典型舰船结构的水下爆炸耦合毁伤研究进展

随着精确制导、控制及超空泡技术的快速发展和应用，水下武器的命中精度和航行速度不断提升，对水下武器的高效毁伤能力提出了新的需求.水下武器攻击舰船目标时，爆炸冲击波、壳体碎片、气泡脉动、气泡射流以及空化效应等多种毁伤元共同对舰船目标造成毁伤破坏；此外,多发水下武器时空协同作战会对舰船目标造成耦合毁伤破坏.因此，研究多类型毁伤元、多发武器对舰船目标的耦合毁伤机理及模式是提升水下武器毁伤能力的关键.基于此，对比分析了水下接触爆炸、近距离爆炸以及中远距离爆炸时毁伤元耦合毁伤模式的区别.并从理论研究、仿真模拟以及试验验证等方面，对多类型毁伤元的耦合毁伤机理、典型舰船结构的耦合毁伤效应及基于时空协同的多发弹耦合毁伤作用的研究进展进行了梳理和归纳.在此基础上总结了现阶段针对舰船目标的水下爆炸耦合毁伤研究结果，对水下武器高效毁伤的研究方向进行了探讨，旨在为水下武器的高效毁伤技术研究提供参考.     

侵彻与爆炸联合作用下混凝土靶体的毁伤效应分析

考虑弹体侵彻、爆炸高加载率下混凝土的应变率效应,首先采用SPH-Lagrange算法建立弹体高速侵彻耦合模型,研究高速钻地制导炸弹的侵彻毁伤过程及其破坏特征;同时采用SPH算法建立考虑初始侵彻损伤的内部爆炸耦合模型,对比分析弹体侵彻与爆炸联合作用和弹体直接内部爆炸这2种条件下的混凝土毁伤特征,探讨钻地制导炸弹的初始侵彻损伤对混凝土内部爆炸毁伤破坏过程的影响。研究结果表明:高速弹体的侵彻只造成混凝土结构的局部损伤;在侵彻与爆炸联合作用下,混凝土结构将发生严重破坏。初始侵彻毁伤对混凝土内部爆炸的毁伤机理有重要影响。     

近距离爆炸作用下RC桥墩毁伤模式及其轴力效应数值模拟

为研究近距离爆炸作用下钢筋混凝土桥墩的毁伤模式，利用显式非线性动力分析软件LS-DYNA建立了包含空气域、炸药和RC桥墩的精细化三维数值模型，通过与已有文献的试验结果进行对比，验证了有限元模型的有效性，并进一步分析了轴力效应对RC桥墩毁伤模式的影响.结果表明：近距离爆炸作用下RC桥墩的毁伤模式可归纳为无剥落破坏、剥落破坏和冲切破坏3种；对于圆柱试件，以爆炸距离0.2 m为例，当比例距离Z≥0.200 m/kg^1/3时，发生无剥落破坏；当0.117 m/kg^1/3≤Z<0.200 m/kg^1/3时，发生剥落破坏；当Z<0.117 m/kg^1/3时，发生冲切破坏.在近距离爆炸作用下，轴向荷载对RC桥墩抗爆性能的影响与其毁伤模式有关，当RC桥墩的毁伤模式是无剥落破坏或者轻微的剥落破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度有所减轻；但当RC桥墩的毁伤模式是严重的剥落破坏或者冲切破坏时，随着轴向荷载的增加，RC桥墩的毁伤程度加剧.研究结果可为RC墩柱抗爆设计和毁伤评估提供参考.     

多箱型结构内部爆炸破坏模式分析方法

结构内部爆炸破坏是武器毁伤目标的主要方式之一,破坏模式和破坏范围是结构内部爆炸破坏威力的主要表征方式,其分析方法能够有力支撑武器毁伤效果预测和结构防护设计.采用有限元模拟仿真分析,研究多箱型结构内爆毁伤特性,基于仿真结果,分析了破坏范围和破坏模式随当量和结构参数的变化规律,并提出了能够计算多箱型结构破坏范围、破坏壁面数和破坏分布模式的无量纲数和计算方法,绘制出破坏分布模式图和破坏范围表,该方法能够预测随爆炸当量非连续变化的破坏模式和破坏范围,并根据已有实验结果进行了验证.     

