舱室结构对炸药内爆响应特性的数值模拟研究

为研究炸药在舰船舱室内爆炸的毁伤作用效果,利用ANSYS/LS-DYNA数值模拟软件建立带有加强筋结构的典型单舱室模型,采用流固耦合算法模拟舱室内爆下冲击波的传播和舱壁的结构响应,分析不同炸药质量与起爆位置对舱室壁的影响.研究表明:在冲击波作用下,舱壁中心相比角隅处的变形更为严重;舱室角隅处容易引起冲击波的汇聚叠加,汇...     

大型水面舰船防护水舱内爆炸的数值模拟

随着反舰武器的发展大型水面舰船舷侧多层防护结构受到更严酷的考验.反舰武器战斗部有可能进入原本设计用来阻拦爆炸破片的水舱内爆炸.针对这种情况,采用MSC.Dytran中的一般耦合计算方法对水舱和空舱内爆炸流场及其对舱壁结构造成的变形与破损进行了数值模拟与分析.     

爆炸波与破片联合作用下结构的局部与整体破坏效应分析

提出了一种分析爆炸波与破片联合作用下钢筋混凝土板和拱结构局部与整体破坏效应的工程计算方法,以MK82战斗部在距离结构10m处爆炸为例,采用有限元软件详细分析了爆炸与破片联合作用下结构的局部与整体响应。结果表明,由于爆炸产生的破片先于冲击波达到结构,破片对结构造成的局部损伤对结构整体响应影响不大,结构主要还是受爆炸冲击波荷载的作用。     

舰船防护结构穿甲后爆炸的数值仿真分析

为了研究冲击爆炸作用下舰船防护结构的破坏情况,将该结构简化为多层板架结构,借助于有限元程序LS-DYNA中的ALE算法,同时考虑穿甲和爆炸的作用,对其在穿甲后爆炸荷载作用下的非线性动态响应过程进行仿真分析,描述了钢板的破口形状、破口半径及板上单元等效应力随时间变化的情况,并与舷外接触爆炸对结构的破坏情况进行比较.结果表明穿甲后爆炸能对舰体内部造成破坏,因此它是一种比较理想的反舰攻击方式.     

水下爆炸条件舰船舱段局部强度仿真试验研究

以某舰船为例进行水下非接触爆炸数值仿真试验,通过典型舱段局部强度仿真试验考核舰船结构的抗爆抗冲击能力。采用Geers and Hunter模型计算水下爆炸载荷的冲击波压力,并且在考虑流固耦合问题的基础上,采用ABAQUS软件中的结构计算模块计算船体结构响应,对舰船局部强度校核评估。在不同舱段结构位置进行了不同冲击因子的水下爆炸数值试验,得到了主要船体舱段结构的动响应,并对舰船舱段结构局部强度进行抗冲击评估。仿真试验结果对于开展舰船结构局部强度的抗冲击评估具有重要意义。     

杀爆战斗部动态破片威力场分布规律研究

运用LS-DYNA软件对杀爆战斗部破片场数值仿真,研究杀爆战斗部落角、爆高、落速三种因素对破片场分布规律的影响.研究结果表明:动态破片威力场分布受落角和炸高的影响较大,而落速对破片场分布影响相对较小.随着落角的减小,地面破片场的分布呈现规律性变化:圆形→椭圆形→球锥形→大锥角,且杀伤面积和穿甲效率面积呈递减趋势.随着战斗部爆高的增加,杀伤面积和穿甲效率面积,呈现先增大后减小的变化趋势,该战斗部在爆高20m时达到最优值.最后进行终点效应试验验证,研究结果对杀爆战斗部毁伤威力的提高具有一定参考价值.     

大型水面舰艇防雷舱结构防护机理数值仿真

为研究大型水面舰艇防雷舱结构的防护机理,运用MSC.Dytran,建立多材料和多耦合面的流固耦合模型,模拟了典型防雷舱结构在水下接触爆炸作用下的变形与破坏,并与试验结果进行对比,验证该方法的正确性.在综合分析防雷舱结构破坏的基本过程、外板对冲击波的响应、第1层空舱和液舱防护机理的基础上,分析了水下接触爆炸时冲击波荷载和气泡膨胀荷载分别对防雷舱结构的作用机理,研究了防雷舱结构对水下接触爆炸的防护机理.结果表明:外板是防护冲击波的主要载体,高速度破片的防护主要依赖防护液舱,而气泡膨胀荷载的防护则需要第1层空舱的舱壁结构整体承担.     

