穿爆战斗部装药对舰艇组合舱室内爆炸毁伤效应研究

为了研究穿爆战斗部装药对舰艇组合舱室的毁伤效应,运用有限元软件ANSYS-DYNA进行舱室内爆炸仿真。分析了爆炸载荷作用下主舱和后邻舱舱内流场分布、压力变化及其破坏模式,评估了穿爆战斗部装药对组合舱室的毁伤效果。两级装药爆炸产生的冲击波相互作用,提高了主舱室内的冲击波峰值和准静态压力值,增强了对主舱室的毁伤能力,能够实现对舰艇组合舱室的高效毁伤。研究结果为舰艇组合舱室毁伤评估提供了参考。     

反舰导弹战斗部的侵彻爆炸毁伤效应研究

反舰导弹半穿甲战斗部主要利用其侵彻能力和爆破能量对目标构成毁伤作用。通过对目标结构特性的分析,采用合适的材料模型对导弹不同入射角攻击不同厚度和加筋特征的结构板进行了多工况的预测,比较了大筋与小筋及其交叉处对弹道的影响程度;获得了弹体贯穿靶板的侵彻规律与撞击速度的关系。同时运用ALE算法和流固耦合方式,结合内爆热辐射和焊接对材料性能的影响,应用温度相关和应变率效应材料模型,对舰艇舱室内爆流场及毁伤效应进行了动态描述;数值计算了冲击波在舱室内的传播规律和反射特性,确定了舰艇结构在爆炸荷载下的响应特性和破坏机理。     

聚能射流作用下模拟装甲舱室内冲击波试验研究

为研究先进装甲目标内乘员部位冲击波毁伤效应,建立了典型装甲车辆乘员舱室模拟等效目标靶,开展了破甲弹静爆射流穿透装甲钢舱壁及炸药在舱内静爆条件下舱内冲击波试验。试验结果表明：聚能射流穿透装甲舱室后,在舱室内具有一定的冲击波毁伤效应;受射流穿透舱壁时舱体振动、测试位置、壁面反射、传感器安装方式等因素影响,测试波形差异较大;与裸装药在模拟装甲舱内爆炸的试验结果相比,聚能装药爆炸射流穿透舱壁作用下产生的冲击波波形更复杂;若采取无模拟舱底钢板的等效舱试验方法,更加有利于获取有效的超压测试波形。     

水下爆炸冲击波毁伤鱼雷壳体结构的数值仿真研究

运用ANSYS／LS-DYNA程序对鱼雷壳体结构在近场水下爆炸冲击波作用下的毁伤过程进行了数值仿真，研究了鱼雷壳体的毁伤规律，分析了鱼雷内部构件的存在对于鱼雷壳体毁伤的影响，研究了鱼雷不同舱室壳体的易损性。仿真结果表明：在近场水下爆炸冲击波作用下，鱼雷壳体的毁伤具有局部性特点；内部构件对于鱼雷壳体的动态响应有显著影响，在仿真时必须考虑内部构件；鱼雷不同舱室壳体的易损性有较大差别，对于文中的鱼雷而言，在同样的冲击载荷作用下，鱼雷控制舱壳体的塑性变形较大，而后舱壳体更易产生等效应变。     

爆炸载荷对混凝土毁伤效应分析

利用LS-DYNA有限元软件模拟装药爆炸对混凝土介质毁伤效应，模拟结果表明爆炸冲击波超压是混凝土毁伤的主要因素，爆炸破片只产生局部效应，对结构的整体毁伤效应较小。爆炸气体对裂纹的产生和已有裂纹的扩展具有重要的影响。数值计算最大爆腔半径与经验预估基本一致。     

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。     

爆炸冲击波对主战坦克的毁伤研究

文中分析了爆炸冲击波对坦克目标的毁伤规律,提出了以剩余TNT当量等效计算主战坦克内部冲击波峰值超压的方法,根据试验确定了主战坦克的剩余TNT当量系数,建立了传递到坦克内部的冲击波峰值超压的计算公式.以B炸药药柱为例,计算了该药柱在坦克附近爆炸时在坦克内部引起的峰值超压分布,可确定常规弹药非命中爆炸时对目标内部的人员和设备造成有效毁伤的杀伤半径.     

