长持时爆炸冲击波作用下钢梁动力响应分析

大规模爆炸时引起的长持时平面爆炸波会造成结构的整体破坏,这与接触爆炸或近场爆炸的破坏模式有显著差异,但相关研究不多。为研究长持时冲击波作用下钢梁的动力响应,首先基于耦合欧拉-拉格朗日方法建立了大型数值激波管模型,然后采用该数值激波管得到作用在钢梁上的反射超压时程,最后通过显示动力学方法研究了冲击波入射方向、持时、超压等参数对钢梁破坏模式的影响规律。结果表明：本文提出的数值激波管模型能较好的模拟长持时爆炸波的绕射现象,可得到可靠的反射超压和冲量时程;随着冲击波入射角度的增加,简支钢梁跨中位移增大;冲击波超压峰值相同时,随着持时的增加,简支梁跨中的最大位移有增大的趋势,而最大位移的增长速率则会变缓;简支钢梁在长持时爆炸冲击波作用下容易发射受弯破坏,而梁跨中翼缘板会出现局部屈曲现象。     

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.     

不同形状装药爆炸冲击波场及对靶板作用效应的数值模拟

利用非线性动力学软件AUTODYN对球形及不同长径比圆柱形装药冲击波场及其传播过程进行数值模拟,探讨了长径比对圆柱形装药冲击波场的超压区分布影响规律,给出了柱形装药可与球形装药等效的临界距离计算公式;通过对不同形状装药对四边固定方形靶板冲击过程的数值计算,得到靶板中心点的挠度值,结果与试验吻合较好,本文结果可为柱形装药与球形装药等效计算、目标在不同形状装药爆炸冲击波作用下的动态响应问题及装药优化设计提供参考.      

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.      

建筑物外部爆炸超压荷载的数值模拟

在对易于遭受爆炸危害的建筑物进行抗爆设计与加固时,首先需要确定作用在建筑物上的爆炸超压荷载模型.但是由于受到建筑物自身特征及周围环境等多种因素的影响,作用在建筑物上的爆炸超压荷载十分复杂.为了掌握作用在建筑物上的爆炸超压荷载的特性,应用非线性显式动力分析软件建立了建筑物外部爆炸超压荷载的数值分析模型,分析了网格划分尺寸的大小对爆炸超压荷载计算结果的影响,模拟了建筑物外部的刚性地面上发生爆炸的过程,研究了爆炸冲击波在建筑外部空间中的传播与衰减规律,以及作用在建筑物外表面的爆炸超压荷载的特性.模拟了邻近建筑物对爆炸冲击波的反射和阻挡作用,同时研究了邻近建筑物的几何尺寸和位置等因素对作用在目标建筑物上的爆炸超压荷载的影响,从而为在建筑物的抗爆设计与加固中确定合理的爆炸超压荷载模型提供了理论依据.     

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。     

10 mm厚无夹层钢化玻璃冲击波毁伤效应实验研究

为了获得10 mm厚无夹层钢化玻璃的冲击波超压毁伤阈值和冲量毁伤阈值,通过开展冲击波对钢化玻璃毁伤效应的外场化爆实验,研究了爆炸冲击波作用时不同安装方式下10 mm厚无夹层钢化玻璃的动态响应过程和毁伤破坏现象。结果表明:不同安装方式下相同钢化玻璃的冲击波超压毁伤阈值和冲量毁伤阈值差别非常大;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。可见,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,为了获取准确的钢化玻璃冲击波毁伤阈值,实验时应采用最合理的安装方式。     

战斗部侧弦攻击舰船内爆毁伤能力评估

建立了舰船内爆毁伤的静爆试验方法,并基于该方法建立了数值模型。通过实验分析与数值模拟,获取了战斗部内爆产生的冲击波超压和破片毁伤参数,分析了冲击波超压对主、临舱室人员的毁伤情况及破片的主要毁伤范围,为战斗部对相同舰船目标的毁伤威力及毁伤评估提供参考依据。     

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.      

单点测量密闭容器内冲击波超压的局限性研究

测量了TNT、IH18、WD40三种炸药在密闭容器内爆炸的壁面反射冲击波超压,得出冲击波超压-时间曲线图,比较了三种炸药在同一半径处冲击波超压的差异,分析了造成差异的原因。结果表明,炸药爆炸时向外抛撒的固相物质对近场传感器的冲击作用会影响超压测量结果。采用单点测量数据描述近场冲击波超压存在局限性,近场试验时应多点测量,统计描述。     

ALE方法分析爆炸载荷作用下圆板动力反直观行为

运用ANSYS/LS-DYNA软件对TNT炸药爆炸后,空气冲击波作用下弹塑性圆板的动力反直观行为进行了数值模拟. 采用任意拉格朗日-欧拉算法(ALE算法),将炸药、空气和板进行有限元离散,在考虑材料屈服极限及应变率效应对动力反直观行为影响的情况下,分别取全模型和1/4模型进行比较. 结果表明,用ALE流-固耦合方法研究爆炸载荷作用下结构反直观行为是行之有效的;材料性能、板厚度对动力反直观行为有较大影响,只有材料的屈服极限较低且厚度较薄的板,容易发生反直观行为;同时,在数值分析时需要考虑应变率的效应.     

