水下爆炸冲击波与气泡脉动联合作用下悬浮隧道位移分析

为了研究悬浮隧道在水下爆炸冲击波和气泡脉动联合作用下的位移响应,将悬浮隧道简化为可活动弹性支座有阻尼锚索连续弹性支撑梁,基于Hamilton原理建立运动微分方程,通过Galerkin法和Runge-Kutta法,运用Mathematica编程对其进行求解;对所建立的冲击波与气泡脉动联合荷载模型和悬浮隧道模型进行了验证,...     

含铝炸药水下爆炸特性研究

对1kg柱形某含铝炸药进行了水下5m的水池爆炸实验,并基于AUTODYN软件模拟了含铝炸药水下爆炸冲击波与气泡脉动规律,研究了非理想爆轰对冲击波与气泡特性的影响.模拟研究表明,Miller能量释放模型能够准确地反映含铝炸药的非理想爆轰过程,可准确模拟出冲击波后期压力值、气泡二次压力以及气泡的周期与半径,计算值与实验值具有较好的一致性.以此为基础研究了装药参数及起爆方式对近场冲击波压力峰值的影响,有限元模型、方法以及计算结果对相关研究和计算具有一定的参考价值.     

水下爆炸气泡脉动的实验及数值模拟

用实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水下爆炸冲击波传播及气泡脉动规律.应用有限元程序MSC.DYTRAN,结合流固耦合技术模拟在重力影响下气泡脉动的全物理过程.计算结果与实验结果进行对比说明,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确.以此为基础,分析和总结了状态方程对水下爆炸气泡运动相关参数的影响.有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值.     

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.     

射孔弹爆炸作用下射孔枪动态响应的数值仿真

射孔作业时射孔管柱的爆炸冲击动力学响应成为油、套管柱系统振动、变形乃至损伤的主要原因. 为研究射孔枪内爆炸冲击波加载规律以及尤其引发的管柱动力学响应规律,建立包含一枚射孔弹的射孔系统有限元模型进行数值计算. 所得数值计算测点应变值与地面试验数据相对误差不超过10%. 进一步分析发现:射孔弹爆炸加载过程中射流冲击作用效果最为显著;射孔弹壳体对爆炸产物的约束作能够有效降低爆炸冲击对枪管的加载(损伤);相邻射孔弹爆炸冲击将会在弹间交汇、叠加,耦合结果与相位、弹间距相关.     

大型光机装置隔振地基的地脉动响应分析方法

大型光机装置隔振地基上的地脉动响应对装置的稳定性有重要影响。为了准确、快速地获得大型光机装置隔振地基的地脉动响应,建立了地脉动响应分析的频域方法。首先采用人工边界层方法模拟无限地基边界的影响,建立了神光装置隔振地基结构的有限元模型,并根据试验结果确定模型中岩土的材料参数及模型基础位置的地脉动载荷输入。再在频域空间基于模态叠加法进行基础随机激励的功率谱密度(power spectral density, PSD)分析,获得装置隔振地基上加速度PSD响应。最后将地基上的加速度响应计算结果与试验结果进行比较,计算PSD曲线与试验结果吻合良好,且均方根计算结果与试验结果的最大差别小于5%。计算与试验结果吻合较好验证了本文方法的正确性,相关方法为类似大型精密电子/光学装置厂房结构的隔振地基地脉动响应计算提供了理论基础。     

有氧化剂(AP)含铝炸药水中爆炸数值模拟

为了实现含有氧化剂AP的含铝炸药(下称PBX—3炸药)的水中爆炸参数的预估,利用Φ50 mm圆筒试验确定了PBX—3炸药爆轰产物JWL状态方程参数;并在此基础上开展了PBX—3炸药水中爆炸数值模拟,计算得到了冲击波峰值压力、比冲击波能和气泡脉动周期,计算结果与试验结果吻合良好。研究结果表明,基于圆筒试验确定的爆轰产物JWL状态方程参数,可以准确计算有氧化剂含铝炸药的水中爆炸参数,对于该类炸药的能量评估有一定参考价值。     