炸弹邻近爆炸对浅埋结构人防工程的毁伤效应

为研究炸弹邻近爆炸对人防工程结构的破坏效应,对半埋和全埋式浅埋结构人防工程进行不同爆炸距离作用和装药量下的模型结构抗爆试验研究。在1/3大缩比条件下,通过11批次爆炸试验分析人防工程结构的动力响应和破坏特征。结果表明：爆炸产生的空气冲击波作用到外墙上产生的超压大小与墙板刚度有关,外墙结构设计荷载应取墙面受力最大位置的荷载;炸弹在半埋地下室外墙邻近处触地爆炸与全埋地下室外墙邻近处钻地爆炸对工程结构的毁伤效应,不仅与作用到墙面的超压有关,而且与爆炸作用持续时间和周边介质情况以及介质中构筑物的情况密切相关。     

水下爆炸作用下水面舰艇舰体结构毁伤测量方法

为准确测量水面舰艇舰体结构在水下爆炸作用下的毁伤程度,客观评价水中兵器毁伤能力和作战效能,基于水下爆炸对水面舰艇舰体结构的作用形式和毁伤方式,建立舰体结构的等效模型,分析舰体的薄弱环节,并将这些薄弱环节作为重点测量部位。结合工程实践和海上试验经验,在科学客观测量结构毁伤的同时,优化测点和传感器布设,研究设计了水下爆炸作用下水面舰艇舰体结构毁伤测量优化方法。该方法的提出为有效测量水爆作用下水面舰艇舰体结构毁伤提供参考。     

水下爆炸冲击波和气泡载荷对典型圆柱壳结构的毁伤特性

为研究近场爆炸冲击波及气泡载荷对缩比后的鱼雷典型圆柱壳结构的毁伤特性,并探讨装药距离、装药方位等相关参数对圆柱壳结构变形特征及毁伤特性的影响规律,采用任意拉格朗日-欧拉算法对近场爆炸冲击波及气泡载荷对圆柱壳结构的毁伤特性进行了数值模拟分析。将壁面附近爆炸气泡演化过程的仿真结果和试验结果进行了对比,验证了数值模拟方法的有效性。利用该数值分析方法对多组不同装药距离和装药方位下的爆炸过程进行了研究,深入分析了冲击波、气泡脉动载荷及射流载荷等不同形式载荷对圆柱壳结构的毁伤作用机理。研究结果表明：冲击波对圆柱壳结构的毁伤效果受装药距离的影响较为明显,装药距离的增大会急剧削弱冲击波在圆柱壳上造成的破坏,而圆柱壳的方位改变对冲击波的毁伤作用影响较小;水射流载荷对圆柱壳结构产生的毁伤受方位因素的影响较为明显,当药包位于圆柱壳下方时圆柱壳迎爆面在气泡脉动及射流载荷联合作用下产生的塑性应变最大。     

复合防护液舱抗爆效能对比试验研究

液舱是舰船多层防护结构体系中的重要功能舱室,战斗部近距离爆炸时,高速破片和冲击波载荷将对防护液舱产生严重的毁伤效应。针对高速破片和冲击波作用下防护液舱的动态响应特性和毁伤模式,提出了复合防护液舱的结构形式。为了对比该液舱相对常规液舱的抗爆效能,开展了战斗部模型近距离爆炸载荷作用下复合液舱和常规结构形式液舱毁伤的模型试验,得到了战斗部模型破片速度、液舱结构的变形、应变、破口尺寸、舱壁压力等参量。通过对比发现,相对于传统液舱结构,复合防护液舱前面板、后面板最大变形分别减少22.78%和8.47%,结构应变降低30%,冲击波峰值减弱18.62%,该新型结构形式明显提高了液舱抗爆防御效果。     

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。     

水雾对舱内装药爆炸载荷的耗散效能试验研究

为了分析水雾对舰船舱内爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过舱内装药爆炸试验研究方法,在有限空间爆炸舱中心设置爆源,测量并对比在有无喷雾工况下舱内典型位置的壁压和准静态压力。结果表明：在水雾抑爆的舱内爆炸试验中,水雾对舱内爆炸载荷的准静态压力和超压峰值削弱作用明显,其中27.5 g梯恩梯爆炸角隅位置的初始冲击波超压衰减率为26.47%,二次反射冲击波波峰值衰减率达到27.27%,准静态压力衰减率达到31.82%;喷雾液滴分布特性相同情况下,随着装药量增加,水雾对冲击波和准静态压力的衰减效果不断降低。     

