水下爆炸双体船隔振性能数值仿真与试验研究水域

为了检验水下爆炸载荷作用下某双体船隔振系统设计的合理性,建立了双体船有限元模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS,对安装隔振系统后双体船结构在爆炸载荷作用下的冲击响应进行了仿真,采用流固耦合方法考虑空化效应和材料应变率的影响,预估双体船隔振性能。仿真结果表明,双体船经隔振设计后,在水下爆炸载荷作用下,船体底部的塑性变形显著减小,船体的垂向加速度峰值衰减率超过95％。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验值吻合良好,双体船隔振系统设计合理。     

水下爆炸对双壳体结构破坏的数值研究

针对水下爆炸试验困难的问题，利用有限元方法对双层板壳结构在水下接触爆炸作用下的破坏进行数值仿真模拟，得出了爆炸载荷情况下双层板壳结构的破口形状，位移、应力和压力随时间变化曲线等数值模拟结果，对比了相同爆炸载荷下不同板壳结构的响应，为提高舰船和潜艇整体防护能力以及鱼雷战斗部的设计提供了参考依据。     

冲击载荷作用下多孔材料符合结构防爆理论计算

多孔材料具有减震和吸收冲击能量的特点，但是单一的多孔材料强度较低，为降低爆炸冲击载荷对结构的破坏，在混凝土墙壁或者两层装甲钢板中间添加一层或者几层多孔吸能材料（多孔聚氨酯、泡沫铝、铁等）构成多层复合抗爆结构，实现防爆和衰减冲击波的功能。当炸药爆炸驱动飞片高速冲击多层复合结构时，多孔材料产生塑性变形被压实。由于多孔材料冲击波阻抗很低，能够大大地削减应力波的强度。在这个过程中，飞片的冲击能量被减小，和单层结构相比，防爆能力被提高。为研究多层复合结构的防爆机理，应用冲击载荷下的材料动态本构关系，对冲击波在“钢板一多孔材料一钢板”3层介质中的传播规律和各层介质中的冲击载荷进行甘算，并对应力波在多孔材料复合结构中的衰减变化过程进行一维理论分析。     

矩形板在水下爆炸冲击载荷作用下的动力响应分析

根据塑性变形理论．推导出矩形板在水下爆炸载荷作用下中心处挠度的解析解。利用大型有限元程序对矩形板水下爆炸冲击载荷作用过程进行数值模拟，并对相同条件下的矩形板进行水下爆炸试验，进而将三者进行对比．得出所推导的公式可以用作对矩形板的水下爆炸损伤特性进行估算。     

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。     

爆炸冲击载荷下固支单向加筋板的动响应及破损特性研究

以半穿甲反舰战斗部舱内爆炸的毁伤与防护问题为背景,研究多根单向加筋板结构在爆炸冲击波载荷作用下变形破坏特点及规律。利用有限元软件LS-DYNA开展爆炸冲击波对固支单向加筋板的毁伤作用数值仿真计算,分析近距离爆炸条件下单向加筋板的破坏过程,得到了在爆炸冲击波载荷作用下单向加筋板的变形破坏模式和典型爆炸冲击波载荷下加筋板变形规律。结果表明：加筋板在整体剪切或塑形大变形条件下,其最大无量纲挠度分别与无量纲冲击载荷和加强筋相对刚度之间呈明显的线性关系;在载荷确定情况下,通过改变加强筋相对刚度和无量纲冲击载荷可以确定加筋板失效模式以及失效模式之间转化的临界区域。     

空爆载荷下双层梯形波纹夹层板抗爆性能分析

轻质金属夹层结构具有高比刚度和优良的能量吸收能力,其在舰船结构上有着潜在的应用前景。运用有限元软件Autodyn研究了空中近场爆炸载荷作用下固支双层梯形波纹夹层板的抗爆性能,分析了爆距和结构几何参数对变形/失效模式的影响。数值结果表明,双层梯形波纹夹层板面板的变形模式以局部大变形为主,部分有撕裂,芯层中心区域以塑性失稳为主,边界区域未出现失稳现象。随着爆距的增加,背面板塑性变形逐渐减小。若以下面板中心点的塑性变形值作为衡量抗爆性能的标准,则夹层板增加单位重量时影响其抗爆性能的结构几何参数的主次顺序为:上面板厚度、下面板厚度和芯层壁板厚度。     

水下爆炸冲击波作用下单向加筋板的大挠度塑性变形

基于理论与有限元方法对加筋板结构在水下爆炸冲击载荷作用下的大挠度塑性变形问题进行分析研究。探讨了水下爆炸冲击波载荷计算方法。提出了适用于冲击波载荷的消除波形影响的新方法,使指数衰减形式的冲击波载荷等效为方波,便于塑性动力响应分析。通过膜力因子法建立结构的运动方程,并运用龙格库塔法求解。总结能量法对矩形加筋板塑性变形问题的求解过程。设定若干种典型工况,运用上述两种方法求解结构残余变形,并与数值计算结果分析比较。最后,对能量法与膜力因子法求解的结果进行误差对比分析,指出两种理论方法各自的优缺点。     