基于拉-压损伤模型的爆破漏斗动力响应分析

以爆破漏斗试验为对象,建立基于H-J-C(JOHNSON_HOLMQUIST_CONCRETE)损伤模型并考虑岩体拉伸损伤的拉-压动力损伤本构模型,运用LS-DYNA软件,在构建动力有限元模型的基础上,研究爆破漏斗的形成过程,分析岩体的动力损伤特征,并与实测数据进行对比。研究结果显示:该模型的计算结果与理论和试验的结果相符,拉-压损伤动力模型可较好地反映岩体的动力损伤特征;通过与实测结果的对比分析揭示爆破漏斗形成机理和岩体的破坏形式;自定义的岩体拉-压损伤模型具有一定的工程应用价值。     

钢结构箱体内爆作用下毁伤破坏试验研究

为研究钢结构箱体在内爆作用下毁伤破坏效应,对TNT在钢结构箱体内部爆炸进行试验研究.试验中采用常用4舱室结构为研究对象,通过改变装药量研究钢结构箱体的毁伤破坏,得到了不同装药量情况下箱体结构的破坏毁伤程度及破坏特征.研究结果表明:钢板箱体在结构内爆炸荷载作用下,随着装药量的增加,毁伤程度逐渐增加,完全密闭舱室的顶盖钢板由轻微隆起逐渐增加为加筋端部出现裂口,破坏模式由起爆舱室内内侧隔板及顶盖钢板轻微变形逐渐增加为明显变形及自由通道一侧隆起加剧,直至顶盖加筋处出现裂口及内侧隔板顶部断裂破坏.      

爆炸冲击波作用下机翼等效靶毁伤效应实验研究

为研究飞机机翼在爆炸冲击波作用下的毁伤效应,采用结构等效和强度等效原理对典型飞机机翼关键部件进行了等效,设计机翼关键部件等效靶.采用TNT药柱爆炸方式产生爆炸冲击波对等效靶进行动态加载,分别获得了以LY12及碳纤维复合板作为蒙皮的等效靶在冲击波载荷作用下的响应过程、失效模式以及冲击波超压与等效靶最终变形量的相互关系.     

基于LBE方法的驾驶室防护仿真

利用LS-DYNA动力有限元软件,分别用ALE(arbitary Lagrangian Eulerian)方法和LBE(load blast enhanced)方法模拟5种不同装药量下四边约束靶板的动态响应,并与试验进行对比验证LBE方法的正确性及优越性.基于LBE方法对某型车辆驾驶室在3种不同装药量产生的爆炸冲击波作用下的动态响应进行仿真模拟,得到驾驶室应力和节点位移云图,并与试验结果进行对比.结果表明采用LBE方法对驾驶室进行仿真所得结果与试验结果吻合较好,可应用于爆炸冲击波对车辆驾驶室的损伤仿真研究.      

活性射流侵爆耦合毁伤效应分析

为分析活性射流侵爆耦合毁伤效应,采用实验与理论相结合的方法对活性射流侵彻过程中爆炸效应的变化进行了研究.利用测压罐实验得到了活性射流侵彻不同厚度钢靶后的内爆超压特性,分析了侵彻靶板厚度对侵彻形貌以及内爆超压峰值的影响.并结合虚拟原点理论,建立了活性射流微元侵爆分析模型.结果表明,活性射流在测试罐内形成的超压具有峰值较大、作用时间较长、空间上分布均匀的特性,并且成型活性射流中存在未完全反应部分;活性射流的密度衰减使后续射流侵彻单位长度所消耗的射流质量大大增加,从而造成靶后内爆超压峰值随侵彻深度增加呈现抛物线衰减.利用模型可较好地描述活性射流作用目标时爆炸效应与侵彻深度之间的关系,为分析活性射流毁伤机理提供了帮助.      

隔爆墙后爆炸冲击波绕射与超压分布规律

基于爆炸实验与数值模拟,对爆炸载荷作用下隔爆墙后的冲击波绕射和超压分布规律进行了研究.首先,开展了隔爆墙对爆炸冲击波隔离效应的实验,得到了有/无隔爆墙条件下相同爆距处的冲击波超压时程曲线.在此基础上,采用流体动力学软件AUTODYN对爆炸冲击波的绕射过程进行了数值仿真,通过与实验结果的对比验证了模型的有效性.结合数值模拟和量纲分析,得到了不同爆炸当量、爆距、墙高等参数下隔爆墙后不同区域的冲击波超压分布规律,并给出了隔爆墙后近地面超压峰值的工程计算公式,为隔爆墙的设计和安全评估提供了依据.      

柔性防护结构对爆炸冲击波衰减作用数值模拟1

为了应对小当量的爆炸物,减小爆炸冲击波对人员的伤害和财物的损害,研究了一种柔性防护结构。根据爆炸相似理论,对爆炸物TNT当量为3 kg的典型目标选择1∶50缩比模型,建立二维仿真简化模型。采用欧拉算法数值模拟圆柱形柔性防护结构对爆炸冲击波的衰减作用,对不同厚度柔性防护结构的防护效果进行对比研究。仿真结果表明,柔性防护结构能有效的减小冲击波超压峰值,增加正压作用时间;得到的柔性防护结构水介质防护层厚度优化值,能很好的满足防护效果与轻量便携的应用背景,对柔性防护结构设计具有参考作用。     

爆炸作用下RC柱损伤快速评估模型

基于BP神经网络,以7个结构参数和2个荷载参数作为输入,损伤值作为输出,建立了爆炸作用下钢筋混凝土(RC)柱损伤的快速评估模型.在模型中,采用以精细化有限元模拟得到的1,032组RC柱损伤的数据训练网络,采用遗传算法和粒子群算法优化网络的初始权值和阈值,并以216个新损伤样本对模型的预测能力进行测试.研究表明,所建立的评估模型能够较准确地用于爆炸作用下RC柱损伤的快速评估;所得到的损伤分区图可以有效并直观地用于RC柱的爆炸风险评估.