浅层水中水底爆炸冲击波压力测试及分析

本文介绍了四个球形装药浅层水中水底裸爆时冲击波荷载的测试技术及测试数据的分析。     

水中爆炸作用下隧道毁伤效应研究

为研究隧道在水中爆炸荷载作用下的毁伤机理和破坏形态,选取典型管节,建立隧道管节的耦合Lagrange-Euler(CLE)三维数值模型,通过水下爆炸试验验证了CLE方法和材料模型的准确性。开展隧道管节的毁伤效应数值模拟,分析冲击波作用过程、管节损伤演化过程和管节破坏机理;进行参数分析,比较不同炸药当量和爆炸距离对管节毁伤程度和破坏模式的影响。结果表明：在水中爆炸作用下,隧道管节的损伤过程超过冲击波的作用时间。在同种炸药当量下,管节前壁的损伤程度随爆炸距离的增加而降低;后壁的损伤程度主要受炸药当量影响,爆炸距离对其影响较小。以位移变形为损伤指标,拟合得到函数关系式,并给出不同破坏程度的临界曲线,可用于评估隧道管节的破坏程度。     

水下爆炸中自由场压力和船体壁压的测量与分析

对水下爆炸中自由场压力的水面截断效应及冲击裁荷与船体相互作用的船体壁压进行了分析,得出了自由场压力的水面截断效应及早期的船体壁压计算近似公式.测量结果表明,球形装药中心起爆后形成的冲击波一般不是一条光滑曲线,而是会有多个振荡峰;当自由场压力测点离水面较近时,测量的自由场压力会出现明显的水面截断现象;船板在水中爆炸冲击渡的作用下产生的运动和变形对水中压力场有很大影响,舰体壁压反射系数与冲击波的入射角度有关.     

近壁面水下爆炸冲击波载荷参数研究

水下爆炸过程中结构会受到冲击波载荷的作用同,同时结构也会对冲击波栽荷产生反作用.为了解结构对冲击波参数的影响规律,从牛顿第二定律出发,推导了冲击波压力、正压作用时间和比冲量与板厚之间的关系.为验证计算方法的正确性,设计了验证性试验,试验证实计算结果与试验结果吻合较好.计算表明:冲击波载荷参数主要受到板厚的影响,板厚越厚...     

内爆炸坑道中冲击波冲量试验

为获得内爆炸情况下坑道中冲击波冲量的传播规律,进行了坑口内装药比例模型坑道爆炸试验.模型坑道为等截面钢筋混凝土直墙圆拱结构,截面积为0.67 m2;TNT炸药的装药量范围为400～800 g.用压力传感器记录了坑道中的冲击波波形,分析了实测的冲击波波形和冲击波冲量的传播规律,由实测数据拟合出了冲击波冲量沿着等截面直坑道传播的工程经验公式.算例分析表明,提出的冲击渡冲量工程经验公式具有一定的应用价值.     

冲击波和气泡载荷联合作用下加筋板塑性变形

水下爆炸冲击波和气泡载荷对舰船结构都有不同程度的毁伤作用,计算舰船结构在水下爆炸载荷作用下的塑性变形时,需要同时考虑两种载荷的影响.通过对加筋板结构刚塑性分析,运用Lagrangian方程,得到一种计算冲击波和气泡脉动压力波联合作用下加筋板塑性变形的方法.该方法计算结果与试验值和文献值吻合较好.对该计算方法的适用范围进...     

爆炸冲击波作用下板架结构响应研究综述

板架结构是飞机和水面舰艇主要的组成单元,研究其在爆炸冲击波作用下的变形和破坏对目标结构的防护设计具有重要意义。国内外学者对板架结构在冲击波载荷作用下的变形与破坏进行了大量研究,形成了诸多成果。本文中从理论分析、实验研究和数值模拟3个方面总结了爆炸冲击波载荷作用下板架结构响应领域的研究现状,并对未来研究方向提出一些建议,为相关结构的抗爆设计以及战时毁伤评估提供参考。     

一种新型防护结构对爆炸冲击波衰减特性的研究

运用大型有限元软件LS—DYNA,在相同爆炸冲击波作用下,对洞库口部普通钢板防护门和有泡沫铝夹层的钢板防护门两种防护结构的隔爆性能进行了数值模拟和对比分析,结果表明:有泡沫铝夹层的钢板防护门对爆炸冲击波有着良好的衰减特性。同时表明该新型防护结构对洞库口部抗爆炸冲击波设计有着很高的参考价值。     

爆炸冲击波对靶板的损伤仿真与评估研究

为了研究爆炸冲击波对武器装备的损伤,建立了炸药爆炸冲击靶板的有限元模型,对不同厚度靶板在确定爆炸冲击环境下的损伤进行了仿真试验。不同于传统的宏观破口尺寸损伤表征参数,引入了等效塑性应变来精确描述靶板损伤,并提出了一种基于主成分分析理论对靶板损伤进行评估的方法。结果表明：利用该方法所得到的计算结果与理论分析结果完全一致。这说明基于多元统计分析的靶板损伤评估方法是切实可行的,可以进一步应用于装备爆炸损伤评估与易损性研究中。     

大型水面舰艇在重型鱼雷水下近距爆炸作用下的毁伤效应

以单发某重型鱼雷击沉DD973驱逐舰的实船打靶试验为例,揭示了船体梁结构在船中底部近距离水下爆炸作用下最终呈现中垂破坏现象.建立了该问题的物理仿真模型,再现了船体梁在水下爆炸近场冲击波正压和负压交替作用下的中垂破坏过程.与实船打靶试验情况进行对比的结果验证了数值计算结果的有效性.在此基础上,分析了船体梁结构在水下爆炸近场球面冲击波和动态气泡作用下的内力和变形规律.     