模拟不同爆炸冲击波的计算方法研究

给出了一种可获得不同爆炸冲击波的方法。利用SolidWorks软件建立了冲击波生成区域与冲击波加载空气域的几何模型,采用Hypermesh软件对模型进行映射网格划分,并赋予材料参数和状态方程,通过设计Fortran程序,将所需冲击波的压力-时间曲线,转换为单位体积内能-时间的曲线,应用修正公式对曲线进行校正,然后加载到冲击波生成区域内,最后通过LS-DYNA有限元程序计算获得所需要的平面冲击波场。采用该计算方法可以模拟获得不同爆炸冲击波,误差范围在1.0%之内。该方法为深入研究爆炸冲击波创伤效应提供了一种有效的技术途径。     

基于爆炸冲击波的头盔防护性能

针对爆炸冲击波致脑损伤的防护问题,开展基于爆炸冲击波的头盔防护性能研究,结合壁面压力传感器和颅脑模拟靶标,形成不同头盔结构和头盔内不同位置的冲击波防护试验测试方法,获取模拟靶标前额、颅顶和颅后的压力-时间变化曲线,分析爆炸冲击波在有/无防护条件下的颅脑表面传播规律。试验结果表明：头盔均能有效削弱冲击波超压,前额超压峰值可从无防护的352.57 kPa削弱至戴QGF-03式头盔的151.31 kPa,戴上全盔后则可削弱至11.36 kPa;冲击波在有防护的颅脑靶标传播过程中易发生绕射和叠加汇聚效应,与无防护相比,QGF-03式头盔内颅后超压提高了50%~100%,FAST头盔内颅后超压提高了9%,盔内压力作用时间显著增长,其中防护面罩可以大幅削弱爆炸冲击波对头部的作用,对前额和面部冲击波超压的削弱可达75%;全盔防护效果最好,能在前额、颅顶和颅后三处分别削弱90%、87%、80%超压峰值,密闭性对冲击波防护具有积极作用。     

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。     

水下接触爆炸下舷侧防雷舱吸能结构形式试验研究

为探究夹芯结构在水下舷侧防雷舱中应用的可行性,比较了不同结构形式防雷舱的变形吸能特性。设计了4种不同吸能结构形式的防雷舱,并分别开展了300 g TNT水下接触爆炸毁伤试验。通过对比分析防雷舱内部舱壁板的变形破坏情况发现：以液舱内壁柔性大变形进行吸能的结构形式,边界必须有强支撑结构,支撑不足时难以发挥薄膜拉伸吸能效果;利用液舱内壁-弧形板-吸能舱内壁整体变形吸能的吸能舱夹芯结构形式,弧形板在为液舱内壁提供有力支撑的同时还可随液舱内壁共同变形吸能,有效提高防雷舱的防护能力;进一步在弧形板间添加泡沫铝,未能取得更好的防护效果;弧形板前移至液舱的夹芯结构形式,弧形板的设置导致水中能量未能充分耗散至整个液舱,能量的汇聚致使内部舱室产生了更严重的破坏。     

水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性仿真研究

为研究水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性,在水下爆炸气泡第1次脉动周期的约3倍时间范围内,利用LS_DYNA软件对水下爆炸气泡与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程和舷侧空舱的内压载荷特性进行了仿真分析,并通过模型试验对仿真结果及分析进行了验证。研究结果表明：伴随着水下爆炸气泡膨胀或收缩,爆炸产物气体从外板破口处流入或流出舷侧空舱,外板也相应地向里凹陷或向外凸出运动;舷侧空舱内部空间被外板花瓣隔成两个区域,舷侧空舱的内压载荷在花瓣前面和花瓣背面具有不同特性;采用有限元方法评估舷侧空舱外板的最大破坏程度时,可将计算时间取为气泡第1次脉动周期的5%.