球形装药水下爆炸近场测量的连续探针法研究

为了在水下爆炸的单次试验中连续获得炸药爆轰波和近场冲击波的时程曲线,研制了一种压导式连续电阻丝探针,并基于此设计了球形装药水下爆炸测试系统。采用粉状黑索今（RDX）炸药进行120 mm直径的球形装药水下爆炸试验,测量获得了多组爆轰波-冲击波时程曲线。通过对爆轰波段数据进行拟合得到了待测RDX炸药的爆速,利用冲击波段数据计算得到了炸药爆压、绝热指数以及水中冲击波的衰减规律,并与康姆莱特半经验公式和数值模拟结果进行了对比。结果表明：运用新型电阻丝探针测得的RDX炸药参数与理论值相比,爆速、爆压和绝热指数的相对误差分别小于3%、5%和2%;模拟得到的近场冲击波峰压和速度曲线与试验结果基本吻合,最大误差不超过10%.     

方形坑道内爆炸冲击波传播规律

为研究方形坑道内的爆炸冲击波传播规律,开展了1.00,3.25 kg和10.28 kg三种质量的梯恩梯(TNT)药柱坑道内爆炸试验,记录了不同距离处的冲击波压力曲线,得到了冲击波到达时间、超压峰值、冲量等参量。结果表明,坑道内爆炸冲击波的传播分为三个阶段:自由场球面波传播、一维平面波传播和二者之间过渡阶段;除临近爆心处之外,超压峰值满足立方根比例定律,拟合得到了计算偏差不大于10%的超压峰值计算经验公式,冲量不满足立方根比例定律。     

鱼雷近场爆炸复杂载荷及对舰船毁伤模式

为科学评估鱼雷水下爆炸对舰船毁伤效能,基于非线性显式动力学分析软件LS-DYNA建立近边界水下爆炸数值分析模型。将近自由液面边界条件下的爆炸载荷计算结果与文献［6］经验公式及文献［17］试验结果对比,验证所建立的数值模拟方法能较好地反映近场水下爆炸的冲击波压力及多次气泡脉动过程。利用该技术构建与实战边界条件贴近的数值仿真模型,计算并分析多工况下鱼雷近场爆炸对舰船的毁伤模式。研究结果表明：近场不同边界条件对水下爆炸气泡脉动载荷具有重要影响;不同工况下冲击波、气泡脉动及水射流载荷与舰船结构存在复杂的耦合作用;鱼雷在近场不同工况下对舰船的作用展现出了不同的能量输出结构,与舰船最终的毁伤模式密切相关,且存在最优爆距使鱼雷作用于舰船的总能量最大。     

不同炸高爆炸条件地下工程内冲击波传播规律的工程算法

为了获取不同工况下工程内部冲击波的传播规律，采用可拼装式钢结构单元组成地下工程模型进行了48次不同炸高的模拟爆炸试验，在模型结构内部侧壁安装压阻式压力传感器测量冲击波波形，由实测数据拟合了深钻地爆炸条件下地下工程内冲击波正压冲量和正压作用时间的工程算法模型。结果表明，冲击波特征参量的取值主要与覆盖层配筋率、装药的比例炸高与比例爆距、结构横截面比例直径有关；模型相关系数大于0.8，平均误差小于20%，能为地下工程抗爆炸毁伤分析与设计提供荷载依据。     

一种RDX基温压炸药的JWL-Miller状态方程研究

为了研究某RDX基温压炸药的爆炸威力,对该温压炸药进行了Ф25 mm圆筒试验和野外静爆试验,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对圆筒试验的过程进行数值模拟,得到了该温压炸药爆轰产物的JWL状态方程参数。引入JWL-Miller模型对温压炸药在野外静爆条件下的冲击波传播过程进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行比对,确定了Miller模型中的铝粉二次反应速率参数。结果表明:运用所得JWL-Miller模型参数模拟得到的冲击波参数与静爆试验测得数据吻合较好,平均相对误差小于±5%。     

TATB基PBX炸药冲击波感度数值模拟研究

为研究TATB基PBX炸药的冲击波感度,采用显式动力学有限元程序——AUTODYN软件对某TATB基PBX炸药在冲击波作用下的临界起爆特性进行数值模拟。通过小隔板试验和冲击波在有机玻璃隔板中衰减模型的理论计算验证了数值模拟的可靠性,数值模拟中,通过3D模型的计算可以直观地看到在爆炸过程中冲击波传播的运动轨迹,模拟计算出某TATB基PBX炸药临界隔板值在5.5～5.7mm之间,临界起爆压力在3.19～3.44GPa之间,数值模拟结果与实验结果基本吻合。     

