和爆炸冲切形态。采用LS-DYNA程序对板体的变形、破坏动态过程等进行了数值模拟,通过对影响爆炸震塌效应参数的分析,引入了新的震塌破坏系数及破坏等级,提出了新的震塌厚度计算公式。结果表明,数值模拟与现场试验吻合良好;震塌破坏厚度与装药量、板厚及其强度性质等因素有关。     

充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤特性研究

为了得到充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤规律,利用LS/DYNA软件,研究了充压壳体在爆炸冲击波作用下的毁伤模式。首先,利用数值模拟对比验证了柱壳在侧向爆炸载荷作用的三种毁伤模式;然后,考察了在炸药当量不变的情况下,不同壳体内压、不同炸距对壳体中心点位移的影响。结果表明:数值模拟结果与试验结果可以很好地吻合,能够准确反映壳体的毁伤特性;当壳体内压保持不变时,壳体中心点位移随着炸距的增大而减小;并且当炸距大于某一临界距离时,壳体中心点位移存在回弹区。当炸距保持不变时,壳体中心点位移随着内压的增大而减小;并且当壳体内压大于某一临界压力时,壳体中心点位移存在回弹区。研究结果可为毁伤评估及目标防护设计等提供了一定的参考。     

近爆场下固支铝合金圆板的动态响应研究

对2024-T3铝合金圆板在近爆场下进行了爆炸冲击试验,利用Henrych经验公式与有限元法分别进行了计算和数值模拟,对比了近爆场的冲击波超压,考察了铝合金圆板的动态响应特性与变形失效模式,分析了药量及爆距的影响.结果表明:在爆炸冲击载荷的作用下,随着载荷的增强,即随着药量的增大、爆距及比例距离的减小,固支铝合金圆板呈现出3种变形失效模式、塑性变形、中心拉伸破孔失效、中心破孔,并发生圆板开裂;塑性变形首先在铝合金圆板的固支边界处产生,随后迅速扩展到板中心区域;随着比例距离的减小,发生中心拉伸破孔板的破孔尺寸逐渐增大,而发生边界拉伸断裂板的鼓包程度逐渐减小.      

有限厚混凝土靶内部爆炸震塌贯穿研究

设计了8种不同埋深的装药在混凝土靶内部爆炸,通过调整装药量,研究有限厚度混凝土靶背面的临界震塌条件.试验得到了一定装药条件下有限厚混凝土靶的临界震塌厚度和相应的临界装药量.通过量纲分析理论对试验数据进行了归一化处理,并得到了量纲一的临界震塌厚度与装药长径比(量纲一的装药量)之间的关系.分析表明,当装药密度和装药直径一定时,有限厚混凝土靶的临界震塌厚度随着装药量(装药长度)的增加而呈现非线性递增趋势;当装药长径比大于5时,临界震塌厚度的增加趋势明显减慢,一定装药直径下混凝土靶存在极限临界震塌厚度.     

剪力墙结构中钢筋混凝土楼板膜效应试验研究

以剪力墙结构中的连续楼板为研究对象,设计了12个剪力墙约束钢筋混凝土单向板试件,试验研究了侧向约束条件下楼板的承载力.试验结果表明,受压力膜效应影响,当侧向约束刚度与试件自身刚度之比为0.022∶1时,试件的极限承载力较上限方法计算的结果平均提高了38.3%.在试验结果的基础上,对比研究了支座与中间板带的刚度比、支座轴压力、跨高比、配筋率以及侧向约束力等参数对试件受力性能的影响,得到了压力膜效应和拉力膜效应临界点与跨中挠度的对应关系.     

粘钢补强板的弯曲、屈曲与振动

基于 Reissner- Mindlin一阶剪切变形板理论 ,讨论了四边简支粘钢补强混凝土板的弯曲、屈曲和振动问题 .采用 Navier解和 Rayleigh- Ritz法导出弯曲分析中的挠度、弯矩和剪力以及屈曲和振动问题中的屈曲荷载和自振频率 .数值计算结果表明 ,混凝土板补强后挠度明显减小 ,屈曲荷载和自振频率 ,以及补强域内的弯应力显著增大     

钢筋混凝土厚板的变形分析

本文用有限层法研究钢筋混凝土矩形厚板的变形规律.分析计算表明,当钢筋混凝土板的厚度较小时,用层状体系理论和有限层法计算应力、位移,都与薄板理论结果十分接近;当钢筋混凝土板厚度较大时,有限层法的计算结果,较薄板和中厚板理论的结果小,而与层状体系理论的相同.这说明对于弹性地基上的钢筋混凝土厚板,按薄板理论计算是偏于保守的.本文的方法对于弹性地基上钢筋混凝土薄、厚板计算通用,不受层数、层间接触条件、地基模型、荷载类型和位置的限制.