模拟油罐油气混合物爆炸实验与数值仿真研究

对模拟油罐内油气混合物爆炸冲击波特性进行了研究.在直径为1 m的模拟油罐中进行了油气混合物爆炸模拟实验,建立了模拟油罐油气混合物爆炸的数值仿真模型,并借助大型商业软件Fluent6.2完成了数值仿真研究.数值仿真结果与实验值较为吻合.模拟实验和数值仿真研究的结果表明:油气体积分数、罐内初始温度等决定模拟油罐油气混合物爆炸压力的大小.油罐内爆炸压力波的振荡特性对金属油罐结构来说是有害的.     

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。     

爆炸冲击波对装甲车辆的毁伤效能

针对弹药爆炸对装甲车辆毁伤这一复杂问题进行了合理的简化,研究冲击波对靶板的作用过程。利用AUTODYN软件对爆炸冲击波对靶板的作用过程进行了数值模拟,分析了靶板前后空气压力的变化情况,得到爆炸冲击波作用下靶板中心的挠度值,并与理论计算结果相对比,二者具有良好的一致性,为下一步冲击波的毁伤效能研究提供参考。     

DAS－820在爆炸冲击波量测系统中的应用

本文重点介绍了一个以高速数据采集系统DAS－820为主的爆炸冲击波量测系统,同时对该量测系统的数据及误差进行了分析,计算。     

水下近距爆炸作用下弹性钢板处的空化特性研究

弹性钢板在水下近距爆炸作用下,冲击波会使其附近流体形成局部空化,脉动气泡会使流体形成锥形空化。利用平面冲击波理论对局部空化的形成特性进行了研究,理论分析了结构目标尺度的变化对空化区域形成的影响,并通过具体试验对局部空化理论进行了验证,两者符合较好;通过试验和数值仿真方法研究了气泡脉动引起的锥形空化的形成特点,初步分析了锥形空化的形成原因。结果表明,锥形空化对结构具有较大的冲击作用。     

水下爆炸仿真参量设置影响研究

本文中研究了水下爆炸数值仿真参量设置对冲击波与气泡载荷计算结果的影响。构建一维楔形网格,研究了flow-out、transmit和none三种边界条件对气泡脉动特性的影响,表明应建立足够大的水域来模拟无限水域从而消除边界对气泡脉动的影响;构建不同水域尺寸的仿真模型,结果表明所述装药条件下合适的水域半径为1 200倍装药半径;网格密度影响水下爆炸冲击波压力峰值,基于计算结果拟合得到了5%误差和10%误差下网格尺寸最小取值的计算公式。研究结果为水下爆炸载荷高精度计算提供重要参考。     

不同边界条件下水下爆炸气泡的数值模拟

采用有限元程序MSC.Dytran对不同边界条件下水下爆炸气泡的脉动过程进行了数值模拟。对数值模拟中的一些重要问题,如炸药药包的建模、网格密度、状态方程和静压力场的设定等问题进行了探讨。对无限水域中的水下爆炸气泡以及自由面边界、水平刚性面边界和垂直刚性面边界三种边界条件下的水下爆炸气泡进行了数值模拟,分析了水下爆炸气泡的半径、外形变化、气泡脉动压力、流场中的速度分布,结果发现边界的存在对气泡外形的影响较大,刚性边界面会使气泡脉动压力增大较多,而自由面边界对气泡脉动压力的影响较小。将数值模拟的结果与理论模型、经验公式和试验结果进行了比较分析,结果吻合较好。     

惰性气体中电爆丝爆炸激励冲击波的理论分析

建立了惰性气体中电爆丝爆炸激励的冲击波模型。对于冲击波马赫数与光辐射强度的关系、惰性气体种类对冲击波强度的影响以及电爆丝根数对冲击波强度的影响,进行了理论计算与分析,所得结论对红外脉冲强光辐射源的研究有重要作用。     

舰船局部结构在水下爆炸气泡载荷作用下的塑性变形分析

在水下爆炸载荷作用下的舰船局部结构塑性变形计算中,往往只考虑冲击波载荷的影响而忽略气泡载荷的影响。为研究气泡载荷在舰船局部结构塑性变形中所占的比例,利用通用有限元软件Abaqus,对舰船局部结构典型形式加筋板模型在水下爆炸载荷作用下的动态响应进行了数值仿真。其中,载荷计算采用了Geers-Hunter模型,材料本构采用了Johnson-Cook模型。分析仿真结果发现,模型中点变形挠度明显分为两个阶段,很容易区分冲击波载荷引起的变形和气泡载荷引起的变形。将最终变形挠度仿真计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。计算结果表明:由气泡载荷引起的加筋板塑性变形挠度超过总变形挠度的30%,所以在计算中气泡载荷的影响不容忽视。     

基于水下脉冲放电的冲击波聚焦实验研究

冲击波的聚焦可以在聚焦区域形成局部较高的压力.基于能产生较强冲击波的水中脉冲放电声源和具有会聚作用的旋转椭球面反射罩建立了水下冲击波聚焦系统,开展了水下冲击波聚焦的实验研究,分析了水下冲击波的聚焦过程.对压力历史、轴线上的压力分布及峰值压力进行了分析,研究了旋转椭球面反射罩的聚焦特性.实验发现聚焦区域会产生负压,并导致局部空化.基于冲击动力学理论对这一现象进行了分析.实验结果表明,水下冲击波聚焦系统具有显著的聚焦效果.