基于新型轴对称无网格方法的水下爆炸冲击波和气泡运动数值模拟

采用无网格光滑粒子流体动力学（smooth particle hydrodynamics,SPH）方法,结合粒子体积自适应技术（volume adaptive scheme, VAS）构建高精度、高效率的新型轴对称SPH模型,实现水下爆炸冲击波和气泡运动模拟。在冲击波传播阶段,通过与经验公式及文献理论值对比,验证了该轴对称SPH模型的精度。针对气泡脉动模拟,选取典型的双气泡耦合问题,分析气泡形态和压力载荷的力学特性,讨论了两气泡之间的距离参数对气泡相互作用过程的影响。结果表明,该新型轴对称SPH模型可实现水下爆炸过程压力载荷和气泡形态演化的精确预报。     

爆炸荷载作用下大坝破坏分析的数值模拟研究进展

对近年来爆炸冲击荷载作用下大坝动力响应和破坏分析所采用的数值模拟方法的研究进展和发展趋势进行综述。重点总结现有计算爆炸力学数值方法进行大坝爆炸动力响应特征和破坏过程分析的研究成果,指出大坝爆炸响应分析是一个涉及炸药爆炸、爆炸冲击波形成和传播、冲击波或爆炸产物与坝体相互作用以及坝体结构动态响应的完整连续过程,同时总结了水库大坝环境中的爆炸荷载分类、特点及其对大坝结构的破坏效应。指出各种爆炸条件下大坝的爆炸模拟需要关注的不同问题,今后需要在目前研究基础上及时吸收计算力学的最新研究成果,发展高精度的数值计算方法和高效率的数值求解体系,实现大坝爆炸动力响应的全过程仿真模拟。     

炸药水中爆炸气泡脉动冲量试验研究

根据炸药水中爆炸气泡脉动的特点,建立了一套测量气泡脉动过程的试验装置。利用硅压阻压力传感器测量压力变化过程,通过得到气泡脉动的压力—时间曲线,计算获得气泡脉动冲量;并采用100 g的Pentolite球形药球对测量结果进行了验证。结果表明,采用该试验装置得到的压力变化曲线的基线平滑稳定,基本无漂移,且试验重复性好,能够满足准确测量炸药水中爆炸气泡脉动冲量的要求。通过该试验研究能够为水中炸药配方设计以及水面舰艇的防护设计提供依据。     

中空夹胶玻璃幕墙爆炸响应的三维数值模拟

针对中空夹胶玻璃幕墙系统爆炸响应问题,考虑玻璃板块间气体层作用及周围支撑部件影响,建立了爆炸冲击波和中空夹胶玻璃幕墙流固耦合的三维精细有限元模型,在高性能计算平台上重现了玻璃幕墙防爆炸原型试验中爆炸冲击波与中空夹胶玻璃幕墙的相互作用过程.研究了爆炸冲击波作用下幕墙的动态响应情况,得到了与试验一致的结果.数值模拟分析为玻璃幕墙结构的抗爆设计与改进提供了参考依据.     

近刚性圆柱水下爆炸气泡动力学特性研究

针对刚性圆柱附近水下爆炸气泡的动力学特性进行了研究. 基于Navier-Stokes方程结合流体体积法捕捉气液两相界面,建立了数值模型;采用电容器放电产生水下爆炸气泡并用高速摄像机记录了气泡的脉动,并将实验结果与数值模拟结果对比验证了数值模型有效性. 通过数值模拟得到了气泡与刚性圆柱相互作用的流场细节信息. 结果表明:气泡在刚性圆柱附近脉动使得刚性圆柱表面流体介质存在速度梯度,速度较大的流体液层冲击气泡形成不同的气泡形状. 定义了一个量纲一的距离参数来表征气泡与刚性圆柱之间的相对距离,研究了距离参数对射流冲击压力、最大射流速度及气泡型心运动的影响. 随着距离参数的增大,射流冲击压力逐渐减小,气泡内部最大射流速度先增大后减小;气泡型心的偏移随距离参数的增加而减小.      

循环泵隔振对回路系统冲击响应的影响

为了深入研究船用设备循环泵的隔振和抗冲击性能,利用有限元方法建立了含循环泵隔振器的回路系统的动力学模型。分别计算了有无隔振情况下循环泵的模态,分析了隔振器参数对隔振性能的影响。发现隔振器刚度越小,隔振效果越好,增加隔振器阻尼能在共振区减小共振峰。循环泵隔振对循环泵和回路系统冲击响应的影响研究表明,循环泵隔振系统具有良好的抗冲击性能,隔振器降低了回路系统的响应加速度。在现有的管道布置下,加入隔振器以后,在垂直冲击载荷作用下回路系统的应力响应增大,但仍能满足美国机械工程师学会(ASME)规范的要求。     

