非致命动能弹对目标作用的钝击水波效应与致伤机制研究

动能打击类非致命武器是最广泛应用的反恐装备,研究非致命弹与目标的作用过程并剖析致伤机理,对提升打击效能与安全性具有重要意义.本文借助高速摄影等试验手段,研究球形橡皮弹对生物目标及复合模拟靶标的作用过程,通过成像结果分析目标/靶标受弹过程的瞬时大变形效应,提出了钝击作用过程的水波效应、皮肤拉伸效应协同作用是造成生物目标皮损、苍白、红晕区形成的根本原因,并通过构建解析模型建立了致伤物理参数与典型生物创伤机制的关联.试验结果及数学模型为揭示动能类打击弹药致痛机理与非致命装备效能评估提供了参考.     

爆炸空气冲击波荷载效应

爆炸对生命和财产造成的危害极其严重,爆炸荷载对结构的影响逐步被设计人员考虑到结构设计中来．国外研究者进行了大量关于爆炸的试验和分析,并对爆炸冲击波的机理和荷载效应提出了计算方法．介绍了爆炸冲击波的产生机理及其在结构外部和内部的荷载效应,提出了今后在爆炸荷载的计算领域的一些研究课题,以便最终将爆炸荷载的计算应用于实际工程设计．     

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.      

基于脆性薄膜动态响应的冲击波超压测试方法

为评价爆炸冲击波威力大小,根据脆性材料的强度尺寸效应,采用纸张这种典型的脆性薄膜材料以及自制的薄膜固定装置,研究了不同尺寸的周边固支的圆形脆性薄膜材料在冲击载荷作用下的响应特性. 通过实验研究,得到了薄膜破裂时的冲击波超压随薄膜直径的变化规律,并对3种纸张材料在不同尺寸条件下破裂时的冲击波超压临界值进行了标定,给出了该固定装置约束下的薄膜破坏临界超压的计算公式,可用于外场试验的爆炸场的威力测试,是一种简单易行的测试方法.     

爆炸冲击波数值模拟及超压计算公式的修正

应用LS-DYNA有限元程序建立2,4,6-三硝基甲苯(TNT)炸药爆炸的数值模型并进行空爆数值计算,结合常用的经验公式,验证计算模型及参数取值的可信性.基于以上研究,提出冲击波超压修正计算方法,以各经验公式加权平均值作为参考,对数值模拟结果进行修正.结果表明:早期常用的经验公式与数值模拟计算结果分别处于爆炸冲击波超压的中下位值及下限值,均存在低估爆炸冲击波的危险.通过修正计算方法修正后的冲击波超压,可以作为爆炸冲击波超压的中位值.     

反恐破门弹爆炸冲击波超压试验研究

为对非接触爆炸反恐破门弹冲击波伤害进行评估,完成了反恐破门弹爆炸冲击波在典型环境下的超压测试试验.模拟应用场景分别进行了3组测试,重点研究爆炸产生的空气冲击波对房间内外人员造成的影响及外部空间密闭性对冲击波超压的影响,并对超压分布和防盗门及外部空间环境等影响条件进行了分析.结果表明,空气冲击波传播受外部空间环境影响显著;冲击波能量大部分消耗于钢质门板变形,门后房间超压峰值降为门前的10%～20%.     

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。     

多孔材料冲击波效应的数值模拟

采用有限元方法模拟了开孔泡沫铝在冲击载荷下的响应,研究了冲击响应与相对密度和冲击速度的关系。研究结果表明:开孔泡沫铝受到较大速度冲击时,先驱产生的弹性波使试样达到准平衡状态。当试样受冲击端的应力超过平台区应力达到密实化区的应力时,冲击波产生。冲击波的形成将使试样两端的应力在一定的时间内不平衡,产生冲击波效应。具有相同的相对密度时,冲击速度越大,冲击波效应越明显,冲击波速度也越大;在相同的冲击速度下,相对密度越大冲击波效应越不明显。     

煤尘影响瓦斯爆炸冲击波的实验研究

为了探究煤尘对瓦斯爆炸冲击波的影响,利用瓦斯-煤尘爆炸实验系统,通过甲烷、空气混合爆炸和煤尘、甲烷、空气混合爆炸实验,得出爆炸超压在爆炸管道中冲击波的传播规律。将爆炸规律和煤样的组分数据对比分析,得出煤尘对瓦斯爆炸的冲击波的影响规律。研究发现:有煤尘参与时,气样爆炸超压增大,在管道中都是先增大后减小,煤尘的参与可以改变瓦斯爆炸的上下限。煤样组分对比表明,挥发分大的煤粉更容易产生更大的爆炸超压。     

爆炸冲击波现场存储测试技术的研究

对爆炸冲击波超压的现场存储测试技术进行了介绍,讨论了该技术的优势及其系统结构设计;并应用于现场实爆试验中,捕获了完整可靠的数据;证明了该测试技术的可行性,特别适宜于大范围多点测试的试验场合.     

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。     

冲击波超压峰值的数值计算

为提高冲击波超压峰值的数值计算精度,该文根据二阶Roe格式,模拟了3种不同粗细网格条件下的点爆炸流场.基于高精度的数值计算格式,利用冲击波的发展规律求得波阵面速度,再由兰金雨贡纽方程计算得到超压峰值.并与数值模拟的直接超压峰值进行了对照讨论.结果表明随着网格加密,数值直接超压峰值不断逼近采用冲击波传播速度获得的超压峰值,而后者几乎不变.     

