铝铝薄板爆炸焊接厚度匹配性研究

针对覆板、基板与炸药几何尺寸是实现高质量板材爆炸焊接的重要初始参数.利用数值模拟为主、验证实验为辅的方法,进行了炸药厚度对一定厚度铝质复板与基板爆炸焊接质量影响规律的研究.将爆炸焊接简化为二维问题,进行大量数值计算,综合板材温度、压力、材料密度、覆板速度等动态参数比较分析,得到一定条件下实现较薄铝板成功焊接的炸药极限厚度,并进行了实验验证.在数值模拟及实验数据基础上,进行了覆板、基板厚度与炸药厚度匹配性分析.利用拟合法得到了基板厚度一定条件下,炸药厚度极限值随覆板厚度变化的经验公式;利用多元回归方法,对炸药厚度、覆板厚度与基板厚度之间的关系进行了分析,这对于铝板爆炸焊接实际应用具有较重要意义.     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的ALE算法

采用LS-DYNA3D有限元计算软件中ALE算法描述对爆炸成型弹丸成型过程以及对45^#钢靶板的侵彻过程进行了数值模拟和分析。在模拟过程中考虑了空气的存在,计算模型同实际基本相符。通过模拟,证明了ALE算法综合了纯Langrange和纯Euler法的优点,为研究爆炸成型弹丸侵彻问题提供了一个新的研究方法。     

混凝土重力坝接触爆炸的响应及破坏特性分析

运用显式非线性动力分析程序LS-DYNA模拟正常蓄水位及空库条件下混凝土重力坝接触爆炸.考虑爆炸荷载作用下混凝土的高应变率的影响,采用HJC(HolmquistJohnson-Cook)本构模型模拟坝体混凝土的损伤破坏及塑性变形的破坏特性.首先构建炸药-空气-水-混凝土试块模型并对其进行了模型验证.然后构建炸药-空气-库水-坝体-地基之间的动态全耦合模型,并对正常蓄水位与空库条件下TNT炸药接触爆炸的大坝动态响应及破坏特征进行了分析.研究结果表明:运用该方法研究混凝土重力坝水下接触爆炸引起的结构动力响应问题,具有稳定的可靠性,弥补了试验研究的不足.正常蓄水位下,在上游布置炸点对坝体的动力响应及损伤程度影响更大,因此在研究大坝抗爆性能时,应重点关注正常蓄水位条件下大坝上游侧炸点水下接触爆炸时大坝的破坏特性.     

浅水爆炸冲击荷载下高拱坝抗爆性能分析

水下爆炸冲击荷载作用下大坝动力响应较之静态荷载和地震荷载作用下要复杂得多.通过构建高拱坝水下爆炸大型数值全耦合模型,考虑混凝土材料的高应变率效应,采用三维非线性有限元法对近水面水下爆炸冲击荷载作用下的大坝动态响应进行了全性能数值仿真,探讨了高拱坝在浅水爆炸冲击荷载作用下的动力响应、潜在破坏模式及失事机理,研究了爆心距及炸药量对大坝抗爆性能的影响.研究结果表明:拱坝由于其拱形受力特点,具有较高的承压能力;在常规小当量炸药爆炸冲击荷载作用下,坝体仅产生局部开裂破坏;当大当量高能炸药在库区浅水近场爆炸时,上游面坝顶中部发生严重压碎和剪切破坏并形成上下游贯穿的裂缝,且裂缝向坝体下部扩展至1/2坝高处,导致坝体产生严重破坏.     

含PBX炸药装药的弹体侵彻响应数值模拟

为探究浇注型PBX炸药装药在弹体侵彻过程中的安全性问题,使用考虑孔隙的压力相关-应变率硬化-温度软化的粘弹塑性本构模型,用以拟合浇注型PBX炸药的在不同应变率下的动态力学响应,并利用动力有限元算法数值模拟含装药弹体侵彻混凝土靶板的过程中炸药的力-热耦合响应,获得装药不同位置局部温升受不同耗散功的影响规律,结果表明装药圆弧面圆心处由于应力波汇聚作用,塑性应变可达32%,装药与弹体内壁摩擦生热对装药温升有一定贡献.为装药结构设计提供力学分析的依据.     

