多层混凝土介质内爆炸相似性分析

为了研究多层混凝土介质内爆炸相似律,基于量纲分析法建立了多层混凝土介质内爆炸相似模型。利用有限元分析软件LS-DYNA分析了装药深度和缩尺比例对原型和缩比模型毁伤形态及毁伤效应参量相似性的影响,并以梯恩梯和含铝炸药进行原型和缩尺比例为1/2的缩比模型内爆炸毁伤相似性试验。结果表明：不同装药深度下的原型与缩比模型的毁伤形态相同,毁伤效应参量符合相似规律;靶板边界约束相同时,含铝炸药在原型和缩尺比例为1/2的缩比模型内爆炸毁伤具有相似性,缩比毁伤效应参量归一化后与原型的偏差在8%以内;随着缩尺比例的减小,毁伤效应参量与原型的偏离程度增大,可选用适当缩尺比例的缩比模型试验结果预测原型的内爆炸毁伤效应。     

装药水下近距离爆炸作功能力的试验测量方法

通常水下爆炸能量测试结果只反映炸药自身的能量结构,无法表征装药对邻近结构物的作功能力.基于效应物动响应对装药水下接触及近距离非接触爆炸的作功能力试验测量技术进行初步研究.采取弹道摆试验方法实现水下接触爆炸,以爆炸驱动下摆体获得的冲量来表征装药水下接触爆炸的作功能力.采用两种试验方法表征水下近距离非接触爆炸的作功能力:第1种为边界可滑移圆板的动响应,通过观测靶板中心变形时程,得到冲击波及气泡的阶段毁伤比例及总体毁伤情况;第2种以强舱段缩比模型的整体运动响应,以刚体运动及位移得到爆炸载荷的驱动能力.试验结果表明:水下接触爆炸时冲量约为空中爆炸时的3倍;近距离爆炸时,冲击波及气泡两个阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓的变化过程,距离药包越近,能量吸收比例越小.试验测量技术可为水中兵器毁伤威力评估提供一定的技术参考.     

EFP战斗部水下作用特性研究

通过EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的侵彻试验,EFP空气中形成后经水层对水下靶板的穿靶试验, EFP战斗部水中爆炸对水中舰船模拟靶的侵彻试验以及EFP水中运动过程的脉冲X光摄影试验,研究了EFP战斗部水下作用特性.结果表明:EFP战斗部空气中爆炸对空气中靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的1.85倍;EFP空气中形成后经水层对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的10倍;EFP战斗部水中爆炸对水下靶板的破孔孔径约为EFP弹丸直径的20倍.水中冲击波和弹道波对EFP在目标靶上的破坏效果有明显增强作用.     

不同聚能装药水下作用效果的对比分析

为研究不同聚能装药在水下的爆炸成型运动规律以及鱼雷接触与非接触爆炸时对靶板穿孔孔径的影响,在考虑水下压力的条件下利用非线性动力学软件AUTODYN-2D对不同聚能装药水下作用进行数值仿真研究。结果表明:在水下阻力的作用下,普通射流与杆式射流头部会被侵蚀而有所损失,爆炸成型弹丸自身的变形较严重,普通射流头部速度衰减最快,杆式射流次之,爆炸成型弹丸最慢;不论是接触爆炸还是非接触爆炸,杆式射流侵彻靶板的孔径要大于普通射流,爆炸成型弹丸对靶板的穿孔孔径要大于前两者;当鱼雷非接触爆炸时,随着水介质厚度的增大,普通射流与杆式射流侵彻靶板的孔径逐渐减小,而爆炸成型弹丸侵彻靶板的孔径会先增大后减小。研究结果对于聚能型鱼雷战斗部的设计与提高鱼雷战斗部毁伤威力具有一定参考价值。     

定向战斗部水下爆炸相似性研究

针对定向战斗部水下爆炸的实验过程中费用大、成本高的问题,通过量纲分析的方法对圆柱形炸药进行相似性分析,研究并获得了不同缩比模型与原模型之间爆炸威力场的关系,并使用AUTODYN有限元软件进行仿真计算。研究结果表明,AUTODYN仿真结果与量纲分析的结果一致,即当缩比比例为β时,在β³倍装药量的情况下,在β倍爆距处所产生的峰值压力与原模型一致,因此,可以使用不同缩比比例的模型来代替原型进行实验。该研究为使用缩比模型进行水下爆炸的实验提供了理论依据,具有一定的工程意义。     