爆炸载荷下铝粉与橡胶复合材料中的冲击波传播特性

为研究爆炸载荷下冲击波在铝粉与橡胶复合材料中的传播规律,利用药柱加载的试验方法,采用锰铜压阻传感器测得铝粉体积含量为30%～60%的试样中6.50～14.25 GPa范围内的冲击波压力数据,结合材料的细观结构分析其对冲击波的衰减机理。通过试验与数值模拟相结合的方法获得冲击波在50%铝粉含量试样中的衰减规律。结果表明：在相同装药特性产生的爆炸载荷作用下,15 mm传播距离处的冲击波压力随铝粉含量的增加而先减小、后增大;铝粉含量为50%的含铝橡胶对冲击波的衰减能力最强,这与其表现出较强的黏性本构行为相关,数据拟合得到其冲击波压力衰减系数为0.066 8.     

冲击波作用下单层钢化玻璃抗爆性能的数值模拟研究

借助通用显式动力分析程序LS-DYNA软件平台,采用拉格朗日方法描述钢化玻璃,增加侵蚀算法来模拟钢化玻璃的破坏。钢化玻璃采用线弹性材料模型,通过建立的模型研究单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下的动态响应。利用场地试验结果对数值模型进行验证,证明了此模型的合理性。用已验证的模型对单层钢化玻璃在爆炸冲击波作用下进行数值模拟,得到一组单层钢化玻璃破坏的超压冲量临界点。通过数值模拟结果得到了爆炸冲击波对单层钢化玻璃损伤的超压-冲量曲线,进一步推导出了单层钢化玻璃损伤超压-冲量曲线的经验公式,并与数值结果进行比对,具有很好的吻合性。研究表明,得到的超压-冲量曲线及经验公式可以为单层钢化玻璃抗爆设计提供有价值的参考。     

大当量TNT装药爆轰的远场数值模拟及超压预测

利用AUTODYN-2D软件对1000kg TNT装药在空气中爆炸的情况,分别进行无限空气中一维数值模拟与有一定地面爆高高度二维数值模拟,结果表明:超压峰值的计算结果与经验公式的计算结果具有较好的一致性,在一定的范围内数值模拟很好的模拟了爆炸冲击波传播过程。在此基础上分析了爆高高度的影响,研究表明:在一定爆高高度情况下较触地爆炸,近场(水平距离S<10m)时超压峰值在随着h的增大而减小;远场(S>30m)冲击波峰值到达时间较晚,在炸高与水平距离之比h/S=0.1时超压峰值达到最大值。     

水下近距和接触爆炸流固耦合作用机理及加载效应研究

深入理解近距和接触爆炸(R0≤R≤6R0)范围内的流固耦合作用机理及加载特性,对水中兵器毁伤效应和舰船抗爆防护研究均具有重要的现实意义。为了揭示水下近距和接触爆炸范围内的流固耦合作用过程,对爆距小于或等于4倍药包半径范围内的背气钢板进行了水下爆炸试验,采用多普勒光纤探针和聚偏氟乙烯计测得了背气钢板典型位置处结构运动速度时程和壁压时程。建立了数值模型,并对试验过程进行了模拟。为了能够表征水下爆炸导致的空化及其闭合再加载过程,水介质用两相状态方程描述。结果表明,数值计算结果与试验结果吻合良好,验证了数值计算方法的可靠性。结合试验和数值结果,详细分析了水下近距和接触爆炸范围内冲击波的传播、冲击波与气泡(爆轰产物气团)的相互作用以及空化闭合再加载效应,揭示了结构上不同位置处的加载机理。     

基于爆炸冲击波的战斗部炸点位置预测

为解决侵彻战斗部在建筑物等目标内部爆炸后的爆炸位置难以测定的问题,提出一种基于爆炸冲击波超压测试数据的炸点预测方法.基于爆炸冲击波传播速度与冲击波超压衰减规律,构建冲击波到达时间与传播距离的数学模型,将超定非线性方程组的最小二乘解转换为无约束多元非线性函数的极值求解,应用MATLAB软件的fminsearch函数计算获取炸点坐标,并应用实爆试验数据对比分析计算结果与实测结果.结果表明:该方法具有可行性,用于末端动态速度小于476.42 m/s,战斗部炸点预测的偏差在1.5 m以内.     

