I-V型夹芯板在近爆冲击波和 破片群联合作用下防爆性能研究

针对民用建筑物墙、板构件提出一种新型的I-V型夹芯板防护结构,采用非线性有限元软件LS-DYNA,开展近爆冲击波和破片群联合作用下I-V型夹芯板的防护性能研究.从质量损失、能量吸收和竖向峰值位移响应3个方面,研究了炸药比例距离、炸药起爆位置对夹芯板防护效果的影响,同时对夹芯板的实际防护性能进行了验证.结果表明：炸药比例距离对I-V型夹芯板的防护性能有较大的影响;不同炸药起爆位置对I-V型夹芯板的毁伤程度不同,在轴向增加起爆点的个数并不能显著增大I-V型夹芯板的毁伤程度;有I-V型夹芯板防护的钢筋混凝土板迎爆面只有少量混凝土脱落,且无钢筋外露,背爆面无混凝土脱落,也无钢筋外露,塑性变形区域较小,整体没有形成贯穿破坏,I-V型夹芯板的实际防护效果 很好.     

近爆冲击波和破片群联合作用下I-V型夹芯板的防护性能研究

为了研究民用建筑物墙、板构件在近爆冲击波及破片联合作用下的防护性能,提出1种新型I-V型夹芯板防护结构;利用非线性有限元分析软件LS-DYNA,分析冲击波、破片群单独作用及二者联合作用下I-V型夹芯板的毁伤效果的差异;在保持用钢质量不变的前提下,从夹芯板质量损失、能量吸收和竖向峰值位移3个方面,研究夹芯板的上、下面板厚度及夹芯层配置对其防护性能的影响,并与其他类型的夹芯板进行对比。研究结果表明:冲击波和破片群联合作用下对夹芯板的破坏效果具有叠加累积效应,明显强于两者单一作用下破坏效果的线性叠加;在相同荷载工况下,I-V型夹芯板防护效果最优;上、下面板厚度及夹芯层配置对I-V型夹芯板的防护性能有较大的影响;不同侵彻位置下I-V型夹芯板的防护性能基本相同,无局部薄弱部位,整体防护性能较好;不同破片作用下I-V型夹芯板的防护性能不同,破片截面边长为15 mm时夹芯板防护性能最好。     

破片与冲击波复合作用下 预应力混凝土T形梁损伤分析

基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了预应力钢筋混凝土T形梁、炸药和破片的数值模型,并探究其承受冲击波-破片复合作用时的动态响应及损伤,对研究方法的有效性进行了试验对比验证.分析了冲击波、破片群单独作用及二者复合作用下T形梁损伤和位移响应的异同.运用参数化分析方法,研究张拉控制应力、纵筋配筋率、非加密区箍筋配箍率、混凝土抗压强度、炸药比例距离及爆心位置等因素对T形梁损伤效应的影响,结果表明:随着张拉控制应力、纵筋配筋率及非加密区箍筋配箍率的增加,T形梁的抗爆性能呈现非线性增强;混凝土抗压强度对T形梁抗爆性能增强效果不明显;比例距离相同时,炸药质量比爆心到梁表面距离对梁的毁伤效果影响更为突出,炸药质量越大,T形梁毁伤越严重;当爆心偏离T形梁面正上方时,梁跨中底面横桥向上各点位移峰值从靠近爆心一侧向远离爆心一侧,近似呈均匀增加;爆心偏离中心点距离越小,梁跨中底面位移动态响应越大.     