爆炸载荷作用下波纹夹芯板动力响应的数值模拟

运用AUTODYN对波纹夹芯板在爆炸载荷作用下的动力响应进行了数值模拟。建立了包括炸药、空气、夹芯板结构及支座在内的三维有限元计算模型,分析了爆炸载荷作用下冲击波与结构的流固耦合过程以及波纹夹芯板的动力响应过程,研究了面板、芯层的厚度和屈服强度对夹芯板挠度和能量吸收的影响。数值模拟表明:波纹板在爆炸载荷作用下的动力响应可以分为冲击波与结构的流固耦合阶段、芯层的压缩以及板的整体动力响应等3个阶段;由于波纹芯层在垂直于波纹的方向上其抗弯刚度较大,在结构平行于波纹的边界处更容易受载荷作用而出现褶皱现象;随着面板、芯层壁厚及屈服强度的增大,后面板的最大挠度和夹芯板的整体吸能也随之减小。实际应用中需对芯层、面板的厚度及屈服强度进行合理的设计,使结构既经济又能满足服役环境。     

爆炸冲击作用下钢筋混凝土板的动态响应研究

为研究爆炸载荷下钢筋混凝土板的动态响应,基于量纲分析得到了球形装药质量、爆心距和钢筋混凝土靶板挠度之间的无量纲关系.利用有限元软件AUTODYN建立空气-炸药-钢筋混凝土板的三维数值模型,考虑炸药、空气和靶板之间的流固耦合相互作用,模拟结果和实验结果基本吻合.改变固支条件为四边固支,控制单一变量,分别得到装药质量和爆心距对靶板挠度的影响规律.结果表明,保持爆心距一定,当比例距离大于0.6 m/kg^1/3的情况下,即不考虑近场爆炸和接触爆炸,钢筋混凝土板中心挠度随装药质量增加近似呈线性递增趋势;而当改变爆心距时,挠度随爆心距的增加近似呈指数递减趋势.     

炸药殉爆实验和数值模拟

为解决炸药殉爆实验可以给出炸药殉爆条件,但不能得到炸药爆炸过程细节的问题,进行了固黑铝(GHL)炸药殉爆实验,通过观测残留炸药和见证板变形,判断被发炸药爆炸情况. 并采用非线性有限元计算方法对炸药殉爆实验进行了数值模拟计算. 计算模型中主要考虑了主发炸药爆炸冲击波在空气中的传播及其对被发炸药的冲击起爆. 用欧拉法描述主发炸药及周围空气介质,用拉格朗日法描述被发炸药和见证板. 通过数值模拟计算,分析了炸药殉爆过程中,被发炸药爆轰波的成长历程. 结果表明:被发炸药起爆点位于药柱下端,爆轰波先向下传播,使底部炸药先爆炸,然后转为向上传播起爆整个炸药柱;炸药底端压力不高,远低于炸药C-J爆压,对见证板的破坏作用较小.     

钢材在不同应变率下力学性能的试验研究

通过INSTRON拉伸试验机和HTM5020型高速拉伸试验机开展Q235钢材的准静态和高速拉伸试验,研究钢材的动态力学性能.结果表明:Q235钢材为应变率敏感型材料,随着应变率的提高,钢材的屈服强度和极限强度明显提高,钢材的应变硬化特征发生显著变化,其名义屈服强度和名义抗拉强度的动力放大系数与应变率之间满足CowperSymonds模型.基于钢材颈缩前的真实应力应变关系,提出了修正的Johnson-Cook模型,该模型可更合理地描述Q235钢应变率效应与应变硬化效应耦合现象.     