双装药多层箱体内部爆炸的破坏效应试验研究

为了研究2个装药不同箱体结构内部同时爆炸的破坏效应,利用模拟箱体结构,进行了相同质量TNT装药在单箱体和4层箱体内部爆炸试验,分析了装药质量和箱体容积的匹配关系以及双装药布放位置对4层箱体破坏效果的影响. 结果表明,整体装药单层箱体内部爆炸时,箱体撕裂、抛掷严重,结构整体毁伤效果差;以箱体的破坏数量为基准,2个装药(每个装药的质量为整体装药的1/2)在双箱内部爆炸的毁伤效果都优于相同质量整体装药单箱内部爆炸. 装药位置导致的能量叠加和扩散对多箱体的毁伤效果影响很大,整体装药的较佳爆炸位置为中间箱体,双装药的较佳爆炸位置为中间的相邻箱体或隔箱,相隔一个箱体破坏效果最好.      

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.     

钢筋混凝土中爆炸破坏效应数值模拟分析

根据钢筋混凝土介质在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏特性,利用LS-DYNA程序流固耦合算法,使用能够反映拉伸破坏的Tayler-Chen-Kuszmanul(TCK)和反映压缩破坏的Holmqust-Johnson-Cook(HJC)材料模型,通过建立分离式钢筋混凝土有限元模型,进行了钢筋混凝土在内部爆炸载荷作用下毁伤破坏效应的数值计算分析. 数值模拟能够很好地模拟钢筋混凝土内部爆炸时中心爆炸空腔压缩面和自由面的拉伸层裂破坏及漏斗坑形成过程,且与试验结果和理论计算吻合较好. 同时,由于钢筋的增强和止裂作用,钢筋混凝土中爆炸漏斗坑成阶梯型,且其破坏范围远小于混凝土介质.     

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.      

钢筋混凝土结构内爆炸相似模型试验研究

为了研究钢筋混凝土结构在内爆炸作用下的冲击波特征参量和结构毁伤的相似规律,建立了钢筋混凝土结构内爆炸相似理论模型,进行了结构原型和缩比系数分别为0.75和0.5的内爆炸相似性试验,对内爆炸冲击波特征参量和结构毁伤相似性进行了分析。结果表明,不同药量作用下各相似模型在典型位置处的内爆炸超压峰值具有相似的分布规律;药量服从相似准则时,0.75和0.5缩比方案的第一峰超压与原型的最大相对误差分别为10.33%和14.36%,前三波比例脉冲宽度与原型的最大相对误差分别为4.02%和5.25%;各缩比模型的压力时程曲线波形符合良好,证明各缩比模型之间的内爆炸特征参量存在相似规律;相似缩比模型在相同毁伤等级的药量作用下,可以从试验中得到相同的破坏程度和相似的破坏形态。     

掘开式工程口部毁伤工程量分析

为了解决常规武器以任一攻角打击任一防护级别工程口部时毁伤工程量计算问题,考虑常规武器的侵彻与爆炸局部破坏效应,综合应用结构贯穿工程量、回填土（含遮弹层）坍塌工程量和结构震塌面积,确定掘开式工程口部毁伤工程量分析方法,编写Matlab通用计算程序。研究发现,同一武器造成的最大毁伤工程量,并不随命中速度的增长而增大,而是存在最不利打击情况。口部以侧墙贯穿破坏为主、顶板贯穿破坏为辅。设置遮弹层具有重要的工程防护作用,随着遮弹层抗侵彻能力不断增强,最大毁伤工程量呈下降趋势。爆心位置及装药量对毁伤工程量亦有影响。     

钻地武器爆炸破坏作用中弹壳的影响

利用LS-DYNA有限元软件三维数值模拟了不同弹壳厚度下相同装药量的柱状装药在岩体洞库上方的爆炸破坏效应.数值模拟结果表明,有弹壳时,随着弹壳厚度的增加,爆炸破坏作用相应减小,但薄弹壳与无弹壳相比能够增强爆炸破坏作用.原因是,在弹壳较薄时,爆轰集聚效应能够增强爆炸破坏作用,但在弹壳达到一定厚度后,爆破弹壳的能量大幅增加,抵消了爆轰集聚效应并进而减弱爆炸破坏作用.由于钻地武器弹壳一般较厚,因此在其毁伤效应研究中,不应忽视弹壳对爆炸破坏作用的影响.     

