多点同步内爆炸下典型舱室的毁伤特性

根据等效缩比原则,设计了某舰船舱室的1:8等效缩比模型,进行双点装药同步内爆炸试验,对比分析了双点装药同步内爆炸和单点装药内爆炸的爆炸效应特征,研究了这两种爆炸对缩比舱室的毁伤情况。结果表明,双点装药同步爆炸时,冲击波在装药中心面上相互叠加,冲击波冲量效应比同药量单点爆炸显著增加,可有效提高对该类舱室的毁伤能力。     

密闭空间内爆炸缩比相似模型研究

以相似理论为基础,对密闭空间内爆炸毁伤参数进行量纲分析,建立密闭空间内爆炸相似模型,用LS-DYNA进行原模型装药递增直至结构破坏计算,并以结构产生裂纹的临界装药量进行缩比系数分别为0.8,0.6,0.4,0.2,0.1的缩比模型仿真计算。结果表明,结构尺寸不变而药量变化时壁面的冲击波服从相似规律;反射超压服从以受单、双及三面墙影响分开考虑的相似规律;冲量由于受结构破损影响不服从相似规律;缩比系数不小于0.1时缩比模型与原模型壁面的冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量服从相似规律,缩比模型冲击波超压、比例脉冲宽度及比例冲量与原模型最大相对误差分别为3.3%、4.96%、5.1%;随缩比系数的减小,结构壁面的冲击波超压及冲量呈现出离散分布特性,相似程度有所降低。在研究的缩比系数范围内,可利用缩比模型试验结果预测原模型内爆炸毁伤效应。     

爆炸冲击波参数薄膜测试法研究

为可靠获取爆炸冲击波超压参数,设计一种铝箔薄膜结构进行实验。通过控制材料状态、结构频率特性等参数,使其满足一定毁伤准则,建立力学模型对其进行分析。利用激波管装置对薄膜变形进行标定,并将激波反射载荷转换为入射压,采用最小二乘法进行线性拟合,得到薄膜最大变形挠度与激波入射压峰值之间关系。结果表明,可通过铝箔薄膜最大变形挠度反映爆炸场中0.05~0.35 MPa范围内的入射冲击波超压,为冲击波测试工程应用提供新的途径。     

运动炸药近地爆炸冲击波场特性研究

为研究运动炸药近地爆炸冲击波场分布特性,运用AUTODYN软件对不同运动速度炸药近地爆炸过程进行数值仿真,地面超压峰值仿真结果与等效经验公式计算值符合程度较好。通过对扰动压力场、爆炸初始压力场以及地面特征位置峰值超压的对比分析,得到炸药运动速度对近地爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:炸药运动速度对地面冲击波峰值超压有增益作用,随着炸药运动速度的增加该增益作用增强;炸药运动速度对地面峰值超压的增益作用随比例距离的增加逐渐减弱,3倍比例距离外可认为无明显差异。     

隧道内爆炸冲击波传播特性及爆炸荷载分布规律研究

隧道内爆炸产生复杂的爆炸冲击波流场,作用于隧道衬砌上的冲击波荷载分析十分困难.采用三维有限元计算方法,对带端墙隧道内爆炸空气冲击波的传播过程进行了数值模拟,给出了内爆炸产生的隧道内冲击波流场,并与双向开口隧道内爆炸流场进行了对比,分析了炸药装药形状、炸药引爆位置对爆炸荷载分布的影响,研究了作用于隧道衬砌上的反射冲击波荷载峰值分布规律,给出了估计衬砌上反射超压峰值的公式.     

纤维增强攻坚战斗部在混凝土中爆炸威力试验研究

为考核纤维增强攻坚战斗部在混凝土中的爆炸毁伤效应,对裸装药、复合材料壳体、钢壳体装药在混凝土靶中的爆炸破坏效应进行了对比试验研究。试验结果表明,同样装药情况下,裸装药爆炸产生的破坏区域大于复合壳体及钢壳体装药;复合材料壳体装药在阻抗匹配方面要比钢壳体装药好,更利于爆炸冲击波的传播;同样装药情况下,复合材料壳体装药爆炸对靶体爆炸驱动有效能量大于钢壳体装药。     

圆柱形战斗部破片速度及等效装药特性研究

针对反舰武器战斗部对舰船结构毁伤效应的爆炸破片与冲击波两者具有的相关性,对战斗部壳体在爆轰产物内压作用下的膨胀过程进行分析,并结合壳体形成破片的应力准则推导出与壳体材料强度及装药特性参数相关的破片速度计算公式;通过对壳体内装药径向膨胀过程的动量分析获得与装药尺寸有关的等效裸装药计算表达式;结合圆柱形战斗部爆炸实验给出计算算例。     

带壳装药壳体厚度对混凝土爆破毁伤效果的影响

根据混凝土中爆炸冲击波初始压力经验公式和C-J爆轰理论,用AUTODYN软件对带壳装药在混凝土中爆炸进行数值模拟,计算了不同壳厚下爆炸冲击波的初始压力值,得到带壳装药混凝土中爆炸冲击波初始压力的拟合公式,分析了冲击波初始压力随壳体厚度与装药半径比的变化规律.另外,从爆炸能量和爆炸冲击波的比冲量两个角度分别研究了壳体厚度对混凝土毁伤效果的影响.结果表明:当壳厚为0.5 ～2 mm时,爆坑体积较裸装药时增大,毁伤效果也较好;但当壳厚大于2 mm时,爆坑体积逐渐变小,毁伤效果也将变差.     