民机雷达罩的抗鸟撞非线性力学行为仿真研究

为了研究某民机雷达罩结构的抗鸟撞性能,基于ABAQUS建立了采用纤维增强非线性动力本构的雷达罩模型,综合考虑了复合材料与泡沫芯材的非线性行为与应变率效应。该文通过仿真模拟,分析了面板材料(包括复合材料和泡沫芯材)是否考虑非线性与应变率效应、夹芯结构铺层顺序与角度,以及前后面板厚度比对结构鸟撞响应失效行为的影响。结果表明：纤维增强复合材料的非线性动力本构能够很好地描述雷达罩复合材料结构在动态加载下的应变率强化效应。不同铺层角度下的雷达罩面板的破坏形式基本相同,其最主要的失效形式是基体拉伸破坏,而前后面板铺层顺序为[0/-45/45]/[45/-45/0],且前后面板层厚比接近1的模型具有较好的吸能效果。     

基于LBE方法的驾驶室防护仿真

利用LS-DYNA动力有限元软件,分别用ALE(arbitary Lagrangian Eulerian)方法和LBE(load blast enhanced)方法模拟5种不同装药量下四边约束靶板的动态响应,并与试验进行对比验证LBE方法的正确性及优越性.基于LBE方法对某型车辆驾驶室在3种不同装药量产生的爆炸冲击波作用下的动态响应进行仿真模拟,得到驾驶室应力和节点位移云图,并与试验结果进行对比.结果表明采用LBE方法对驾驶室进行仿真所得结果与试验结果吻合较好,可应用于爆炸冲击波对车辆驾驶室的损伤仿真研究.      

冲击载荷作用下弹塑性圆板动力反直观行为的研究

The anomalous dynamic behaviors of struc-tures subjected to a short pulse load have attractedgreat interest.For the first ti me,Symonds andYu[1]found counter-intuitive response when theystudied dynamic behaviors of pin-ended beams un-der i mpact load.The counter-intuitive responsemeans that the permanent deflection of structure isin opposite direction to the load applied.A singledegree of freedom Shanley type model of beamisused to study the influence of thickness and damp-ing[2]to dynamic be…     

爆炸冲击波作用下的金属板损伤P-I图仿真

 目标损伤的P-I图是确定冲击波对目标的毁伤效果及防护设计的重要依据。目标可等效为一定厚度的金属靶板,考虑冲击波在靶板上反射参数,由反射的“超压-冲量”准则评价冲击波对目标的损伤效应。由理论推导与数值分析相结合的方法获得靶板损伤的P-I图。应用有限元动力学分析软件ANSYS/LS-DYNA,建立了TNT炸药柱对靶板作用的数值模拟方法,进而研究了装药质量和作用距离变化对作用在靶板上超压与冲量的影响,得到了靶板不同损伤等级的P-I图。通过与试验结果比较,两者符合较好,验证了方法的正确性。     

聚脲涂覆钢板结构抗爆性能试验研究

研究聚脲不同涂覆方式下单钢板与箱体结构的抗爆性能.进行了15.7 kg/m2相同面密度条件下2.0,1.5与1.2 mm三种厚度钢板的无涂覆、迎爆面涂覆结构抗40 g TNT外爆载荷试验,相同钢板厚度条件下1.5 mm与1.2 mm两种厚度钢板的无涂覆、迎爆面涂覆与背爆面涂覆结构抗60 g TNT外爆载荷试验,以及3.0 mm厚钢板所组成箱体的无涂覆、迎爆面涂覆与背爆面涂覆结构抗140 g TNT内爆载荷试验,通过对比不同涂覆结构的变形与破坏行为,分析聚脲涂层对结构抗爆性能的影响.结果表明,等面密度时迎爆面涂覆聚脲不能提高钢板的抗爆性能,等钢板厚度时涂覆聚脲能够有效提高钢板与箱体结构分别在外爆与内爆载荷下的抗爆性能,且背爆面涂覆时效果优于迎爆面涂覆.      

