近水面水下爆炸水柱效应研究

为研究近水面水下爆炸产生的水柱效应,对水面下2m处2kg TNT炸药爆炸水柱效应进行了理论计算和试验研究,并运用MSC.DYTRAN和PAM-FLOW两种软件进行了数值模拟. 结果表明,水柱上升高度历时曲线呈开口向下抛物线形状,水柱上升速度近似呈指数衰减;爆炸后水柱形成过程数值模拟云图与试验结果吻合.     

水下爆炸近场载荷的试验与数值模拟

借助于小药量水下爆炸试验及数值模拟研究了水下爆炸近场载荷及其运动特性。试验在爆炸水箱中进行,采用同时分幅扫描超高速光电系统拍摄炸药爆炸后视场600 mm×600 mm以内的冲击波及爆轰产物演化过程。使用LS-DYNA软件的ALE方法计算了水下爆炸近场冲击波、爆轰产物气体运动特性,以及冲击波峰值压力和爆轰产物气体与水介质边界压力变化特性,数值模拟结果与试验结果有很好的近似。在试验和数值模拟基础上,提出了适用于水下爆炸近场的冲击波运动、峰值压力的变化规律,并建立了爆轰产物气体初期膨胀运动规律及压力变化。     

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。     

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.     

水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动响应

研究了无限域流场中球形药包爆炸时两端简支多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动响应。由于假定流场是无旋、无粘和不可压缩的，故可用Ｌａｐｌａｃｅ方程加以描述；而在圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用。利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行简化并数值求解，得到了多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的尖特性。     

水下爆炸冲击波作用下多层圆柱壳的动响应

研究了无限域流场中球形药包爆炸时两端简支多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的动响应．由于假定流场是无旋、无粘和不可压缩的，故可用Ｌａｐｌａｃｅ方程加以描述；而在圆柱壳的运动方程中考虑了流体动压力和冲击波压力的共同作用．利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法对耦合方程进行简化并数值求解，得到了多层圆柱壳在水下爆炸冲击波作用下的响应特性．     

单个装药浅层水中沉底爆炸的数值模拟

采用ＡＬＥ算法,对单个装药浅层水中沉底爆炸进行了数值模拟。计算结果与实测结果较好地吻合。根据数值计算结果,分析了爆炸流场中冲击波传播规律;给出了不同时刻水中压力等值面分布,空间不同点压力时程曲线;分析了水底,水面对水中爆炸冲击波传播及对流场压力变化规律的影响。获得了浅层水中爆炸流场参量分布与变化规律的初步认识。     

水下爆炸环肋圆筒损伤特性实验及数值模拟

根据鱼雷舱段壳体的特点提出一种内部带有环肋、两端连接配重的缩比圆筒结构模型,针对模型的损伤特性进行水下爆炸实验,并利用Autodyn软件对实验进行数值模拟计算. 结果表明,圆筒在不同爆距下产生塑性变形和破裂的损伤形式;气泡上浮会改变二次压力波的初始方位,造成水平方位圆筒的非对称损伤形态;当爆距较小时,冲击波造成壳体局部凹坑或破裂,而二次压力波则造成迎爆面整体变形. 比较数值模拟与实验结果可知,计算模型能够描述冲击波对圆筒的作用特性.      

爆炸气泡与水面相互作用的数值模拟研究

为探究近水面水下爆炸水幕的形态及形成机理,采用LS_DYNA软件对0.6gRDX球形装药的水下爆炸过程进行了数值模拟. 数值模拟获得的水幕形态、气泡形态及气泡脉动参数等与实验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的正确性. 通过观察气泡与水面之间的速度流场变化过程,分析了速度流场变化与水幕、气泡形态的对应关系,揭示了爆炸水幕的形态演变规律和形成机理. 研究结果表明,不同起爆深度下,气泡与水面之间的相互作用过程差异明显,直接影响了爆炸水幕的形态;径向、垂直喷射水柱的形成均产生于气泡膨胀阶段;水射流的形成与气泡是否破裂无关.     

爆炸冲击波作用下桥梁损伤效应的数值仿真

应用非线性动力有限元方法对爆炸冲击波作用下桥梁的损伤效应进行了三维数值模拟,得到了空中爆炸冲击波的传播规律曲线和峰值压力曲线,通过与实验公式对比,验证了爆炸荷载计算模型的有效性和计算结果的可靠性,并在此基础上研究了桥梁在爆炸载荷作用下的非线性动态响应.计算结果表明：爆炸冲击波对桥梁的损伤效应呈现局部破坏特征,桥梁迎爆面局部结构损伤较大且以破口形式存在.数值仿真结果为桥梁的抗爆承载计算和安全性评估提供了重要的参考依据.     

