次生冲击波超压的实验研究和数值模拟

随着武器科技的发展,冲击波对掩体内部人员的伤害已经不能忽略。利用自行设计的爆炸实验研究了泡沫铝作为底板材料对爆炸冲击波在结构后产生的次生冲击波超压的衰减,并利用LS-DYNA模拟实验结果。通过数值模拟还研究了泡沫铝的排序结构对其防爆震效果产生的影响。     

泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响

为了研究泡沫铝材料对水下爆炸冲击波的衰减特性,将泡沫铝材料制成不同壁厚的泡沫铝壳,初步研究了泡沫铝壳对水下爆炸冲击波衰减的影响.利用水下压力测试系统,分别测试了裸太安(PETN)药柱和将PETN药柱分别放入壁厚为1.5,2.5,3.5 cm的泡沫铝壳中爆炸条件下,距药柱0.5 m处的冲击波时程压力.通过对数据分析,发现...     

泡沫铝冲击衰减特性的研究

在轻气炮试验装置上对开孔泡沫铝的冲击衰减特性进行了试验研究,得出了在冲击波加载条件下开孔泡沫铝中的冲击波压力及波速随距离的变化关系曲线.结果表明:开孔泡沫铝具有良好的冲击衰减性能,使冲击波压力在其中呈指数关系衰减,而波速则随距离呈线性关系衰减.     

水下防护结构的爆炸冲击动力学仿真

水下防护结构的爆炸冲击动力学仿真,应用非线性有限元数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA分析不同防护结构对水中冲击波的防护效果.其数值模拟控制方程包括:质点运动、动量守恒、质量守恒、能量守恒、本构及状态方程6类.并以钢板、钢-铝、钢-橡胶等组合为例,使用流固耦合方法计算炸药对结构的作用.结果表明其采用的物理模型和数值算法较为合理.     

分层泡沫铝夹芯球壳对近场水下爆炸的响应

通过耦合间断伽辽金法和有限元法,将爆炸气泡和水模拟为一维球对称问题、分层泡沫铝夹芯球壳模拟为二维轴对称问题,进而求解分层泡沫铝夹芯球壳在近场水下爆炸载荷下的流体与结构响应,分析了夹芯泡沫分层对流固耦合作用和抗冲击性能的影响。分析结果表明,软芯层靠近水排列能够降低爆炸载荷输入到结构的总能量,强芯层靠近水排列能够更有效地对结构加以防护。     

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.     

爆炸冲击波对轻型装甲车辆底装甲毁伤效应数值仿真

为了分析爆炸冲击波对轻型装甲车辆底装甲的毁伤规律,在确定底装甲遭受爆炸冲击波毁伤主要影响因素的基础上,采用数值仿真方法进行毁伤效应研究.利用非线性动力学软件AUTODYN进行有限元建模,重点对底装甲厚度、材料、结构和爆距等因素对装甲底板遭爆炸冲击波毁伤的影响规律进行了研究.结果表明单一金属结构中均质装甲的防护性能最优,与复合装甲防护性能相似,硬铝防护性能最差.V形底装甲结构角度为10°时综合防护性能最佳,如果在V形板上加装平板后的抗毁伤能力更强.研究结果将对轻型装甲车辆底部防护与毁伤效能评估提供基础.     

破片与冲击波联合作用下多孔泡沫铝夹芯复合材料板的防护性能

多孔泡沫铝钛合金板不仅克服了传统防护结构质量大、运输不便等缺点,还具有耐疲劳、比强度高等优点,对抗爆防护材料轻质化、高效化具有十分重要的意义。采用有限元仿真分析软件LS-DYNA,对夹芯复合材料板在冲击波与破片联合作用下的失效模式和防护性能展开了数值模拟,对比分析了不同排列方式下泡沫铝夹芯结构对背板变形程度的影响。结果表明：在40 cm爆距下,破片会先于冲击波对靶板进行作用,且破片载荷强度远大于冲击波载荷强度;当厚度方向的结构按照“1 mm厚钛合金面板+10 mm厚泡沫铝+10 mm厚泡沫铝+10 mm厚纤维+1 mm厚钛合金背板”排列时,背板变形位移最小,结构总内能最高,分别为13.9 mm和52.7 kJ,此工况可以更有效地降低结构整体变形程度,吸收面板变形所产生的能量。     

