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.      

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.     

金属铝粉对水下爆炸威力的影响

针对水下爆炸的爆炸威力,论述了铝粉在水下爆炸中对炸药爆炸冲击波压力及能量的影响。铝粉的增加可提高炸药的爆热,适当比例铝粉的加入,可使炸药获得最大的冲击波能及机械气泡能,进而提高炸药水下爆炸威力。     

弹片与爆炸冲击波耦合作用分析

弹片和冲击波是武器战斗部毁伤效应的两个重要方面,两者具有一定的相关性.通过研究弹片与爆炸冲击波的耦合作用,分析并推导了弹片在空气中的运动规律和运动方程,以及弹壳对武器爆炸冲击波的影响.通过实例分析,验证了建立的模型和计算方法的合理性和正确性.弹片的最大速度和壳体厚度对爆炸冲击波能量的影响因子随着弹壳厚度的增加而降低.弹壳增厚会导致在爆轰气体与弹壳相互作用的阶段,有更多的能量损耗于壳体膨胀和破碎过程,从而使爆炸冲击波的能量减弱.在实际计算中,必须考虑弹壳的存在以及壳体厚度对爆炸冲击波能量的影响作用.     

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.     

近距水爆冲击波对船体梁总体毁伤的“刀锋效应”

针对船体梁在船舯底部受到近距水下爆炸冲击波作用下的中拱毁伤现象进行了研究.首先分析了水中装药在船舯底部近距爆炸时对船体梁的冲击载荷时空场.在船体梁运动模式分析的基础上,建立了不同冲击载荷时空场区域下的运动微分方程并进行求解.将计算结果与船体梁模型水下爆炸试验结果对比验证了理论方法的有效性.在分析船体梁运动规律的基础上,揭示了其毁伤机理,并提出了近距水爆冲击波作用下导致船体梁总体毁伤的"刀锋效应"概念.     

球形装药水下爆炸初始冲击波能量计算

文中运用流体动力学理论,水中冲击波理论,对某些工业炸药和单质炸药水下爆炸后爆炸气体产物与水交界面初始冲击波参数及初始冲击波能量进行了计算.计算结果可为炸药水下爆炸总能量提供依据.     

壁厚对泡沫铝填充钢管的抗爆性能数值模拟研究

为了研究壁厚对钢管泡沫铝填充结构在水中抗爆炸冲击性能,利用ANSYS/LS-DYNA对不同壁厚的钢管泡沫铝填充结构进行了数值模拟,比较了不同厚度情况下的数值模拟结果.结果表明,通过和经验公式计算结果对比,水下爆炸冲击波压力值和经验公式计算值二者接近,随着钢管壁厚的增加,钢管在水下爆炸冲击波作用下的挠度变形明显减小,钢管抗变形能力提高,泡沫铝中的压力和动能不断减小,在同一爆炸冲击波强度作用下,钢管壁厚和填充的泡沫铝之间存在一个合理的设计值,使钢管和泡沫铝的抗爆炸冲击性能都得到最大的利用.     

水下连续爆炸声学特性分析

为了分析水下连续爆炸的水声学特性,采用具有统一时间间隔的多个爆炸单元进行水下连续爆炸试验及测量。根据测试获得的声信号数据,分析了水下连续爆炸冲击波的衰减及传播特性,研究了声信号的声持续时间、声压级和声能量。研究表明,水下连续爆炸会产生很强的声功率,声持续时间为连续爆炸单元的爆炸时间间隔之和。声信号的频率范围宽,其能量主要集中分布在频率24 k Hz以下,在低频段能量更大。说明水下连续爆炸作为功率高、频带宽、声持续时间长的水声声源,在水声干扰方面具有重要作用。     

水下爆炸作用下船体梁整体运动简化理论模型

针对水下爆炸作用下舰船整体运动响应的理论预报问题,将船体结构简化为等截面直梁,以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象,将爆炸载荷压力曲线划分为五个典型阶段.结合平板边界条件下的冲击波和气泡载荷压力分布函数,建立了冲击波和气泡联合作用下船体梁整体运动响应的简化理论计算模型,并利用船体梁模型试验对该方法进行了验证.结果表明:所建立的水下爆炸作用下船体梁整体运动响应理论模型具有一定的合理性,能够反映船体梁整体运动过程及响应幅值.     

圆形效应靶薄板的冲击响应建模及参数影响分析

为了对压力测量效应靶变形与压力转换的影响因素进行研究,以圆形效应靶薄板为研究对象,在理想刚塑性理论的基础上,建立了冲击波压力作用下固支圆薄板的冲击响应模型,得到了薄板塑性变形与冲击波压力峰值、正压作用时间的映射关系。然后设计了外场爆炸冲击波测试试验,对冲击响应模型进行了验证;在此基础上,提出了薄板塑性变形与压力幅值转换的影响因子模型,讨论了不同参数对压力转换的影响。结果表明:建立的响应模型能够描述薄板在冲击波作用下的塑性变形,效应靶变形与压力的转换关系与冲击波正压作用时间和薄板直径有关,当正压作用时间大于10倍谐振周期时,变形与压力转换和正压作用时间无关;而在一定的正压作用时间范围内,影响因子随着薄板直径的减小而趋于稳定,减小直径可以提高效应靶的应用范围。可见,研究结果为压力效应靶的应用及结构设计提供了理论基础。     

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.      