基于ANSYS/LS-DYNA的钻地战斗部侵彻混凝土靶数值研究

采用ANSYS/LS-DYNA软件,对某钻地战斗部侵彻混凝土靶进行数值模拟。模拟了钻地战斗部在给定的初速与起爆时间下侵彻并毁伤混凝土靶板的过程,得出整个钻地战斗部的最薄弱位置在战斗部头部后端的战斗部薄壳体位置处;钻地战斗部完全侵入混凝土靶板后不同的起爆时间对混凝土靶板的毁伤效果差异不大。     

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。     

近爆冲击波和破片复合作用下混凝土空心砌块墙防护技术研究

为探究在不同冲击波和破片复合荷载作用下混凝土空心砌块填充墙的损伤特征和防护技术,通过ANSYS/LS-DYNA软件建立了混凝土空心砌块填充墙各部件、破片和炸药的模型,得到了比例距离、破片尺寸、起爆点对墙体的位移响应的影响以及在聚脲弹性体与钢丝网共同加固条件下墙体所能承受的极限炸药质量和较为经济的防护厚度.结果表明:通过与试验对比验证,本文的研究方法是可靠的;在近爆冲击波和破片复合作用的条件下,比例距离不能作为判定墙体受损严重程度的依据;同等质量下,减小破片尺寸使墙体破坏加重;改变起爆点对墙体破坏程度的影响微弱;在增加防护后,墙体抗爆性能明显加强,采用5 mm聚脲弹性体和钢丝网加固的墙体在炸药距离1.2 m时的能够抵抗的等效TNT炸药质量在8.296kg和11.376 kg之间;当炸药距离为1.2 m,等效TNT炸药质量为2.456 8 kg时,较为经济的防护手段是聚脲弹性体厚度和钢丝网钢丝直径均为3 mm.本文成果可为混凝土空心砌块填充墙抗爆性能及其防爆技术的研究提供重要参考.     

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.     

Nomex蜂窝夹芯板冲击损伤试验研究

针对某型飞机上应用的Nomex蜂窝夹芯板,通过冲击损伤试验,研究了蜂窝夹芯板厚度对其抗冲击损伤能力的影响、试件损伤面积与冲击能量之间的关系以及穿透损伤对夹芯板轴压承载性能的影响。结果表明:20 mm与8 mm厚度板在分别承受40 J与25 J冲击能量时出现穿透损伤,厚板比薄板具有更高的抗冲击损伤能力;相同冲击能量时,20 mm厚板损伤面积比8 mm板的小;随冲击能量的增大,两种板的损伤面积逐渐增大;当冲击能量超过一定值时,8 mm板损伤面积增速明显加快;20 mm蜂窝夹芯板冲击后的剩余强度为完好件的56.7%,8 mm蜂窝夹芯板冲击后的剩余强度为完好件的67.5%。     

冲击波和预制破片联合作用下H型钢柱抗爆设计

为分析近距爆炸冲击波和预制破片联合载荷作用下H型钢柱的抗爆性能,基于非线性有限元软件ANSYS-LSDYNA,采用参数化研究方法,在圆柱型炸药外侧设置预制破片,对钢柱的截面尺寸、炸药的比例距离和钢柱的防护加固进行定量研究。研究结果表明:在相同用钢量下,为提高钢柱的抗爆能力,应尽量选择翼缘宽度小于等于腹板高度的截面类型;腹板厚度较厚时,钢柱不易发生屈曲失稳破坏;较小的高厚比和宽厚比有利于提升钢柱的抗爆性能;在比例距离相同时,炸药量对钢柱的抗爆性能影响较大,在钢柱抗爆设计时应将炸药量作为主要考虑因素;在炸药量相同时,随着距离因素R增加,钢柱的破坏程度逐渐降低,但最终破坏作用呈现趋同的效果;在距离因素R相同时,随着炸药量的增加,钢柱的破坏程度逐渐加重,且破坏效果具有加速破坏效应。外粘CFRP材料对H型钢柱防护效果良好,从经济性考虑,黏结1层CFRP板就能起到很好的防护效果。     