典型装药水中爆炸参数与水深关系的仿真研究

考虑了炸药在水介质中爆炸时不同深度水压会对爆炸参数产生不同的影响，该文采用有限元软件ANSYS／LS-DYNA建立了典型装药在不同水深压力下爆炸的仿真模型，计算了在不同水深压力下不同点处的爆炸冲击波压力，分析了炸药水中爆炸的冲击波压力随水深的变化关系，得出了同一装药在不同水深处爆炸时，与爆心不同相对位置处的冲击波压力随水深的变化规律。本文的研究有助于水中兵器战斗部毁伤威力的评定以及引信作用距离的设计。     

典型装药水下爆炸的殉爆规律研究

针对典型的壳装炸药殉爆更接近炸药实际使用状态,采用ANSYS／LSDYNA软件建立了典型装药水下殉爆的有限元仿真模型,通过计算得到了殉爆距离与安全距离,基于此加工了试验样弹,并进行了相应的水下殉爆试验。试验结果与数值仿真结果较为吻合,表明了本文的仿真模型能够有效描述带壳装药的水下殉爆情况,水下试验中南冲击波压力和气泡周期来判断被发装药是否殉爆是可行的。最后,在水下殉爆理论分析基础上,根据试验结果预计了大药量水中兵器战斗部的安全性。本文的研究可为水中兵器战场环境的安全性设计提供依据,并可为水中兵器战斗部殉爆毁伤能力评估提供参考。     

“超压—冲量”毁伤准则及其等毁伤曲线研究

对“超压—冲量“毁伤准则及其等毁伤曲线的概念与含义进行了阐述,并将其应用于爆炸冲击波作用下目标等效靶板的毁伤效应分析,对四边约束方形靶板在爆炸冲击波作用下发生塑性大变形时等毁伤曲线的具体表达形式进行了理论推导,并通过实验考察其实用性。     

基于效应靶的装药水下近场爆炸威力评估方法

为了评估装药水下近场爆炸威力, 将威力评估与结构毁伤联系起来,提出了效应靶方法。通过对边界可滑移圆板的试验和理论研究,建立并验证了靶板变形计算方法,获得了近场爆炸能量时序分配特性。提出了无量纲化的威力损伤因子,用以建立不同靶板的等效关系。在此基础上,初步设计了基于效应靶的装药近场威力评估试验设计和试验方法。试验结果表明,在近场爆炸范围内,随着爆炸距离增加,冲击波和气泡两个作用阶段的变形能比例为先快速减小再趋于平缓变化。与常规威力评估方法相比,效应靶评估方法更能体现装药水下近场爆炸威力的破坏作用。     

多层复合装药爆炸冲击波信号能量谱

为研究多层复合装药爆炸冲击波在不同频段内的能量谱特性,进行了不同长径比多层复合装药的爆炸试验。利用小波包分析原理分析爆炸试验测得的冲击波压力信号,获得不同长径比复合装药的冲击波压力信号能量谱,得到了不同频段内冲击波压力信号的能量谱特征规律。结果表明：复合装药的冲击波能量谱值随装药长径比的增加而增加,冲击波能量主要集中在低频段,不同长径比复合装药爆炸冲击波具有不同的能量分布且各频段的能量差异明显;近距离及大长径比复合装药爆炸冲击波的低频段能量具有较大的能量增长百分比,内外同时起爆时多层复合装药的冲击波压力信号总能量是中心起爆的1.55倍。研究结果可为复合装药结构下毁伤威力可控战斗部的设计及毁伤效能评估提供参考。     

炸药水下爆炸能量输出特性研究

通过典型炸药爆炸的性能参数,分析、计算了不同类型水中兵器用混合炸药水下爆炸的 冲击波能、气泡能、冲击波超压方程中的系数k和a以及水中爆炸冲击波超压,计算结果与实测值 能较好地吻合。首次提出了冲击波超压方程中系数a的计算公式,从而为冰下兵器用炸荀配方设 计、性能评估以及战斗部设计提供科学依据。     

基于三维数字图像相关方法的水下冲击载荷作用下铝板动力学响应研究

基于数字图像相关（DIC）方法搭建了三维动态 DIC方法测试系统,利用冲击加载实验设备,对喷涂散斑的铝靶板进行冲击加载实验,获得了靶板的实时离面位移场;并利用安装在水靶舱壁面的压力传感器,测取了水中冲击波压力时程曲线;建立了针对冲击实验的二维轴对称仿真模型,分析了水靶舱内冲击波的形成与传播过程以及靶板的动态响应变形进程。研究结果表明,靶板的变形是由边界向中心呈环形扩展的,而且靶板极容易在法兰约束边界处出现剪裂现象。靶板实时变形与测点压力时程的实验值与仿真值具有良好的一致性,这表明结合三维动态DIC方法测试系统与等效加载设备可以实现对结构的水下冲击响应分析研究工作。     