板壳结构接触爆炸数值仿真分析

接触爆炸载荷作用下板壳结构的变形和破损是非常复杂的非线性动态响应过程,现有的各种理论和实验研究方法都有各自不同的应用范围与条件.借助于有限元程序LS-DYNA中的ALE算法,对空气中单层钢板在凝聚态炸药接触爆炸载荷作用下的非线性动态响应过程进行了数值仿真,描述了2种物质的流动以及钢板的破口形状、尺寸和塑性区域随时间增加的变化情况,定量给出了钢板的最大破口半径与炸药装药量之间的关系式.仿真分析表明ALE算法适用于解决接触爆炸过程中的流一固耦合问题,模拟和预测材料在爆轰波冲击下的非线性动态响应.     

球面加载法在舰船舱室爆炸破坏环境中的应用

在研究空中爆炸及舰船密闭舱室爆炸时,提出了球面加载法对现有有限元程序进行改进,计算结果表明:球面加载法能有效改善现有有限元软件在计算冲击波在流场中衰减过快的弊端,且采用球面加载法得到的流场冲击波压力与理论值吻合良好.在此基础上,采用球面加载法对某舰密闭舱室遭受反舰导弹攻击发生爆炸时的破坏环境进行了计算,给出了密闭舱室爆炸时舰船的破坏环境.研究结果对开展相关的研究具有一定的参考价值.     

框架结构在制导爆炸荷载作用下的毁伤效应

为了研究精确制导武器对框架结构的毁伤效应和破坏规律。基于ANSYS/LS-DYNA非线性动力有限元程序理论,考虑炸药、空气及其与结构的耦合作用,采用适合于处理大变形问题的ALE流固耦合算法,建立了框架结构整体的数值计算模型。对导弹爆炸荷载作用下框架结构的爆炸破坏过程进行了数值模拟,其结果较好地反映了爆炸毁伤作用过程。对框架整体的毁伤效应进行了分析,得到结构毁伤破坏规律;研究了毁伤效应对炸药量、起爆点位置以及结构延性等因素的敏感性,其中爆点位置是影响结构毁伤程度最敏感的因素。研究结果可为建筑物毁伤效应评价准则的建立提供一定的支持。     

EFP Warhead Missile Fuze Analysis and Simulation

The explosive formed penetrator (EFP) warhead missile projects the blast fragments in one direction normal to the missile longitudinal axis. Through analyzing on the two restrictions of EFP warhead explosion: trajectory restriction and attitude requirement, the concept of fuze time-delay tolerance is presented to be the measurement of the time of the EFP warhead explosion. The calculation models of fuze time-delay tolerance under two restrictions are provided. Some crucial parameters playing important roles in calculation under attitude requirements are simulated. The simulation results show that the engagement plane angle, roll rate and warhead attack standoff influence the tolerance dramatically.     

航空炸弹杀爆战斗部综合毁伤分析研究

战斗部综合毁伤是战斗部最重要的特性,也是衡量战斗部设计优劣的重要指标之一.预制破片的速度是战斗部综合毁伤很重要的指标.针对目前战斗部爆炸破坏机理需完善和试验费用昂贵的现状,基于理论计算和数值模拟分析了战斗部的综合毁伤.本文对杀爆战斗部的静态和动态杀伤威力、毁伤概率等综合毁伤指标进行了分析,计算结果与试验测试数据较为吻合,对新产品研制、论证具有一定的参考价值.     

Numerical Simulation on Explosion in Double-Layer Medium of Concrete and Soil

The numerical simulation on explosion in concrete and soil is performed by using the three-dimension finite element code LS-DYNA, into which a continuum damage model which can well describe the fracture of concrete is implemented. As a consequence, wave propagation and attenuation in concrete and on soil-concrete interface are obtained respectively. Moreover, the damage regions of concrete at different thicknesses of soil （TOS） and depths of charge （DOC） are procured. The existent soil reduces damage region of concrete. Numerical results provide reference for design of warhead and protective structure and blasting.     

Numerical Simulation on Explosion in Double-Layer Medium of Concrete and Soil

The numerical simulation on explosion in concrete and soil is performed by using the three-dimension finite element code LS-DYNA, into which a continuum damage model which can well describe the fracture of concrete is implemented. As a consequence, wave propagation and attenuation in concrete and on soil-concrete interface are obtained respectively. Moreover, the damage regions of concrete at different thicknesses of soil (TOS) and depths of charge (DOC) are procured. The existent soil reduces damage region of concrete. Numerical results provide reference for design of warhead and protective structure and blasting.     