近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理研究

近自由面水下爆炸气泡的动态特性非常复杂,研究其与破损结构的耦合作用机理对于发挥武器的二次攻击毁伤能力具有重要的意义. 基于耦合欧拉-拉格朗日方法,建立了近自由面水下爆炸模型,讨论了（不）完整直角结构近自由面水下爆炸过程中气泡的动态特性,揭示了近自由面水下爆炸气泡与破损结构耦合作用机理. 首先建立近自由面水下爆炸模型,将气泡形态、最大半径、周期等仿真结果与实验数据对比,验证数值模型及计算方法的有效性. 探究了完整和破损结构的存在对近自由面水下爆炸气泡动态特性的影响,发现结构与自由面的共同作用使得气泡出现射流偏折、水冢一侧凹陷和气泡破碎等现象. 结果显示破口尺寸参数γ在0.070~0.085区间内,气泡在结构一侧将形成倾斜射流,破口尺寸的增大对射流的头部宽度、头部速度和倾斜角度呈现明显的正向影响.      

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.     

装药水下沉底爆炸压力场特性研究

对水下爆炸冲击波进行了概述,分析了影响冲击波传播的因素和球形装药中心起爆时出现驼峰的原因.利用AutoDyn软件对装药在自由场与沉底爆炸二种工况的压力场特性进行了数值模拟,计算中采用透射边界条件代替压力流出边界条件和提高能量守恒误差容许值的办法.仿真结果表明,装药自由场爆炸中,冲击波传播没有方向性;在装药沉底爆炸时,冲击波存在明显的水底反射效应,水底反射对药包上方范围起到增强作用,而对水底附近起削弱作用,当测点与水平夹角大于60°时,冲击波压力峰值增加到一个相对稳定值.     

浅层水中沉底爆炸冲击波相互作用数值模拟

根据试验模型和试验结果，进行了浅层水中沉底爆炸冲击波相互作用数值模拟；研究了水底水面对沉底爆炸冲击波传播与相互作用的影响。结果表明，水底对冲击波压力峰值有较大的削弱作用，水面使冲击作用冲量明显减少，冲击波相互作用的压力叠加或多次冲击作用大大提高了爆炸威力。     

爆压对炸药近场水中爆炸冲击波能的影响

为了研究爆轰压力对炸药近场水中爆炸冲击波能的影响,根据爆轰理论计算得到了不同爆压的太安炸药的JWL状态方程参数,在此基础上针对不同爆压太安炸药开展了水中爆炸数值模拟,得到了不同爆压的近场冲击波能。结果表明:爆压的变化对近场冲击波能具有显著影响,爆压太高或太低都不利于在近场形成较高的冲击波能;存在"合适的爆压",使得炸药水中爆炸近场的冲击波能较高。对于太安炸药而言,该"合适的爆压"不是一个爆压值,而是一个爆压范围,即9~13 GPa。研究结果对于反鱼雷鱼雷用炸药的配方设计具有一定参考价值。     

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。     

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.     

变埋深条件下土中爆炸成坑效应

为了研究在变埋深情况下,炸药在土中爆炸成坑和伴随的应力波传播规律,利用自由场化爆试验和数值模拟相结合的方法,研究了土中装药不同埋设深度爆炸效应问题,描述了爆炸成坑宏观破坏现象,给出了土中压力和实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了土中爆炸成坑的经验公式和压力传播规律。在自由场实验和数值模拟的基础上,得到了变埋深条件下应力波在土中传播规律、爆炸成坑半经验公式、半封闭爆炸阶段弹坑半径预估公式。     

新型装配式组合结构对爆炸冲击波流场的影响

为有效防护爆炸冲击波及抛掷物等的破坏作用,设计了一种新型装配式双层钢板组合结构体系.采用ALE(arbitrary lagrange-euler)算法对4种TNT药量、2种爆距下结构前方及上方流场规律进行了数值分析,得到了爆炸压力场的分布特点和不同位置的冲击波超压等的变化规律,分析了爆炸冲击波与组合结构的作用过程,并与经验公式及TM5-855-1计算结果进行了比较.分析表明,结构前方爆心水平线上0.3 m范围的超压峰值增大,但药量和爆距对此范围的大小影响不大;结构上方一定范围内的冲击波超压减弱,且随着药量和爆距的增大而减小;药量增大、爆距减小时,结构前上方冲击波超压增强的范围增大.     

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.