泡沫铝夹芯板抗侵彻性能的数值研究

应用LS-DYNA 3D有限元软件数值研究了固支泡沫铝夹芯方板的抗侵彻性能。分析了面板厚度、芯层厚度、芯层相对密度及不同子弹形状对夹芯板抗侵彻性能的影响,以及不同撞击速度下夹芯板各组成部分的能量耗散机制。研究结果表明,增加面板厚度、芯层厚度或芯层密度均能有效提高夹芯板的抗侵彻能力;泡沫铝夹芯板抵抗锥形弹侵彻的能力最弱;在研究范围内面板吸收了绝大多数冲击能。研究结果对泡沫金属夹芯结构的工程应用有一定的参考价值。     

爆炸载荷作用下波纹夹芯板动力响应的数值模拟

运用AUTODYN对波纹夹芯板在爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟。建立了包括炸药、空气、夹芯板结构及支座在内的三维有限元计算模型,分析了爆炸载荷作用下冲击波与结构的流固耦合过程以及波纹夹芯板的动力响应过程,研究了面板、芯层的厚度和屈服强度对夹芯板挠度和能量吸收的影响。数值模拟表明:波纹板在爆炸载荷作用下的动力响应可以分为冲击波与结构的流固耦合阶段、芯层的压缩以及板的整体动力响应等3个阶段;由于波纹芯层在垂直于波纹的方向上其抗弯刚度较大,在结构平行于波纹的边界处更容易受载荷作用而出现褶皱现象;随着面板、芯层壁厚及屈服强度的增大,后面板的最大挠度和夹芯板的整体吸能也随之减小。实际应用中需对芯层、面板的厚度及屈服强度进行合理的设计,使结构既经济又能满足服役环境。     

强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能研究

为研究强冲击载荷下战斗部材料的抗爆性能,针对爆炸驱动结构的辅助装药防护层材料选择设计了一种分层结构,采用数值模拟的方法研究了不同材料组合形式的防护层结构在炸药作用下的爆炸驱动过程,对B炸药和黑火药作为辅助装药两种情况下不同金属防护层材料组合进行了静爆实验. 研究结果表明,隔爆性能最佳的2层45#钢+LY12铝合金形式防护层在B炸药起爆下发生较为明显的破坏,而隔爆性能最弱的3层全部为LY12铝合金的防护层在黑火药引燃作用下仍为完好壳体.      

芯材拼接对天线罩夹芯板力学性能的影响

为考查芯材拼接对舰船复合材料天线罩夹芯板力学性能的影响,设计系列试验对比研究芯材拼接对夹芯板的极限承载能力、复杂稳定性和破坏模型的影响.结果发现:芯材拼接主要影响结构的破坏模式和破坏载荷;极限承载试验中芯材拼接易诱发分层破坏,进而导致蒙皮拉伸断裂,且使承载极限降低11.5%;复杂稳定性试验的主要破坏模式为贯穿型和局部型蒙皮压缩破坏,芯材拼接对破坏模式的影响表现为破坏位置的差异,且复杂屈曲载荷降低28.6%;工艺的复杂化使夹芯板力学性能的离散性升高.     

聚能射流水中侵爆盖板B炸药仿真研究

为获得聚能射流对水中盖板B炸药侵爆作用能力,开展水层厚度影响规律研究.基于准定常侵彻理论得到了紫铜聚能射流侵彻水介质时射流速度计算式;建立侵爆仿真模型,研究了聚能射流水中成型与运动、侵彻盖板及起爆装药的变化特性,计算给出了射流侵彻盖板前后的速度和直径的变化,结果表明,射流侵爆水中盖板B炸药的临界水层厚度为261 mm,并依据Held判据得出B炸药的起爆阈值为18.598 mm³·μs^-2.研究结果对聚能射流水下毁伤技术的应用提供技术参考.     