多层泡沫铝夹芯板的抗爆性能

泡沫铝是一种具有优异吸能性能的多功能材料,多层泡沫铝和钢板组成的夹层具有良好的抗爆能力。为了研究不同密度泡沫铝排序对夹芯板抗爆能力的影响,选取相对密度分别为13%、16.7%、20.4%的三种泡沫铝组成九种不同结构的排列方式。利用LS-DYNA软件进行了爆炸过程的数值模拟,并且对部分结构进行了爆炸作用实验。结果表明,实验和数值模拟结果吻合较好。在爆炸载荷作用下,泡沫铝的变形可以分为三种模式,即弹性变形、塑性变形和胞壁断裂的致密变形;泡沫铝密度递减结构的底板横向挠度比泡沫铝密度递增结构小;并且在同样的爆炸载荷作用下,泡沫铝密度递减结构的透射波强度只有密度递增结构的31.6%;这表明泡沫铝按照密度递减的顺序排列能够提高整体结构的抗爆能力。     

强爆轰环境下测试仪器防护技术仿真研究

为了获得强爆轰环境下弹载测试仪器安全防护的设计参数,以某小型战术导弹为模型,仿真了30kgTNT炸药爆炸时,在泡沫铝材料防护下测试仪器位于仪器舱内不同位置的受力情况.数值模拟结果显示采用泡沫铝包裹方式进行防护时,加速度量值被降低到原来的百分之一,而压力降低到原来的二十分之一.采取灌封、强化结构等措施以后,测试仪器完全可以承受这一量值的冲击.     

泡沫铝复合结构的应力波防护性能研究

为研究泡沫铝复合结构对应力波的防护能力,利用传统和改进的分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对不同相对密度及不同厚度组合的泡沫铝-铝板复合结构进行冲击试验。研究结果表明：泡沫铝作为夹层,可使入射波分多次传到背板,延迟应力波到达时间,降低了应力波强度。随着泡沫铝夹层厚度的增加,应力波衰减效果明显。泡沫铝-铝板复合结构作为面板,应力波的加载方式发生变化,上升沿得到改善,脉冲宽度增大,最大应力幅值降低,同时吸收大量冲击能,是一种良好的应力波防护材料。增大复合结构中泡沫铝厚度,应力波的上升沿时间延长、斜率减小,应力幅值降低,但脉冲宽度变化不大;铝板厚度对应力波传播影响较小。随着泡沫铝相对密度的增加,经泡沫铝-铝板复合结构作用后,应力波的上升斜率减小,最大应力幅值降低,但脉冲宽度和上升沿时间不变。     

典型泡沫铝夹芯材料的枪弹侵彻仿真与实验

为考察枪弹打击下三明治型泡沫铝夹芯材料的防护性能,采用仿真分析与实弹打击试验相结合的方法,研究7.62 mm枪弹对不同面板配置泡沫铝夹芯材料的打击效果.结果表明:增加泡沫铝芯层后,金属层合材料的抗侵彻性能有大幅提升;入射、出射面板总厚度一致情况下,增大入射面板厚度能改善材料整体抗侵彻能力;入射和出射面板为Q235钢且芯层为均质泡沫铝时,在面板总厚度8 mm、芯层厚50 mm的结构配置下能够有效防护以735 m/s速度入射的7.62 mm步枪弹.该研究可为泡沫铝夹芯材料在军用装备抗弹防护中的应用提供参考.     