某型防暴弹爆炸装药安全性研究

对防暴弹微量装药近距离爆炸的安全性研究提供了研究方法,利用最小自由能法计算出某型防暴弹装药爆炸产物的平衡组分,利用盖斯定律计算出防暴弹装药的定容爆热,利用冲击波超压经验公式计算出爆炸装药药量分别为5 g、10 g、15 g、20 g时,冲击波超压随距爆心距离R的变化曲线。根据人体所能承受的冲击波超压及弹体结构设计要求,确定该防暴弹爆炸装药药量为16 g,计算距爆心0.1 m处的冲击波超压为9.76,不会对人体产生超压伤害。     

不同组分温压炸药的爆炸冲击波特性

为了更好地运用炸药爆炸的毁伤能力,采用相关实验手段对不同组分温压炸药的冲击波超压、正压作用时间及冲量等反应爆炸冲击波特性的参数进行了研究,并将测得的实验结果与TNT的爆炸冲击波特性进行了对比分析。结果表明,两种温压炸药W-1、W-2的爆炸性能均强于TNT炸药,且由于固液混合相温压炸药W-2中各组分混合得更为均匀,其爆炸性能强于固相温压炸药W-1,可为进一步研究温压炸药毁伤效应提供参考。     

含铝炸药近场水下爆炸冲击波的实验及数值模拟

含铝炸药能改善能量的输出结构,增强爆轰产物的做功能力,将其应用于水下爆炸,能显著提高水中兵器的爆炸威力和毁伤能力。基于电测法采用PVDF压力传感器开展含铝炸药RL-F和TNT近场水下爆炸冲击波实验,并采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法对其进行模拟;通过将仿真结果与实验值及经验值对比,结果表明采用合理的边界条件、计算参数和有限元模型,CEL方法能准确地模拟含铝炸药和TNT近场水下爆炸冲击波的传播过程;含铝炸药近场水下爆炸冲击波压力衰减速率相对于TNT较缓慢。在验证数值模型合理性的基础上,将数值结果拟合得到TNT近场水下爆炸冲击波峰值压力在6倍装药半径内以及含铝炸药峰值压力在一定比例距离范围内的近似回归公式。     

基于爆炸现场破坏分析的TNT当量快速估算方法研究

综合多年一线反恐经验,针对自制爆炸装置的TNT当量估算展开研究。一方面,根据现场勘查得到的冲击波超压对人体的杀伤程度,并参考炸点位置和地质强度,计算得到爆炸物的TNT当量;另一方面,分析了在不同环境下(空气中、软性地面、硬性地面)爆炸后形成的冲击波超压△pm的计算公式,同时结合冲击波对现场的破坏程度,计算得到爆炸装置的TNT当量。最后,可由TNT当量以及现场判定的炸药类型换算得到自制爆炸装置的装药质量。该方法成功地在多次案例分析中得以运用推广。研究成果对于勘察已爆现场、侦破涉爆案件、指导公安反恐防爆工作具有重大意义。     

TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟

准确预测三波点的位置和揭示三波点的规律,对工程防护和实现弹药的高效损伤有着重要作用。基于LS-DYNA有限元软件,利用数值模拟方法研究了TNT炸药在混凝土地面上形成爆炸冲击波的三波点运动轨迹,并初步揭示了炸高、药量和炸药形状等因素对三波点高度的影响。研究表明:在爆炸场中,爆炸冲击波以炸药为中心向四周传播,三波点轨迹的高度均呈现逐渐增高的变化趋势。不论改变炸药的药量还是炸高,三波点高度的增速在中场(4.0⁷.0 m)都较缓,而进入远场(>7.0 m)增速骤增。当炸药的炸高和药量相同,炸药形状不同时,圆柱状炸药在中场爆炸形成的三波点高度比长方体炸药略高,且高度增速都较缓;而在远场三波点的高度基本相等,且增速急剧上升,趋于定值。与炸药形状的影响相比,炸高和药量对TNT炸药爆炸冲击波的三波点高度的影响较大。     

