特种防护舱抗爆性能试验研究

为探讨特种防护舱抗爆性能,进行了舱内爆炸原型试验,研究不同装药量下开闭盖状态防护舱内爆炸时的空气冲击波超压和舱体位移过程。结果表明:同药量下闭盖状态的空气冲击波超压明显高于开盖状态,即封闭舱内偶然爆炸时空气冲击波超压更高;随装药量的增大,舱壁的空气冲击波超压也在增大;舱体侧壁经过多次正反射作用均未发生碎片反应,顶盖泄爆措施对降低底板的空气冲击波超压十分有利;距爆心较近处的位移均比距爆心较远处的位移大。原型试验舱体完全破坏,但结构未发生崩溃式破坏,并无碎片及内爆的二次破片飞出,舱体具有一定的抗爆性能和较好的防破片能力。     

坑道截面形状对爆炸冲击波传播规律的影响

为研究坑道截面形状对爆炸冲击波传播规律的影响,设计了 4种截面积相等但形状不同的坑道结构,利用有限元仿真软件对5 kg TNT球形裸装药在坑道内爆炸产生的冲击波传播过程进行了数值模拟,得到了圆形坑道内冲击波的传播规律以及不同截面形状对冲击波参数的影响规律.圆形坑道内冲击波超压峰值和比冲量的初始值最大,衰减最快;随着传播...     

温压战斗部爆炸冲击波对地下目标毁伤建模

针对温压战斗部对地下目标的冲击波毁伤问题,利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立三维模型,模拟出炸药起爆以及冲击波在地下密闭空间中传播的全过程,得到了与实际密闭空间中温压炸药爆炸冲击波特性较为吻合的冲击波超压曲线,通过LS-DYNA自带的积分运算功能求得了相应的比冲量曲线,为下一步毁伤分析提供了数据基础.     

基于超压和冲量的爆炸冲击波杀伤概率计算模型

基于人员爆炸伤的特点,针对爆炸过程中超压、冲量的变化对人员造成的损伤,建立了用于评估人员在爆炸威力场中伤亡概率的计算模型。结合爆炸伤特点,对人员损伤情况进行分类,分析冲击波杀伤和爆炸导致的人员抛投伤。根据爆炸物相关参数,计算TNT当量以及爆炸威力场中的超压和冲量变化,采用PROBIT方法对人员伤亡概率进行评估。在此基础上,首先,分析了江苏响水天嘉宜化工有限公司“3·21”特别重大爆炸事故。结果表明,在此次爆炸事故中,由该模型计算得到的安全距离与实际情况相符。然后,对某型弹药的战场冲击波杀伤概率进行了评估,并对四种伤情特点进行了分析。该模型可用于快速计算爆炸时超压和冲量变化导致人员伤亡的概率,对于评估爆炸安全事故中的人员伤亡情况以及战场中的爆炸致伤情况有一定参考意义。     

条形装药在岩体中爆炸成腔过程的数值分析

利用LS-DYNA非线性有限元程序,对不同药量等级的条形装药,进行了无 限域岩体介质中的爆炸成腔数值模拟计算,得到了爆炸成腔过程的基本图像及爆腔形成的 位移时程曲线,通过对爆腔半径的数据分析对比,得到条形装药的长径比值k与爆腔半径和 装药半径之比值ra/R0呈线性关系、条形装药比集团装药具更强爆扩能力的结论。     

半穿甲导弹性能的攻角效应数值分析

利用LS—DYNA软件分析弹体攻角和目标运动对穿甲过程中装药安定性、弹体剩余速度及弹头姿态的影响。在穿甲过程中,弹体速度为300m／s,攻角分别为0°,10°和20°,弹体和目标板选择了考虑应变、应变率和温度效应的Johnson—cook材料模型。结果表明：随攻角的增大,装药局部受力显著增大,弹体剩余速度下降,弹头发生偏转;目标运动使穿甲能力减弱,但目标运动会使装药受到的外力在一定程度上减少。     