复合结构防爆罐抗爆特性的数值模拟

采用LS-DYNA显式非线动力有限元程序,数值模拟了内置柱壳/组簧和泡沫铝夹层的防爆罐在3 kg TNT爆炸载荷作用下的抗爆性能。结果表明:该防爆罐内壁面压力载荷呈现多次脉动特征。比冲量载荷经历数次阶跃上升。柱壳/组簧结构可以将爆炸能量更加均匀地传递给泡沫铝吸能夹层,在保证防爆罐内筒不发生塑性变形的前提下,可使泡沫铝的吸能效率显著提高。定量分析防爆罐内部各物质、各结构间的能量转化与吸收,表明泡沫铝夹层可通过卸载动能和透射应力波的形式较好吸收、转移内层钢板所获得的冲击能量。     

Propagation Characteristics of Plane Explosion Wave in Layered Concrete Media

Layered concrete media with different wave impedance materials under one-dimensional strain are studied by numerical simulation. The four typical prototypes are analyzed,including concrete foam,air,steel plate and concrete as the middle layer,and the upper and lower layers are concrete materials. The propagation characteristics of plane blast wave in the concrete structure are illustrated,including the propagation and attenuation of stress wave across the different interlayers,the wave reflection and transmission at layered interfaces,the peak value of stress in the lower concrete and the total energy distribution in various medium layers. The result shows that the role of soft interlayer in concrete structure is mainly due to its low wave impedance,the waveform of incident wave is changed,the stress wavelength is pull wide,the radial diffusion of energy is enhanced,and the stress amplitude of and the energy input into the third layer are reduced. Meanwhile,it has been also proved that the air interlayer is able to reduce the peak value of explosion wave which is obviously different from that of foamed material. As a result,it should be concerned about stress amplitude and energy in order to get the best protective structure.     

多次冲击下泡沫铝动态压缩力学性能试验与本构模型研究

基于分离式霍普金森压杆装置对泡沫铝试样进行多次冲击加载试验,研究泡沫铝在中低应变率下的动态压缩力学性能。通过分析泡沫铝破坏形貌、透波率、应力-应变曲线以及能量吸收效率随冲击加载次数的变化规律,研究了损伤累积对材料动态力学性能以及吸能特性的影响机理。试验结果表明：随着冲击次数的增加,泡沫铝内部胞孔结构逐步崩溃压实,对应力波的衰减作用减弱,弹性极限应力及对应应变均有增强效应,且多次冲击下的损伤累积效应有助于提高理想吸能效率。基于试验所得应力-应变曲线,将损伤累积变量引入Sherwood-Frost方程,建立泡沫铝材料多次冲击下损伤累积本构模型,分析了形状函数参考曲线对应损伤累积能量与多次冲击试验损伤累积能量差值对本构模型准确性的影响,并进行了试验验证。     

陶瓷/泡沫铝/铝合金复合装甲抗射流侵彻性能

为研究泡沫铝复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析。从不同泡沫铝夹芯厚度、相同厚度复合装甲下不同前后板厚度及布置方式和复合装甲倾角三方面研究了该复合装甲能量吸收规律、射流头部剩余速度以及不同倾角下装甲的防护性能。结果表明,泡沫铝作为夹芯层可充分降低复合装甲背板质点速度。同一倾角θ下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度减小。泡沫铝厚度为2.4 mm时,射流头部剩余速度最低,复合装甲能量吸收最多,抗侵彻性能最优。同一泡沫铝厚度下,随着t_1/t_2值的增大,接触式复合装甲与间隔式复合装甲的射流头部剩余速度均先降低后增加。t_1/t_2=1时,间隔式复合装甲的抗侵彻性能最优。当仅布置方式不同时,间隔式与接触式复合装甲抗射流侵彻性能的差别较小。随着倾角θ的增大,复合装甲的防护性能先增强后降低。倾角为20°时,复合装甲抗射流侵彻性能最优。     

陶瓷/泡沫铝/铝合金抗线性射流侵彻性能分析及结构优化

为探讨新型复合装甲抗侵彻性能,根据应力波传播特性对陶瓷/泡沫铝/铝合金复合结构进行了理论分析,并从不同组合的面、背板厚度比和泡沫铝夹芯厚度两方面,研究了该复合装甲能量吸收规律、应力波衰减规律。结果表明:同一厚度比下,随着泡沫铝厚度的增大,复合装甲背板质点速度与应力波峰值都呈负指数规律减小;同一泡沫铝厚度下,厚度比增大时,泡沫铝及装甲结构吸收的能量先增加后减小,泡沫铝厚度为2.4 mm、厚度比为1.25时,复合装甲结构抗射流侵彻性能最好。