Simulation on damage effectiveness of hexagonal prism aimable warhead with multi-point synchronous initiations

In order to study the impacts of warhead geometry and initiation pattern on the lethality of aimable warhead,multi-point synchronous initiated hexagonal prism and cylindrical warheads were compared through numerical simulation,combined with theoretical formulas of fragment deceleration and target plugging.Enhancements of fragment velocity,kinetic energy and density toward the target and target destructions were analyzed.The results show that hexagonal prism warhead can produce dense fragment beams and enhance average velocity and kinetic energy with asymmetric eight-point initiation by 24.13% and54.52%respectively,which are higher than those of the isometric or same weight cylindrical warhead.The effective fragments are still relatively concentrated in an area of 8m×2mfor the hexagonal prism warhead when the distance between warhead and target is 40m.     

基于立体视觉的数字图像相关方法在爆破抛掷作用研究中的应用

爆破抛掷物能否按照设计运动直接决定爆破工程的成败。为进一步研究爆破抛掷作用过程,量化研究抛掷物运动状态,本文采用数字图像相关和立体视觉原理,建立了爆破抛掷物运动观测系统。应用该系统观测了混凝土模型爆破试验过程,通过数字图像相关匹配算法进行抛掷物的跟踪,通过立体视觉技术计算抛掷物三维运动轨迹坐标,进而得到了其运动速度。结果表明,抛掷物的运动过程可分为整体加速运动和分散减速运动两个阶段。在第一阶段：在爆生气体推动下,抛掷物以一整体做加速运动,此阶段持续时间9ms,在6.5ms时抛掷物脱离爆破漏斗,最大速度可达16.63~19.65m/s;在第二阶段：抛掷物逐渐破裂、分散成块,处于不同区域、不同形状的碎块运动状态均不同,表面碎块的速度最大,可达26.24m/s,是潜在的爆破飞石,其只受到重力和空气阻力作用,做减速运动;中下部碎块在残余气体推动下,同样做减速运动,但减速缓慢,速度为9~16m/s;薄片状碎块在飞行中不断翻转,消耗自身动能,其中速度最小的仅为5~6m/s。整体运动阶段简单,而分散运动过程较复杂,除爆破参数、介质自身性质外,抛掷物碎块的形状、所处位置也会影响其运动状态,抛掷物表面碎块速度最大,更易形成爆破飞石。本文为量化研究爆破抛掷作用和预测爆破飞石提供了一种有效的新方法。     

带自复位耗能连梁的剪力墙结构的抗震性能

为了减小强地震作用下钢筋混凝土联肢剪力墙的连梁结构损伤,实现震后结构功能的快速恢复,提出了一种兼具自复位和耗能功能的新型自复位耗能连梁。新型自复位耗能连梁在跨中安装了由形状记忆合金绞线和粘弹性耗能单元并联而成的新型复合自复位阻尼器。以一榀10层双肢剪力墙结构为例,对连梁跨中分别安装该新型自复位阻尼器的联肢剪力墙、粘弹性阻尼器的联肢剪力墙和普通钢筋混凝土连梁的联肢剪力墙进行了动力时程分析,对比分析了不同阻尼器对联肢剪力墙结构的减震效果。结果表明：地震作用下,结构变形和耗能都集中在连梁阻尼器上,但新型自复位连梁阻尼器对结构地震响应的控制效果要优于粘弹性阻尼器,新型复合连梁阻尼器在地震过程中表现出较好的自复位及耗能能力。     

管桥耦合下管线悬索桥的动力特性和地震反应

为了研究管线悬索桥大直径管线和桥梁的耦合作用对结构动力特性和地震反应的影响,以澜沧江管线悬索桥为研究对象,利用有限元软件建立实桥模型,分析了管线悬索桥在管桥耦合作用下的动力特性,并研究了管桥耦合对桥梁地震反应的影响.结果表明,与未耦合时相比,管桥耦合作用下桥梁结构的自振周期较长,自振模态被激励的先后顺序发生变化;在地震波激励下,管桥耦合作用对管线悬索桥不同构件的受力和变形具有不同的影响,其中索塔顺桥向剪力和主梁横向位移均减小,主梁上弦杆轴力和竖向挠度均增大.在计算过程中考虑管桥耦合作用的影响能够比较真实地反映结构实际的动力特性.