高强度水下爆炸等效冲击波加载特性研究

为了实现实验室范围内的高强度水下爆炸冲击波加载,在现有非药式水下冲击波加载装置的基础上,对加载水舱的结构进行了改进,并利用实验和仿真相结合的方法对非药式高强度水下爆炸冲击波等效加载特性进行了研究,分析了飞片及活塞的质量对加载冲击波强度和衰减时间常数的影响规律,确定了该方法所产生的高强度水下冲击波加载特性。进而利用该装置对0.5 mm厚铝合金靶板进行了水下冲击波加载实验。实验结果表明,改进后的非药式水下爆炸冲击波等效加载装置能够对目标结构进行有效的高强度水下冲击波加载。     

水下爆炸冲击波对圆柱形壳体结构叠加效应的数值模拟

为研究水下多点起爆冲击波的叠加效应,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件的流固耦合算法,首先将固支方板在水下爆炸载荷作用下的数值模拟与试验数据进行对比,将水中爆炸冲击波的超压计算值与理论值进行对比,证明了流固耦合算法的设置及相关材料参数的选取是合理的。在此基础上,针对鱼雷模拟器,进行了同一当量下单装药和四装药起爆下的系列数值运算,初步分析时差对叠加效应的影响。结果表明:当TNT当量一定时,冲击波超压值随炸距和模拟器直径的增加呈指数形式衰减; 炸距越远,模拟器直径越小,冲击波的叠加效应越强; 对于1.63 g TNT,认为多装药同时起爆的时间间隔最大不超过11 μs。给出了超压放大倍数与模拟器直径和炸距间的关系式。研究结果为大口径弹水下爆炸冲击合成毁伤鱼雷提供了理论指导。     

等效水下爆炸冲击加载装置的设计研究

为了获取等效水下爆炸冲击波载荷,基于一维弹性波理论与水介质的线性状态方程,对飞片撞击充水锥形靶舱进行了理论分析。采用AUTODYN有限元软件,对撞击过程进行了数值模拟,对比分析了两种活塞厚度对应的冲击波衰减时间。根据理论与数值模拟研究结果,设计组装了等效水下爆炸冲击加载实验装置,测得了水靶舱侧壁中心处的冲击波压力时程曲线。研究结果表明：在实验室范围内通过飞片撞击锥形水靶舱,获取等效水下爆炸冲击波载荷是可行的,而且飞片速度与活塞厚度决定了水靶舱内冲击波的压力峰值与衰减时间;研制的加载装置可用于典型结构与材料的水下爆炸冲击响应分析研究。     

水下爆炸冲击波作用下空气背衬平板的运动

运用一维平面波理论,得到了空气背衬平板对水下爆炸冲击波响应的波动理论公式。通过比较波动理论公式与Taylor公式的计算结果,表明二者在平板波阻抗远大于水介质时具有很好的一致性。但是当平板的弹性模量和密度减小时,Taylor公式的误差增大,而波动理论公式则仍具有很好的精确性。相同质量的平板在相同的水下爆炸冲击波作用下的最大速度与平板的弹性模量和密度成反比,而不同厚度的钢板对相同水下爆炸冲击波响应的计算结果表明,平板的厚度与最大速度成反比,但增加平板厚度并不能达到很好的隔振效果。     

水声干扰子弹威力分析

为了研究壳体厚度和材料对水声干扰子弹威力的影响,在Cole水下爆炸冲击波经验公式的基础上,利用AUTODYN仿真程序对水声干扰子弹水下爆炸进行模拟,分析了子弹壳体厚度和材料对水下爆炸声压级的影响,仿真结果表明,水下爆炸声压级随着壳体厚度的增加先升高后降低;壳体材料的屈服应力越大,水下爆炸声压级越高。仿真结果为工程应用提供理论参考。     

水下爆炸作用下圆柱壳周围压力场分布

为研究水下爆炸对鱼雷、水雷等水下目标的破坏机理开展了一次水下爆炸试验,采用长2.2m、直径0.53 m的圆柱壳结构作为目标,采用1 kg标准TNT球形装药作为爆源在水平距离5.5m处爆炸,测量了圆柱壳正面、背面和侧面的压力场,得到了冲击波时程曲线,测量及分析结果表明:正面和侧面由于反射波的影响均会发生截断效应,背面由于前驱波影响前段上升缓慢,当冲击波到达时迅速上升,之后以指数形式衰减,圆柱壳结构正面的冲击波冲量最大,侧面次之,背面最小,对于结构侧面的破坏作用最小.