炸药冲击波激励惰性气体闪光强度测定

目的　研究惰性气体在炸药冲击波激励下的闪光强度; 方法　将惰性气体充入实验装置内,并达到指定压力,然后将实验装置固定;用８＃ 电雷管引爆炸药Ｒ７９１ 和橡胶炸药片; 用建立的测试记录系统对可见光和近红外光进行测试; 结果　用炸药冲击波激励氩气和氪气所产生的可见光和近红外光强度分别可达到１０６ ｃｄ,１０４ Ｗ·ｓｒ－ １数量级; 结论惰性气体在炸药冲击波激励下可得到较强的闪光,预计在民用上和军事上具有广泛应用;     

基于量纲分析的冲击波测量加速度寄生效应研究

为了得到冲击波压力测量中的高加速度寄生输出规律,使用量纲分析理论建立了测压结构加速度响应与冲击波参数及结构尺寸的关系模型,通过Ls-dyna仿真并进一步线性拟合得到模型中的未知参数;最后在冲击波实际测量环境中对模型进行了验证试验。结果表明,加速度效应峰值与压力峰值与结构尺寸有关,结构半径与厚度越大,加速度峰值越小,冲击波压力越大,加速度峰值越大;加速度寄生效应周期只与结构尺寸有关;该模型可用于估算冲击波测点传感器加速度寄生输出峰值及周期,可用于评估测压结构的加速度寄生效应。     

基于卫星通信的空中爆炸冲击波威力测试系统

针对空中爆炸冲击波威力测试中测试环境恶劣、设备无法监控、数据回收困难等问题,基于空中爆炸冲击波力学特性和传播规律,综合运用存储测试技术和卫星通信技术,研究一种卫星方式通信的冲击波威力测试系统,给出了系统设计方案和实现方法.测试系统能在任意环境下完成任意距离的无线数据传输,实现测试设备的无线远程监控和试验数据快速回传,节省了大量的人力和时间成本,且有效提升测试试验的可靠性与稳定性.对测试系统在网络调试助手模拟和实爆测试两种状态下开展测试试验,并将测试结果与Henrych公式计算结果进行对比分析,结果表明研制的系统测试数据准确、传输可靠性高,满足复杂恶劣环境下装药冲击波超压实际测试需求.      

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.     

大空间钢网壳穹顶的内爆炸冲击波超压计算

为研究内爆炸作用下冲击波在大空间穹顶结构内的传播规律、超压峰值及其对结构的作用,采用通用有限元LS-DYNA程序,考虑炸药空中爆炸和大空间结构特性,建立炸药在大空间钢网壳穹顶内爆炸作用下的数值计算模型,并通过已知超压计算公式验证数值结果.应用所建模型,对炸药在大空间钢网壳穹顶内爆炸的全过程演变和5种矢跨比穹顶的内爆炸冲击波压力进行了数值模拟计算与分析.结果表明:内爆炸下大空间穹顶除受到入射冲击波的冲击作用外,还可能受到反射波或复合波的多次冲击,冲击的强弱取决于反射体刚度和穹顶几何尺寸等多种因素;穹顶跨度和矢跨比对主峰值压力的大小和出现的次数有较大影响,但没有呈现出明显的规律性.最后,给出了内爆炸下不同跨度和矢跨比穹顶结构的冲击波超压计算公式,可供工程结构防爆抗爆参考.     

冲击波下金属铜的分子动力学模拟

对4000个铜原子组成的面心立方晶体进行了近似冲击波的模拟,发现对完整晶体在一定的范围内,冲击波的强弱、外界的温度对晶体结构的影响都不大;加入少许的点缺陷后,晶体内部的应力和能量相对完整晶体变化并不显著,从而说明在考虑系统的状态方程时将带有少量点缺陷的晶体近似为理想晶体的做法是可行的．     

竖井横通道爆炸冲击波传播规律试验研究

为了研究受限空间内爆炸冲击波传播规律,在青岛地铁8号线山东路南站1号竖井横通道进行裸露药包爆炸现场试验。利用NUBOX-9100瞬态信号测量仪及配备的传感器采集0.2、0.3、0.4 kg的2号岩石乳化炸药爆炸冲击波参数,分析实测冲击波信号的波形、超压峰值,并对冲击波信号进行短时傅里叶变换。结果表明：①横通道中裸露药包爆炸时,各观测点压力先迅速升高到最大值,随后震荡衰减;②由实测数据拟合出冲击波峰值压力修正公式,与现场实测数据误差不超过12.58%,能够比较准确的预测现场冲击波超压峰值;③短时傅里叶变换结果表明,横通道内冲击波信号主频为低频,能量随着频率的升高呈现出波动下降趋势。 通过竖井横通道炸药爆炸试验,分析实测冲击波数据特征,对于研究受限空间内爆炸冲击波的传播规律具有借鉴意义。     

冲击波引燃环氧丙烷物理特性模拟

主要研究了入射冲击波引燃环氧丙烷后快速分解反应的物理特性。通过基本物理量的分析指出,环氧丙烷主要在高温(900~1 300 K)段发生快速分解反应,并伴随有大量反应热的释放。在反应时间(0.0~20.0μs)段后期(约5.0μs),反应混合物将形成一种更强烈的高温、高速及高压爆轰波。