侵爆战斗部对桥梁结构及桥面目标的毁伤研究

为获取侵爆战斗部终点弹道参数对桥梁以及桥面目标损伤效应的影响规律,建立战斗部侵彻桥梁并起爆的整个过程非线性动力学仿真模型,分析不同侵彻速度与不同引爆延时下桥梁产生的裂纹、结构失效分布以及桥面冲击波的传播规律。研究结果表明：基于桥梁失效分布计算了桥梁损伤后的抗弯能力,侵彻速度为800 m/s时采取1.95～2.95 ms的延时引爆可以使箱梁抗弯能力达到最低;延时14.95 ms引爆可以使最大长度的桥墩混凝土崩落,承载能力最低。基于冲击波超压对目标的损伤判据,侵彻速度为800 m/s时采取0.95 ms左右的延时引爆可以在爆心半径3 m范围内重伤或致死桥面人员,装甲车辆受到轻度或中等破坏。研究成果可为侵爆战斗部侵彻速度及引爆时间合理设置,为增大桥梁损伤程度提供参考。     

TNT爆炸温度场热作用规律实验研究

为研究TNT装药空中爆炸温度场的热效应,开展了1、5和10 kg三种质量的TNT药柱在空气中的爆炸实验。采用WRe5/26热电偶获取了不同爆心距处的温度—时间曲线,分析了TNT装药温度峰值随距离和装药质量变化的规律。实验结果表明：TNT在自由场中爆炸时,热电偶响应温度—时间曲线呈单峰状。随着爆心距的增加,升温速率和降温速率逐渐下降,曲线的下降部分因未反应产物的二次燃烧会产生波动,延长温度持续时间;爆心距变化会对温度持续时间造成较大影响,但是质量的改变对温度持续时间影响较小,在自由场爆心近距离内时间变化率最大不超过10%;温度峰值与装药质量成正比,与爆心距成反比,在相同传播距离下,峰值下降的幅度随装药质量增大而减小。     

横向运动板干扰聚能射流的数值模拟

基于有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA和LS-PREPOST,用ALE算法对射流垂直侵彻横向运动防护板的过程进行模拟分析。防护板在不同速度下干扰射流时,对防护板和后效板上的开坑形状进行分析,并计算后效板上的最终侵深及射流轴线上的速度降,得到射流在横向防护板作用下后效板侵深及射流轴线上的速度降随防护板速度变化的曲线。结果表明,防护板抗射流侵彻能力随防护板速度的增加而增强,尤其是防护板横向速度在0～100m/s增加时,抗射流侵彻能力增强较为明显。     

结构参数对聚能射流侵彻性能的影响

聚能射流的侵彻能力主要由药型罩锥角角度(α)、药型罩厚度(β)、装药长径比(γ)以及装药外壳厚度(d)4个因素共同决定,为提高射流侵彻效能,对装药结构进行设计时,需要综合考虑各因素对侵彻效能的影响程度。对不同装药结构形成射流的过程进行数值模拟,取1.5倍炸高位置处的射流头部剩余速度以及射流有效长度作为评判射流侵彻能力的依据,对上述4个因素进行正交试验设计,研究各因素影响程度大小。开展射流侵彻靶板的试验,验证仿真方法的正确性。各因素对射流头部速度影响的主次顺序为：β>α>d>γ;对射流有效长度影响的主次顺序为：α>β>d>γ。研究结果可为聚能装药结构设计提供参考,可按各参数影响程度大小对装药结构进行设计。     

系缆龙须角对筒型基础拖航影响试验

系缆龙须角是影响气浮筒型基础拖航的主要因素之一。通过模型试验对顺浪拖航时结构在横向、纵向以及垂向振荡的加速度、筒内气压力和水压力以及拖缆力进行测量。试验结果表明：拖航加速度随着系缆龙须角从0°增大到90°呈先减小后增大的趋势;龙须角为0°时,拖航的加速度、筒内气压力和水压力以及拖缆力变化均明显大于有角度拖航;拖缆力呈脉冲变化,且在45°时取得较小值。因此对于该结构的拖航,为了保证在拖航中既具有较小的拖缆力,又具有较小的横向和垂向振荡,建议选取系缆龙须角为45°。     