水下爆炸作用下箱形梁整体损伤的参数分析

为了研究水下近距爆炸气泡对梁的中垂和中拱弯曲损伤作用,设计了两种对称结构的全封闭箱形梁模型,利用通用有限元软件Dytran进行数值计算,比较分析了爆炸距离、爆炸位置、舱室大小、附加质量等参数变化对梁整体运动响应的影响特性.结果表明:梁的一阶湿频率与气泡脉动频率相近时,气泡对梁造成的中垂弯曲损伤作用大于中拱弯曲损伤;炸药在梁中部正下方近距爆炸,且爆径比参数大于且接近于1时,气泡对梁的中垂损伤作用最明显;合理的大舱室布置会改变梁结构应力分布状态,降低梁整体损伤的可能性.     

金属桥箔电爆炸冲击波特性研究

为研究金属桥箔电爆炸冲击波流场特征,根据冲击波运动自相似性,采用点爆炸模型描述了金属桥箔电爆炸冲击波的流场演化,建立了金属桥箔电爆炸后冲击波波阵面参数的理论计算方法. 给出了冲击波速度、压力、传播距离和粒子速度随时间的变化规律,将计算得到的冲击波传播距离和速度与实验结果进行了对比分析,计算结果与实验结果相符合.     

敷设声学覆盖层结构在水下爆炸作用下的流固耦合分析

为解决水下冲击波作用下带声学覆盖层结构的动响应问题,提出了敷设声学覆盖层结构遇水下非接触爆炸冲击波的流固耦合分析方法.冲击早期高频作用段采用声学波动理论,以冲击波在水、覆盖层、钢板中的传播过程为研究对象,利用冲量等效修正冲击早期Taylor板模型反射系数;冲击波早期高频段过后,覆盖层的影响主要体现在其质量效应上,将覆盖层质量加载在其对应的结构有限元结点上,并结合二阶DAA,给出流固耦合计算方法,分析结构动响应,该方法大大缩减了有限元计算规模.最后实施了敷设去耦瓦加筋圆柱壳水下爆炸试验,其加速度峰值与试验偏差在20%以内,速度峰值偏差在10%以内,应变峰值偏差在15%以内,充分验证了计算方法.     

钕铁硼强磁性材料的冲击加载实验和数值模拟研究

为了研究钕铁硼(Nd2Fe14B)强磁体在冲击加载作用下的动态力学性能,建立了炸药爆炸平面波冲击加载实验装置,进行了冲击加载实验.采用锰铜压阻测压技术测量了磁体中冲击波压力,获得了不同强度冲击波加载作用下磁体中冲击波压力.建立了Nd2Fe14B磁体冲击加载实验的计算模型,对炸药爆炸冲击加载磁体过程进行了数值模拟计算,计算结果与实验结果相吻合.分析了Nd2Fe14B磁体中冲击波传播规律,给出了Nd2Fe14B磁体中冲击波压力按指数规律衰减的计算公式.     

水下爆炸冲击波压力时程的数值模拟

运用LS-DYNA程序对水下爆炸冲击波进行了数值模拟研究.首先模拟了半无限水域下的爆炸冲击波的形成以及气泡运动规律,分析了爆炸波的压力时程曲线.在此基础上,进一步讨论了水下爆炸冲击波与水中结构相互作用的问题,该分析结果可为类似水下爆炸工程实践提供参考.     

水下爆炸的一些声学特性分析

为了验证水下爆炸所产生的声信号能否作为一种干扰源并用于鱼雷的水声干扰对抗,进行了高能炸药装药的水下爆炸试验及其测试.根据测试数据曲线分析了冲击波的传播和衰减、气泡脉动、持续时间、声压级以及功率谱.结果表明,水下爆炸作为一种强水声干扰源,可在反鱼雷干扰对抗中发挥重要作用.     

炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法

为了分析炸药地面接触爆炸下空气冲击波引起的感生地冲击,利用数值模拟结果以及试验数据,对根据一维平面波理论和特征线解法得到的空气冲击波为突加三角形荷载的感生地冲击的理论计算公式进行修正,提出了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的实用计算方法,分析了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播规律以及本文建立的实用计算公式的特点。与试验数据以及数值模拟结果对比表明,提出的计算方法基本反映了炸药地面接触爆炸下土中感生地冲击的传播特性。