两端点起爆对炸药近地场冲击波威力增强效应研究

通过试验和仿真分析研究了两端点起爆对炸药爆炸近地冲击波场分布的影响. 研究结果表明,两端点起爆爆轰波在炸药中心形成汇聚叠加,初始冲击波场在汇聚中心形成耦合增强,并在中心汇聚位置向周向水平传播,显著增强了冲击波在近地场的传播距离和超压威力. 对比上端点起爆、下端点起爆和两端点起爆方式,炸药在比例距离1.5 m·kg?1/3 相似文献   

炸药临界爆轰直径测试新方法

设计了一种塑料粘结炸药(PBX)临界直径的测试新方法。利用末端具有聚能槽的PBX药柱起爆后,会通过聚能作用形成能量流沿炸药轴向作用到见证板上;通过见证板的作用效果来验证炸药是否起爆,从而确定PBX能够起爆的最小炸药直径。结果表明,采用该方法测得的PBX-1药柱临界直径小于6.3 mm;与传统爆速测试法相比,新方法测试需要药量少,试验方法简单,能够用于测试炸药的临界直径。     

双钢筋混凝土夹芯双向板抗弯性能试验

针对目前混凝土夹芯板的研究开发一直局限于单向板,对双钢筋混凝土夹芯双向板的抗弯性能尚不十分明确的现状,对3块双钢筋混凝土夹芯双向板足尺试件进行了抗弯试验,重点研究了板的挠度、钢筋和混凝土的应变、裂缝开展等抗弯性能．试验结果证实了混凝土夹芯双向板的承载能力及抗弯刚度满足现行《混凝土结构设计规范》规定,可以用作楼板（屋面板）等横向承重构件．同时,总结了双钢筋对裂缝开展所起的作用以及影响夹芯双向板抗弯性能的主要因素．由此提出的一般性建议,可作为工程应用的参考．     

多模毁伤元形成与侵彻效应的数值模拟

研究改变起爆方式使Octol炸药和球缺紫铜药型罩的柱锥型战斗部形成爆炸成型弹丸和杆式侵彻体两种毁伤元,采用AUTODYN-2D软件对点起爆和环形起爆方式下毁伤元形成与侵彻装甲钢靶进行数值模拟,分析起爆位置对毁伤元成形和侵彻能力的影响. 数值模拟结果表明,相同战斗部结构在5Dk(Dk为装药直径)炸高下,理想环形起爆半径条件下形成的杆式侵彻体对装甲钢的侵彻深度约为爆炸成型弹丸侵彻深度的2倍.     

深孔水压爆破的数值模拟研究

利用LS-DYNA对深孔水压爆破过程进行了数值模拟,比较了水介质不耦合的深孔正反起爆以及不同炸药等因素对岩石作用效果的影响。结果表明,反向起爆的深孔爆破效果优于正向起爆,有利于自由面附近岩石的破碎,并且延长爆生气体压力作用时间约10%;梯-黑炸药对岩石同一位置质点的径向位移比TNT高出11%,炸药的能量越高,对岩石的破碎效果也越好。     

圆柱形炸药空爆在近场空间的超压估算公式

圆柱形炸药空爆后在近场空间会形成强度不均匀的超压场,在相同等效衰减距离、不同空间角度上的近场超压可相差数倍甚至一个量级以上. 为了准确、快速地评估圆柱空爆近场超压强度及分布差异给近场不同区域毁伤效应和防护效果带来的影响,在圆柱空爆近场实验数据匮乏的情况下使用经过实验效验的模拟数据来补足样本空间,通过数据拟合的方式给出了圆柱装药空爆在较小等效衰减距离下的超压估算公式. 首先,通过与球形装药下的经验公式和圆柱装药下的实验结果对比,分别验证了模拟结果在球形和圆柱装药情况下均具有一定置信度;之后,以二次多项式的形式拟合得到了圆柱空爆近场超压估算公式,并给出了6种不同长径比圆柱空爆在不同空间位置上超压的实验结果与估算公式结果的对比. 结果表明,估算公式可在较小误差范围内给出炸药空爆在近场空间任意位置上的超压,其经实验校验具有一定置信度的适用范围是圆柱长径比为1/4~4、等效衰减距离为0.2~2.0 m/kg1/3.