一种舰艇水下爆炸冲击响应的简化分析方法

针对舰船设计初期缺少水下爆炸冲击响应预估方法的问题,提出了一种将DDAM方法和Taylor平板理论相结合的舰艇水下爆炸冲击响应理论模型。该理论模型根据Taylor平板理论将船底简化为自由平板,根据DDAM方法将船体结构各层甲板简化为质量-弹簧系统以模拟各层甲板对底舱的反作用。计算得到了船体结构各层甲板冲击响应,并与缩比模型试验数据进行了对比验证。结果表明这种简化分析方法能够较好模拟舰艇舱段各层甲板在水下爆炸的冲击响应,可为舰艇设计初期的冲击环境预估提供借鉴。     

一种含氮高铬冷轧辊用钢的热变形行为研究

对一种8%Cr冷轧辊用钢在950～1200℃以0.1～10s^-1的变形速率进行热压缩变形,通过流变曲线分析、动力学分析及热加工图技术等方法表征其热变形时的力学行为,并对变形后的显微组织进行观察。结果表明:Cr8N钢的加工硬化率和流变应力随着变形温度的升高和应变速率的降低而降低,功率耗散百分数随着Z参数的增大而降低;上述变形条件下Cr8N钢的热变形激活能为542kJ/mol,加工硬化指数为5.25;获得了该钢的热变形方程以及Z参数和峰值应力间的关系。     

水下爆破对水生物的损伤机理及防护技术研究综述

为加强对水下爆破对水生物损伤的相关认识，指导水下爆破技术发展，查阅了大量文献，总结了前人对水下爆破对生物的损伤机理相关研究，从水下爆炸能量释放及传播规律、水下爆炸损伤机理与效应评估、水下爆炸防护措施等方面详细介绍了相关技术研究进展。结果表明：水下爆炸产生的能量主要以冲击波能和气泡能的形式释放，最后衰减为声波能，但各能量的产生、传递和转化机制尚不清晰。爆破产生的冲击波、声波冲均会对鱼类的肝、脾、肾等内部器官造成不同程度的伤害，甚至破坏鱼类的听力和神经系统，但爆破的水生物损伤模型主要以鱼鳔损伤为基础，作用于鱼体不同易损器官的损伤模型尚未建立，损伤模型对鱼群种类、体型大小的评价不足；水下爆破还会对水环境造成扰动，影响鱼的呼吸、摄食、孵化率和成活率，但爆破引起的水环境的变化长期生物效应研究是一个重点方向。水下爆破对生物多样性的影响也颇具研究意义。目前水生物的主动防护措施主要集中在装药结构起爆方式的改进以及对水生物的驱赶，被动防护手段包括气泡和高分子帷幕、预裂缝和减振沟槽等。可研发新型炸药或者非爆手段替代主动减小冲击波。基于声学的驱鱼方式是一种重要手段，但结合水下视觉系统，实现可视化和可评价的“清场”。被动防护措施主要集中在气泡帷幕防护技术，其他手段缺乏相关的试验和理论研究。主被动联合防护可达到较好的防护效果，但两者的协同机制研究是研究的重要方向。     

水下爆炸载荷作用下气背固支方板的动态响应分析

分析了炸药水中爆炸冲击载荷作用下气背固支钢方板的动态响应过程. 通过对不同装药量和炸距下的水下爆炸冲击作用试验,使用更准确的水介质冲击载荷模型,采用改进的强化系数方形屈服线假设和刚线性硬化材料屈服模型,对固支气背薄钢方板的2种运动形态的动态响应过程进行了理论分析,得到了板的动态响应解析解并进行了典型情况下的计算. 结果表明,实验和理论计算结果有较好的一致性,验证了理论假设与分析的合理性.     

反舰导弹战斗部动能穿甲花瓣型破坏模型

为预测半穿甲反舰导弹战斗部穿透船体防护结构外板进入内部爆炸的位置,以进一步对防护结构进行优化设计.根据尖头反舰导弹战斗部动能穿透薄靶板过程的特点,提出了一种简单有效的薄板花瓣型破坏模型,并根据能量守恒原理推导了靶板吸能、弹道极限以及弹体剩余速度公式.由于考虑了靶板材料应变率效应,使得计算结果比现有的花瓣穿甲公式更合理,与实验数据更吻合.     

关于杆件组合变形的应变能

在线弹性、小变形等基本假设条件下，由于杆件应变能与外作用力不成线性关系，所以杆件组合变形的应变能能否表示为各相应基本变形的应变能之和是个值得讨论的问题。本文从双向弯曲、拉弯、扭弯等组合变形方面详细推导了应变能公式，得出组合应变能为各基本应变能之和。