钢结构箱体内爆作用下毁伤破坏试验研究

为研究钢结构箱体在内爆作用下毁伤破坏效应,对TNT在钢结构箱体内部爆炸进行试验研究.试验中采用常用4舱室结构为研究对象,通过改变装药量研究钢结构箱体的毁伤破坏,得到了不同装药量情况下箱体结构的破坏毁伤程度及破坏特征.研究结果表明:钢板箱体在结构内爆炸荷载作用下,随着装药量的增加,毁伤程度逐渐增加,完全密闭舱室的顶盖钢板由轻微隆起逐渐增加为加筋端部出现裂口,破坏模式由起爆舱室内内侧隔板及顶盖钢板轻微变形逐渐增加为明显变形及自由通道一侧隆起加剧,直至顶盖加筋处出现裂口及内侧隔板顶部断裂破坏.      

The Anomalous Response of Elastoplatic Circular Plates Under Impulsive Loading

The anomalous nonlinear elastic, perfectly plastic response behaviors of circular plate subjected to short transverse pulse load is studied. The plate is assumed fixed-pin along the boundary. 'Anomalous' here means that the final deflection may be in the direction opposite that of the load. It has been found by detailed numerical analyses that there exists anomalous response in some narrow loading ranges, so called slots. By further calculations it is shown that this special dynamic behavior is related to coupling affects of internal forces and large plastic deformation after removal loading. Further plastic dissipation will be lead to anomalous dynamic response. This phenomena could be considered as the coupling of the geometry nonlinearity, material nonlinearity,elastic effects and the irrecoverable of the plastic deformation.     

多层钢筒结构在内部强爆炸作用下变形行为的数值模拟

多层防护结构常用于需要抵抗爆炸冲击的场合,如何快速准确地预测其在内部强爆炸作用下的响应行为是当前急需解决的问题. 针对Q345钢制成的多层防护结构,基于有限元软件LS-DYNA,分别采用CONWEP算法和流固耦合算法进行了3种装药量爆炸下的模拟分析,并与实验结果进行对比,验证了数值模拟的有效性. 结果表明,当装药比例距离大于0.152 m/kg^1/3时,采用CONWEP算法施加爆炸载荷,可简单可靠地预测多层防护结构受爆炸冲击的响应行为. 采用多层结构后,内部各层通过塑性变形吸收了作用于结构上约90%的能量.     

加筋板结构的塑性动力响应分析

对爆炸载荷作用下，具有１根纵向加筋及若干横向加筋的复杂加筋板结构的塑性动力响应进行了分析．采用能量方法及刚塑性本构模型，导出加筋板的静力极限变形机构的形式及判别条件．假设动力响应的变形模式与静力极限状态时的变形模式一致，计及有限变形的影响，利用Ｊｏｎｅｓ－Ｓａｗｃｚｕｋ控制方程，导出指数形式的爆炸载荷作用下，加筋板塑性动力响应的持续时间及最大残余变形的表达式．理论分析与ＡＤＩＮＡ程序的数值计算结果能很好地吻合．     

抗爆门冲击动力响应的数值模拟研究

对应用于石化、核电、军事等行业的抗爆门开展动力学响应数值模拟研究.以DBD-AD150*240型抗爆门作为研究对象,进行爆炸冲击波作用下的动力学相应分析.研究在不同抗爆等级条件下,抗爆门的应力、应变能否满足抗爆要求,明确抗爆门的抗爆等级.结合三明治复合管结构的冲击吸能方式,对抗爆门抗爆能力进行改善.通过数值模拟研究,明确了所研究抗爆门的抗爆等级.确认在抗爆门上采用三明治复合管结构的情况下,抗爆门的抗爆能力可以得到明显增强.     

矿用救生舱抗爆炸TNT当量与冲击载荷研究

研究设置有救生舱的井下巷道中瓦斯爆炸的TNT当量,冲击波的传播特性,以及对舱体的冲击载荷。利用显式动力学分析软件LS-Dyna,通过一点多物质ALE流固耦合算法模拟得到爆炸冲击波的传播过程。当冲击波由救生舱前端传至后端并衰减至其峰值载荷的10%时,确定了舱体所受载荷达到规范要求时瓦斯的TNT当量;并得到了舱体各部位的实际载荷曲线,为计算救生舱抗冲击动态响应时载荷施加以及优化设计提供了依据。