低压环境下膛口冲击波实验研究

为了解低压环境下膛口冲击波的传播特性,进行了低压环境下膛口冲击波的压力测试实验。通过低压舱配合抽真空装置实现低压环境,设计膛口冲击波压力测试系统,测得海拔12 km内7个高度对应压力下膛外多点处的压力曲线。实验结果表明：低压环境下冲击波场在膛口的分布规律与常压环境下一致;膛口冲击波强度随环境压力的降低近似呈线性减小,10 km高空的膛口冲击波强度仅为地面膛口冲击波强度的一半。研究结果对高空环境下膛口流场控制具有参考意义。     

杀爆战斗部破片与冲击波运动规律研究

通过对杀爆战斗部爆炸后破片运动及冲击波传播的研究,为提高破片和冲击波相遇位置的计算精度,理论推导了新的计算方法。采用Visual C＋＋开发破片与冲击波运动规律计算系统使计算方便。运用AN-SYS／LS-DYNA数值模拟了某预制破片战斗部爆炸后破片与冲击波的运动,数值模拟与该模型计算结果相符,较以往计算模型精度提高了8.3％。     

水中爆炸冲击波传播与气泡脉动的实验及数值模拟

以实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水中爆炸冲击波传播及气泡脉动规律。应用国际上通用的有限元程序MSC．DYTRAN模拟在重力影响下水中爆炸冲击波及气泡脉动的全物理过程,并将计算结果与实验结果进行对比分析,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确。以此为基础,分析和总结了网格密度、圆柱形炸药长径比、爆炸距离、爆炸角度对冲击波峰值的影响。有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值。     

空中爆炸问题的高精度数值模拟研究

针对空中爆炸初期强间断和爆炸后期接触间断物理特性,提出了虚拟流体方法（GFM）和真实虚拟流体方法（RGFM）2种界面处理方法相耦合的计算方法。在高密度比、高压力比同时存在的 爆炸初期和压力、密度及速度等物理量相接近的爆炸后期,分别采用RGFM和GFM对物质界面两侧物理量进行处理。采用Local Level Set方法对运动界面进行追踪,并用5阶高精度加权本质非振荡（WENO）格式和3阶TVD Runge-Kutta方法对控制方程进行离散,编制了空中爆炸数值模拟程序,应用该程序对不同高度近地面空中爆炸以及冲击波与挡墙相互作用问题进行数值模拟,模拟结果能够较好地反映空中爆炸中冲击波的产生、传播、反射、绕射及爆炸产物的膨胀等现象,并与经验公式和试验结果吻合较好。证明了该耦合方法能够模拟空中爆炸问题,并且爆炸波在传播过程中具有很好的对称性,为模拟高密度比、高压力比的多物质之间相互作用问题提供了有效的计算方法。     

舱室内爆炸压力载荷测试方法研究

针对装药在密闭或准密闭舰船舱室内的爆炸实验,研究首次反射冲击波和准静态压力两种毁伤压力载荷测试方法。分析了舱室内装药爆炸形成的首次反射冲击波和准静态压力两种载荷的频率与幅值特性,阐明了采用不同频响传感器分别进行测量的必要性和合理性;提出了采用高频压电传感器测量首次反射冲击波和低频压阻传感器测量准静态压力的传感器选型方法;给出了专用工艺工装设计以及传感器布设方法,其中尼龙套筒工装可有效起到绝缘和衰减应力波的作用,其内腔传压管设计可有效消除爆炸产生的高频信号和光、热信号对压阻传感器的干扰,从而保证了测试精度。进行了模拟舱室内的装药爆炸实验,所得测试数据与经典公式计算结果一致性良好。研究结果表明：所提出的舱室内爆炸毁伤压力载荷并行测试方法以及工艺工装设计合理可行,能够在获取足够精度的反射冲击波数据基础上更加精确地获取准静态压力峰值及衰减规律;为了准确获取舱室内爆炸压力载荷数据,在合理预估待测信号幅值范围前提下,首次反射冲击波测试采样率应为兆赫兹量级,准静态压力测试采样率应为千赫兹量级;为了防止干扰信号对测试的影响,应采用尼龙套筒工装并采用过盈配合的安装方法。