陶瓷破片侵彻钛合金薄靶实验及数值模拟研究

为了研究非金属陶瓷破片对钛合金薄靶的侵彻效能,采用弹道冲击实验与有限元数值模拟相结合的方法,开展了破片直径和着靶角度对靶板破坏形态及弹道极限的影响研究。结果表明：在弹道极限情况下,陶瓷破片对钛合金薄靶的侵彻形态主要分为瓣裂穿孔和冲塞穿孔。其中,钛合金靶厚度为0.5～0.8 mm时,靶板的破坏形式主要以瓣裂穿孔为主,靶板厚度为1.0～1.5 mm时,对靶板的破坏形式为瓣裂穿孔和冲塞穿孔2种方式的耦合状态,靶板厚度为2.0 mm时,靶板的破坏方式为冲塞穿孔。随着破片直径的增大,陶瓷破片对靶板的弹道极限(V₅₀)逐渐减小,靶板背面造成的盘式隆起越明显。同时,随着陶瓷破片着角的增加,侵彻靶板的V₅₀也随之增加,当着角大于75°时,破片发生跳飞现象。研究结论对于反卫星武器战斗部威力设计具有重要意义。     

分段履带式水陆两栖车减阻增速试验及数值仿真

为了研究分段履带式水陆两栖车的水动力性能,实现减阻增速,将尾翼板安装到水陆两栖车的方艉部,并开展了水池试验和仿真研究,两者的研究结果具有较好的一致性。通过仿真研究了车体的纵向重心位置、尾翼板的长度和角度对水陆两栖车阻力性能的影响,并分析了阻力成分的变化趋势。研究结果表明:车体纵向重心位置在540～560 mm 时,车体所受水阻力最小;在速度为3～5 m/s时,长度为156 mm,与水平面夹角为10°的尾翼板减阻效果最明显,相比于原裸车体的阻力,减阻率达到34.3%;加装尾翼板可以增加车体的尾部中空区长度,相当于增加了水线长,增大了长宽比。该研究表明:适当调节重心位置和优化尾翼板参数,可以有效实现水陆两栖车的减阻增速。     

旋转自稳定末敏子弹运动特性分析

为研究某型旋转自稳定末敏子弹运动特性,充分考虑末敏子弹的结构强非对称特点和其初始抛撒条件,引入动不平衡弹体模型,推导超大攻角条件下子弹的空间6自由度弹道方程,计算分析子弹的稳态扫描运动特性。结果表明:子弹体的质量分布非对称和初始抛撒角速度是子弹药实现稳态扫描运动的必要条件;子弹扫描频率只由抛撒角速度ω_(σ0)决定,且和ω_(σ0)正相关;初始俯仰角φ_(a0)≥0°时,扫描角整体呈增大趋势,初始俯仰角φ_(a0)0°时,扫描角整体变化趋势为先减小后增大;扫描面积与配重-全弹质量比、初始俯仰角、初始偏航角和初始角速度呈正相关,与均质圆柱体转动惯量比呈负相关。     

层叠型缓冲靶板对弹载测试仪的保护作用研究

使用空气炮模拟火炮发射时的高过载环境对弹载测试仪进行测试时,弹丸撞击靶板会产生尖峰脉冲对测试仪造成严重的损伤,为提高测试仪的存活性,展开对缓冲靶板层叠方式(不同材质的靶板相互叠加的叠层结构)的研究。通过撞击动力学理论描述弹丸对靶板的压缩和侵彻行为,并结合动量守恒和能量守恒定律计算出靶板参数和传递到靶板上的冲量的关系。使用ANSYS/LS-DYNA建立弹丸正侵彻靶板模型,弹丸速度为200 m/s、质量为5.5 kg,仿真结果表明：3层总厚度450 mm的泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式能有效消除尖峰脉冲并缩短弹丸对靶板的作用时间,加速度均值约为7 000g,脉宽为2.8 ms。受条件限制,空气炮试验采用弹丸质量为5.5 kg、速度为150 m/s,并将缓冲靶板的单层厚度减小到100 mm,结果表明：在泡沫铝+泡沫铝+橡胶组合方式下,弹丸结构和测试仪功能完好,加速度均值约为27 000g,脉宽为0.55 ms。     