TNT炸药爆炸场中三波点的数值模拟

准确预测三波点的位置和揭示三波点的规律,对工程防护和实现弹药的高效损伤有着重要作用。基于LS-DYNA有限元软件,利用数值模拟方法研究了TNT炸药在混凝土地面上形成爆炸冲击波的三波点运动轨迹,并初步揭示了炸高、药量和炸药形状等因素对三波点高度的影响。研究表明:在爆炸场中,爆炸冲击波以炸药为中心向四周传播,三波点轨迹的高度均呈现逐渐增高的变化趋势。不论改变炸药的药量还是炸高,三波点高度的增速在中场(4.0~7.0 m)都较缓,而进入远场(7.0 m)增速骤增。当炸药的炸高和药量相同,炸药形状不同时,圆柱状炸药在中场爆炸形成的三波点高度比长方体炸药略高,且高度增速都较缓;而在远场三波点的高度基本相等,且增速急剧上升,趋于定值。与炸药形状的影响相比,炸高和药量对TNT炸药爆炸冲击波的三波点高度的影响较大。     

DNTF/AP/Al 体系炸药的能量特性分析

为了研究 DNTF（3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱）/ AP/ Al 体系炸药的能量特性,选取了质量比为 DNTF/AP/ Al（35/35/30）的试样进行了水下爆炸能量测定和爆热测试,并将试验结果与 TNT 和 RS211进行了对比。结果表明：试样的比冲击波能是 TNT 的1.38倍,与 RS211相当;比气泡能分别为 TNT 和 RS211的4.56倍和2.91倍;总能量为 TNT 和 RS211的3.56倍和2.26倍。经计算发现试样的能量利用率高达98％。为了研究造成该配方试样高气泡特性和高能量利用率的原因,通过分析对比试样、DNTF 和 DNTF/ Al（70/30）体系的水下爆炸试验结果发现, Al 粉的加入显著提高了比气泡能,降低了热损失能;Al 粉和 AP 的联用进一步提高了比气泡能和能量利用率,同时也提高了比冲击波能。     

基于量纲分析的爆炸冲击波效应靶模型分析与实验研究

针对传统的冲击波压力电测法易受爆炸场寄生效应干扰问题,提出基于效应靶塑性变形的爆炸冲击波压力评定方法。由于效应靶理论模型复杂、参数较多,利用量纲分析方法简化模型获得爆炸冲击波压力作用的效应靶最大挠度与炸药TNT当量、炸高及炸距之关系,并建立冲击波压力作用的效应靶最大挠度计算模型;设计100 kg、60 kg、20 kg 三种标准TNT爆炸的立靶、平靶实验,用回归分析法获得二者经验模型系数。结果表明,立靶与平靶两种结构效应靶最大挠度实验结果与经验模型计算结果误差分别优于3.59%及3.33%。该研究可指导战斗部冲击波压力评估,进而减少爆炸实验量。     

坑道内典型工业炸药爆炸灾害效应的数值模拟

为了研究典型工业炸药在相对封闭的空间中爆炸产生的灾害效应,利用非线性动力学方法对3种典型的工业炸药(2号岩石硝铵炸药、乳化炸药、铵油炸药)在坑道内爆炸冲击波的传播特性和温度场分布情况进行了模拟计算,重点研究了工业炸药爆炸产生的超压与冲量破坏效应,并与传统高能炸药TNT进行对比分析。结果表明:2号岩石硝铵炸药爆炸产生的冲击波超压破坏作用和冲量破坏作用最大,乳化炸药次之,铵油炸药的破坏作用最小;爆炸均产生了明显二次超压破坏现象,其出现的原因是坑道局部出现冲击波聚焦现象;在高温灾害效应方面,2号岩石硝铵炸药的高温灾害效应最高,乳化炸药次之,铵油炸药最小。并将数值模拟结果与经验公式结果进行了比较,其吻合较好,证明了计算模型和参数选择的合理性。     

响水化工厂爆炸TNT当量估算

为了使人们更清楚地了解爆炸的危险性,需要对爆炸事件的TNT当量进行计算,以2019·响水化工厂爆炸事件为例,对该爆炸事件的TNT当量进行了估算。在分析此次爆炸原因的同时,对比分析了多种TNT当量的计算方法,确定此次爆炸事故以建筑物的破坏程度计算TNT当量。根据爆炸事故现场建筑物的破坏情况,先确定出在爆炸周边不同距离处空气冲击波的超压范围,再运用萨道夫斯基公式计算出不同距离处不同TNT当量炸药爆炸产生的空气冲击波超压,将计算值与确定出的空气冲击波超压范围值进行对比,最终确定出爆炸事故的TNT当量。估算此次爆炸事故的TNT当量在400～500 t。     

PVDF传感器在爆炸近区超压测量中的应用研究

凝聚相炸药爆炸产生强冲击波、电磁脉冲和光热效应,爆炸近区测试环境非常复杂,常规压阻式硅压力传感器难于满足测试要求。为准确测量装药近区爆炸参数给工程防护结构的爆炸毁伤评估提供参考依据,基于PVDF压电薄膜制作压力传感器,采用分离式霍普金森压杆（SHPB）对自制传感器进行标定;进行TNT化爆试验对自制PVDF传感器测试效果进行考核,并提取试验结果与AutoDyn软件计算结果进行比较。对比表明,测量值与计算值偏差小于10%,爆炸近区超压的试验测量可采用防干扰处理后的PVDF压电传感器解决。