泡沫铝夹芯结构装甲车底板设计与性能分析

为提高装甲车越野机动性、安全防护和乘坐舒适性,取某U型截面装甲车底板为原型,设计泡沫铝夹芯底板,简化理想空气中地雷爆炸冲击波曲线,得到用于装甲车底板爆炸冲击仿真等效压力波数学模型,用多目标优化设计优化泡沫铝夹芯底板,用ANSYS有限元仿真软件,对原型结构和优化后泡沫铝夹芯底板在地雷爆炸载荷作用下的变形、应变、应力、吸能性及地雷爆炸产生的噪声车内声场强度仿真,进行对比分析.结果表明:相较于原型底板,泡沫铝夹芯底板的最大变形、应变、应力、声场强度、质量均有不同程度降低,吸能总量显著提高.证明泡沫铝夹芯底板对增强装甲车越野机动性、安全防护性和乘坐舒适性有效.     

全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评估结构在内爆炸载荷作用下极限变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数考虑了舱室体积、炸药能量、结构几何尺寸及屈服强度等因素对内爆炸载荷作用下结构变形响应特性的影响。薄板变形的分析结果表明,结构极限变形与板厚比和无量纲损伤数之间存在明显线性关系,可通过拟合获得舱内爆炸载荷作用下结构极限变形的快速预报经验公式。提出的无量纲损伤数考虑了板大变形响应过程中的中面膜力效应和板厚影响,更加适合于分析薄板在内爆炸载荷作用下的塑性大挠度变形值。     

爆炸载荷下泡沫铝夹芯板变形与破坏模式的实验研究

系统地开展了爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板变形与破坏的实验研究,获得了冲量45.6 N·s、 76.2 N·s、104.6 N·s、131.7 N·s、183.6 N·s 5种不同爆炸载荷作用下泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度,给出了泡沫铝夹芯板前面板、泡沫铝芯体和背面板在不同爆炸载荷作用下的变形与破坏模式,分析了泡沫铝芯体产生的剪切断裂和拉伸断裂两种不同机理。研究结果表明,泡沫铝芯体呈现“渐进式”压缩变形,泡沫铝夹芯板背面板中心点的变形挠度与爆炸冲量之间近似满足二次关系。     

典型防爆装备对TNT爆炸冲击波的防护性能

爆炸冲击波是炸药爆炸时产生的强间断载荷，是引起人体颅脑、肺部等含气器官组织直接损伤的主导危害。基于Q235钢钢材和复合材料+液体两种典型材质的防爆装备，开展多种TNT药量的静爆试验和数值计算，研究空爆(FAB)、钢制防爆罐(SEP)和柔性防爆罐(FEP)3种不同防护条件下冲击波传播衰减规律，分析SEP和FEP两种典型防爆装备的响应过程与防护机理，获得典型装备冲击波超压峰值削弱防护的经验模型。研究结果表明：SEP和FEP可以大幅度削弱内爆炸冲击波载荷，相较于同位置处的FAB,SEP可削弱冲击波超压峰值55.4%～66.3%,FEP可削弱超压峰值57.2%～77.7%,且过当量爆炸时FEP的冲击波防护能力明显高于SEP;分析SEP和FEP的主要防护机理均为绕射遮蔽作用，但FEP的顶盖显著增加了冲击波与结构作用时间，通过水的动量提取效应和不同波阻抗界面反射削弱逃逸冲击波强度，而SEP中的冲击波仅通过刚性材料反射消耗后迅速绕射逃逸；建立了SEP、FEP冲击波峰值超压削弱经验模型，与试验结果相比SEP、FEP削弱模型平均误差分别为2.4%和10.2%;得到的典型装备冲击波削弱规律及防护经验模型为...     