倾转机翼/旋翼机过渡姿态规划分析

针对带有倾转机翼段的新构型倾转旋翼机复杂的倾转过渡变构型过程,提出一种基于动量叶素理论的高速段倾转走廊边界计算方法。通过低速时机翼失速限制和高速时旋翼可用功率限制建立倾转过渡走廊计算模型,对比了传统构型倾转旋翼机和倾转机翼/旋翼机的倾转过渡走廊差别。对2种构型倾转旋翼机倾转过渡状态下前飞速度、机身迎角、旋翼桨距角姿态进行了对比分析。结果表明：带有倾转机翼段的倾转机翼/旋翼机具有更狭窄的倾转走廊,在短舱角0°状态,倾转机翼段占1/3展长的旋翼机相较于传统构型倾转旋翼机,倾转速度边界从39～57 m/s缩减到41.7～51.2 m/s,倾转操纵难度加大;在大于45°短舱角的倾转前期,同样的前飞速度和短舱倾转角状态下,倾转机翼/旋翼机机身迎角降低约2°,旋翼桨距角增大1°～4°,随着倾转过渡的完成,2种构型倾转旋翼机姿态差异逐渐变小。     

球面冲击波作用下船体梁运动响应特性

将船舶结构简化为刚塑性等截面船体梁,以炸药在船体梁中部正下方爆炸工况为研究对象,提出了一种计算船体梁在近场爆炸冲击波作用下发生整体运动响应的理论方法。根据冲击强度的不同,将整体运动划分为刚体运动和塑性运动,分别建立了相应的运动理论模型,并进一步分析了两种运动形式的一般特性。结果表明:船体梁发生刚体运动时,结构的整体运动速度和位移随着时间的增加而非线性增大,但运动幅值较小;船体梁进入塑性运动后,其运动过程可看作是正向刚体上升过程中叠加了一个反向塑性变形过程,且梁中部以反向变形损伤为主。     

多轴向织物层合板层间剪切强度有限元分析与实验研究

用VIMP工艺制备了UD、0/45/-45、0/45/90/-45三种多轴向织物增强,四种厚度的GFRP层合板试样,采用短梁剪切实验考察了层间剪切强度和破坏模式。建立了GFRP层合板短梁剪切试样有限元模型,计算了内部层间剪应力分布。结合计算和实验结果分析表明层合板存在由宽度方向层间剪应力变化导致的自由边缘效应,含偏轴铺层的层合板更容易发生边缘开裂破坏。厚度相同时0/45/-45多轴向织物增强层合板的层间剪切强度最高。短梁剪切强度测试存在尺寸效应,随着厚度的增加,强度下降,样品波动系数增大。     

内埋武器机弹分离动态风洞投放试验研究

基于动力学相似的动态风洞投放试验研究了尖拱圆柱体从空腔中分离的气动及运动特性,并创新性地采用快响应压敏漆技术对动态运动模型表面上的压力分布测量进行初步探索研究,试验中探究了不同空腔模型攻角(α=0°,-1.5°,-3°)及弹体在空腔内的不同位置(L₀=25 mm, 39 mm)对内埋武器机弹分离特性的影响。结果表明：弹体在空腔内的位置对机弹分离运动特性的影响最大,当L₀=25 mm时,弹体模型头部区域压力明显高于后部区域压力,产生抬头俯仰力矩,导致弹体模型俯仰角逐渐增大,最终碰撞空腔模型,降低载机攻角并未改变弹体模型碰撞空腔模型的效果。当L₀=39 mm时,弹体模型在给定的攻角下均能安全地从空腔中分离。     

新型微小管道机器人驱动特性分析

研制了一种具有"大驱动、快速、长距离运动"综合性能的新型微小管道机器人。机器人采用电机驱动蠕动式爬行方案,主要包括自调节支撑机构、柔性保持机构、软轴驱动机构、卸载机构等,适用于直径为15~20mm的微细管道。在介绍了工作原理及机构组成的基础上,对各机构的力学特性进行了分析。虚拟仿真和样机试验表明,机器人能顺利通过曲率半径不小于80mm的弯管,移动速度为8~10mm/s,具有0~90°爬坡能力,可双向移动,其负载能力不小于10N,载重自重比可达6.67∶1。