高密度活性破片碰撞双层靶毁伤效应

 采用弹道碰撞实验,对高密度冷压成型和烧结硬化PTFE/Al/W活性破片正碰撞双层间隔铝板毁伤效应问题进行研究。实验结果表明,在高速碰撞条件下,活性破片对前靶的作用主要体现为动能贯穿破坏,与前靶相比,后靶毁伤更为严重,表现为更大的穿孔尺寸和毁伤面积,并伴随有显著的隆起及裂纹等结构破坏。引入裂纹扩展理论,分析了碰撞速度及靶板厚度对活性破片动能侵彻和爆炸作用联合毁伤效应的影响,从机理上揭示了后靶结构毁伤行为和效应。     

不同着角下爆炸成形弹丸对坦克发动机等效靶的毁伤效应

针对坦克发动机在爆炸成形弹丸（EFP）作用下的毁伤效应问题,对典型坦克发动机及其防护结构进行了结构等效设计,开展了不同着角下EFP对发动机等效靶的侵彻实验,并结合LS-DYNA软件分析了不同着角下EFP对防护板（钢质）的侵彻作用,获得了发动机等效靶的破孔尺寸、毁伤面积以及EFP穿靶后的剩余动能.研究结果表明:随着角的增大,钢靶的破坏面积增大,对发动机结构（铝箱）毁伤效果呈现减弱趋势;实验结果与仿真结果基本一致,验证了仿真的有效性;EFP对钢靶最大破坏尺寸随着角增大呈上升趋势,EFP贯穿钢靶后的剩余动能随着角增大呈下降趋势;当着角α ≥ 57°时,爆炸成形弹丸不能穿透钢靶,无法对铝箱造成毁伤.      

装药内爆炸下混凝土损伤特性研究

为完善炸药混凝土内爆炸理论、提高其做功能力,该文建立混凝土内部炸药爆炸模型.在混凝土内爆过程中及冲击载荷下,对TNT炸药及PBX类炸药对混凝土的毁伤破坏效应,利用混凝土动力学损伤破坏模型和光滑粒子动力学方法进行数值研究.该文定量地给出了混凝土内爆炸损伤的类型为抛掷内爆炸和松动内爆炸.数值分析了混凝土介质的运动特性,确定了混凝土内爆炸的最佳条件.在掩埋情况下,炸药埋深0.45H时,内爆效果较好.     

不同材料壳体装药对爆破威力影响分析

针对装药壳体材料对爆破威力影响,对典型复合材料壳体、D6A钢壳体装药在空气中的爆炸破坏效应进行了数值分析及试验研究.研究表明,同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸产生的空气冲击波超压较钢壳体装药大;碳纤维复合壳体装药爆炸不会产生破片对远距离目标造成破坏;而D6A钢壳体装药爆炸产生的破片对远距离目标具有一定的杀伤效应.进行了2种材料壳体装药在空气中爆炸毁伤威力对比试验,试验超压测量结果与数值计算结果相一致.     

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。     

汽车爆炸现场实验研究

结合当前国内外车辆爆炸案件的特点,针对轿车开展爆炸模拟实验,得到汽车毁伤状态的第一手资料。对爆炸现场重建中的炸点确定、炸药量推算、炸药种类确定、爆炸装置原始形态分析等问题进行研究,同时,利用冲击波超压测试系统对造成目标破坏的空气冲击波超压这一重要因素,通过实验测试进行了研究;利用高速运动分析系统记录了爆炸的全过程,为轿车爆炸案件现场勘验和分析工作奠定了理论和实验基础。     

汽车爆炸毁伤特征的实验研究

汽车爆炸在涉爆案事件中越来越常见. 为有效打击国内外恐怖分子，支持汽车爆炸案预防、刑侦与破案工作，本文针对轿车车型进行了爆炸毁伤特征的现场实验研究. 实验分别在汽车底部中心，后备箱中心，驾驶座下引爆炸药. 爆炸过程中两个高速摄影通道记录爆炸毁伤动态过程，同时利用冲击波超压测试系统分析外场不同方向的超压分布规律，并进行了车身壁面压力测试. 实验获得大量汽车爆炸毁伤图像及碎片落点数据，得到较为准确的超压分布数据和部分车身壁面超压状态. 本研究获得了不同炸点位置对汽车爆炸毁伤的影响，以及超压分布等信息，可有效支撑汽车爆炸案事件的现场还原和侦破工作.     

爆炸冲击波对目标群毁伤概率的建模与计算

为了有效毁伤实战中的重点目标群,针对目标群特性进行了分析,并结合目标群的特点,对目标要害部件的等效简化和对冲击波与要害部件的交会进行分析,建立了爆炸冲击波毁伤目标群的概率计算模型.在给定弹道参数、战斗部结构和装药条件下,利用此模型计算了目标群毁伤概率随圆概率偏差、爆炸高度和不同瞄准点等变化的规律,并分析了这些因素对毁伤概率的影响,结果表明爆炸冲击波对目标群的超压毁伤效果显著.计算和分析的结果可为战斗部的优化设计和效能评估提供参考依据.