水下爆炸载荷下舰船双层底部结构的毁伤特性

为研究舰船双层底部结构在水下爆炸载荷下的毁伤特性,进行电火花气泡与带破口双层结构模型相互作用实验,使用高速摄影机捕捉气泡在带破口双层结构下方的脉动特征,并使用LS-DYNA软件对该实验工况进行模拟,通过实验验证数值模型的有效性。在此基础上建立实尺度舰船双层底舱段有限元模型,通过改变爆距和双层板间水位,设置15个模拟工况,深入分析冲击波和气泡载荷对舰船双层底部结构的毁伤特性。研究结果表明：爆距较小时,外底板出现破口,内外底板之间的内气泡的膨胀作用加剧外底板破口的撕裂,同时使内底板出现塑性变形;爆距较大时,外底板仅发生变形,并与内底板接触,同时带动内底板的变形。双层板间水位较低时,冲击波载荷衰减较大,对内底板毁伤作用较小,此时内气泡的膨胀对内底板的变形起到主要作用;双层板间水位较高时,冲击波载荷衰减较小,冲击波和气泡脉动二次压力波载荷通过水介质共同作用到内底板,使内底板产生变形。     

LY-12靶板在爆炸冲击波作用下损伤的有限元分析

利用有限元理论，通过建模和有限元分析，对LY-12靶板在爆炸冲击波作用下的变形特点及损伤模式进行分析。步骤包括定义材料属性及参数、构建模型并进行网格划分、定义约束、计算结果与试验分析。得出靶板的变形特点和不同点的参数曲线，旨在为装备的改进维修提供依据。     

一种有效的EFP速度计算方法

文中提出一种有效的EFP速度工程计算方法,该方法通过对药型罩进行离散,将药型罩在爆炸载荷作用下的塑性变形过程简化,利用能量原理推导出EFP的飞行速度表达式.计算结果与有限元软件模拟结果对比表明,本方法可以用于爆炸成型弹丸的设计工作中.     

钢/陶瓷/PE/钢结构抗破片侵彻研究

针对复合装甲抗高速厘米级破片开展研究,用弹道炮发射高速圆柱体破片,对复合装甲结构靶进行侵彻试验,模拟全预制破片杀伤战斗部爆炸破片对复合装甲的侵彻作用.结果表明:钢板与复合材料防弹板组成的复合装甲能防护1600 m/s以上的高速破片侵彻.用Autodyn三维软件进行数值仿真计算,试验与数值计算结果较一致,由数值模拟分析得到复合装甲各组分吸能及消耗弹体质量情况,研究结果可为钢/陶瓷/UHMWPE复合装甲结构设计提供参考.     

爆炸冲击载荷作用下靶板动态响应研究

应用量纲分析方法分析爆炸冲击载荷下影响靶板动态响应的相关独立变量,分析了炸距和装药量对变形扰度值的影响。利用有限元软件LS-DYNA进行数值仿真,模拟靶板在冲击波载荷下的动力学响应,模拟结果与实验结果基本吻合。控制单一变量,分别得到炸距和装药量对靶板变形量的影响规律。研究结果表明,在一定范围内,靶板变形扰度随炸距的增加呈现类似指数形式的快速减小,随装药量的增加而线性增大。     

活性复合射流侵彻多层间隔靶毁伤行为

为研究活性复合罩聚能装药对目标靶后毁伤效应，开展活性复合射流作用多层间隔靶侵彻与爆炸联合毁伤性能研究。采用实验、数值模拟和理论相结合的方法，对活性复合射流侵彻多层间隔靶的毁伤行为及机理进行探究。实验结果表明，对于给定的活性复合罩聚能装药结构，与活性-铜射流相比，活性-钛射流在钢锭上形成的侵孔直径更大，穿透一定厚度钢靶后可造成后效间隔铝板严重变形甚至撕裂。基于活性复合射流对多层间隔靶的侵爆时序联合毁伤行为，建立后效铝板爆裂毁伤分析模型。仿真结果表明：铝板上的破裂孔面积与随进活性材料有效质量和动能侵孔半径均呈正相关，但二者中活性材料有效质量对其影响更显著；基于实验和数值模拟所获取的经验参数，模型可进一步预测不同活性材料有效质量、动能侵孔和靶板厚度下后效铝板爆裂毁伤面积。     

水下接触爆炸载荷作用下多层板壳破坏概率分析

为研究水下接触爆炸载荷作用下舰船防护板壳结构的可靠性，取钢板弹性模量、切线模量、极限强度和炸药密度作为基本变量，利用随机数生成程序得到50组随机变量的样本值；利用有限元程序LS-DYNA对水下接触爆炸作用的多层板壳结构进行仿真计算，得到各层板的最大应力值；通过检验，最大应力服从正态分布，提出了破坏指标的概念，求得各层板及板壳结构系统的破坏概率．结果表明，在被装药量为460kgTNT的武器攻击时，整个防护结构完全破坏的概率很小．该方法可很好地解决爆炸作用下结构的可靠性问题，为工程结构的防护提供了参考．     

爆炸冲击波作用下钢板-砂土组合防爆墙的实验研究

钢板-砂土组合防爆墙是一种有效、快捷的防护结构形式。针对该种组合结构进行了爆炸荷载作用下的抗爆特性试验研究,并结合国内外文献,着重研究了防爆墙结构上所承受的荷载,给出了荷载计算近似公式,为防爆墙设计计算提供参考依据。