条形装药土中爆炸冲击波及空腔的数值模拟

本文用拉格朗日坐标有限差分法对条形装药土中爆炸的冲击波和空腔参数进行了一维轴对称数值模拟。计算中取爆破介质为弹-理想塑性体。计算得到的冲击波,爆炸空腔的参数与X光摄影数据的比较,结果表明计算与实测结果基本一致。     

空腔物化过程的计算

本文研究固体介质内,如花岗岩,在爆炸产生的高温高压蒸汽压力的作用下,空腔的膨胀、空腔壁向内回弹、蒸汽冷却和凝聚及至最后倒塌的物化过程。文中引用热力学、统计物理、大形变的弹性理论,计算了腔内蒸汽量、蒸汽压、空腔半径和空腔温度的关系,计算出回弹时的温度、压力、蒸汽量和空腔半径。它们与已有的测定参量基本上符合,但尚有一些理论值有待进一步测试来验证,特别是回弹时的若干参数,这很有意义,也很关键。本文提出的计算模型对研究空腔形成的物化过程是有参考价值的。     

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基于圆柱形空腔膨胀理论的侵彻计算采用的混凝土靶材料参数均为混凝土静态力学特 性参数,这与弹靶相互作用的动态事实不相符. 考虑混凝土材料应变率敏感性和在动载作用下 的动态响应,对圆柱形空腔膨胀模型进行修正,并结合实例进行验算,修正模型理论计算结 果与实验结果符合性更好.     

THE OSCILLATION MODE OF INCOMPRESSIBLE CAVITY FLOW

采用二维大涡模拟方法进行了空腔水流场的数值计算, 考察空腔前缘动量损失厚度及来流速度等因素如何影响空腔流的振荡, 同时考察了空腔长深比与空腔流振荡模式的关系. 用空腔水流场的粒子图像测速测量结果验证了数值计算的可信性.结果表明, 空腔水流是否发生振荡取决于壁面摩擦速度.瞬时涡结构和空腔阻力系数2个方面的特征显示空腔水流场有2种典型的振荡模式, 剪切层模式与尾流模式, 确定振荡模式的关键因素是空腔长深比.     

岩体中非填实爆炸空腔壁振动状态分析

采用流体动力学模型研究了地下空腔中化学爆炸冲击波的传播过程及空腔壁的运动状态。计算中体现了空气冲击波与空腔壁作用后激发的强谱振幅高频冲击波。在实验中 ,解决了空腔内传感器的防护和抗干扰等技术难题 ,测到了空腔壁的地运动加速度波形。通过对所测波形的时频域分析得出了非填实爆炸在源区和近区激发高频应力波 ,其频率明显高于填实爆炸的频率。这些特征与数值计算相一致。最后简略讨论了数值计算与实验测量中需解决的问题。     

关于超音速流中运动激波若干问题的研究

研究了在无粘完全气体流中的运动激波 ,讨论了激波运动速度D和来流速度U对激波后气流参数的影响 ,包括对激波后的总焓比值和总压比值以及对流转角的影响。计算结果表明它们不同于通常静止激波下所得到的结果。该内容涉及到超音速射流与障碍物或空腔体相互作用时出现的失稳状态下激波的振动和空腔体底部的反常加热问题。     

空腔膨胀理论靶体阻力模型及其应用研究进展

从静/动态空腔膨胀模型的理论体系出发,介绍了空腔膨胀模型在不同方向上取得的成果,主要涉及理想侵彻条件的空腔膨胀压力计算模型及数值模拟方法和空腔膨胀模型在典型侵彻问题及复杂弹靶条件下的应用。在理想侵彻条件下的空腔膨胀压力计算模型中,主要讨论了靶体材料、屈服准则和状态方程对空腔边界应力的影响规律及空腔膨胀模型的适用性问题;根据数值模拟中初始条件的不同,介绍了空腔表面恒定速度/恒定压力两种数值模拟方法,证明了数值模拟方法的可靠性;整理了空腔膨胀模型的基本假设、适用范围、工程应用特点,列举了其在典型侵彻问题及多层复合靶板、约束靶体、弹体刻槽和异形截面形状弹体等复杂弹靶条件下的应用。针对空腔膨胀模型的研究现状,总结了目前空腔膨胀模型在冲击动力学领域的应用方向,归纳了空腔膨胀模型应用中尚存在的问题,展望了空腔膨胀模型下一步的重点发展方向。     

旋流消能工内空腔旋流的能量特性

为了揭示旋流消能工内空腔旋流的能量特性,本文以公伯峡水电站为例,基于组合涡运动规律推导并建立了空腔旋流各类能量的计算公式,研究了空腔旋流的能量特性。结果表明,文中的能量计算公式在空腔旋流的能量计算中具有更好的适宜性,克服了常规能量方程在空腔旋流能量精确计算中的局限。旋流洞内空腔旋流的切向动能沿程减小;轴向动能和压力势能沿程波动变化,且相对轴向动能和相对压力势能沿程变化趋势相反;空腔旋流的总能量以轴向动能为主且沿程减小;在水平长度为15.5m的研究流段间其能量损失约占总水头的5%。并结合湍动能耗散率揭示了空腔旋流能量损失的主要组成部分。成果对旋流消能工的设计和深入认识旋流消能工内空腔旋流的能量特性具有指导意义。     

二维复杂弹性空腔的边光滑有限元建模及分析

在弹性空腔结构上敷设被动约束层阻尼(passive constraint layer damping, PCLD)可达到减振降噪的效果,针对这类复杂结构建立了二维复合弹性空腔的边光滑有限元耦合动力学模型。其中,PCLD结构采用两节点四自由度的PCLD梁单元,声场采用边光滑有限元模型。以二维全敷设复合矩形空腔模型为数值算例,以精细网格下的有限元法结果作为参考解,对比研究了在相同背景网格下,边光滑有限元法和有限元法的频响结果,发现前者更接近参考解,说明同样的计算成本下,边光滑有限元法具有更高的精确性,特别是在中频计算中。最后,分析了PCLD结构对某汽车驾驶舱的降噪效果,以及黏弹层和约束层厚度参数的影响规律,发现黏弹层厚度增大,可一定程度上降低空腔噪声,而约束层厚度增大,并不能在整个频段得到很好的降噪效果。     

条形空腔分集药包若干设计问题的研究

本文讨论了条形空腔药包的分集原则、间断长度、药量计算和最小空腔比的确定,以及条形空腔药包的地震效应等,它们都是条形空腔药包设计中必须解决的重要课题。文中对建立的计算公式列举了若干算例,证明与爆后的实际情况或小型试验比较吻合。     

地下空腔解耦爆炸的数值模拟

采用一种Euler算法和Lagrange算法相结合的有限差分算法计算地下空腔解耦爆炸。对腔内气体,采用Euler网格,对腔外岩石,采用Lagrange网格,对不同半径的空腔爆炸引起的远场应力波和震源函数开展了数值模拟,重点分析了空腔尺度对震源函数的影响。结果表明,空腔增大会降低远场应力波峰值、地下爆炸的耦合强度和震源函数稳态值,但拐角频率随空腔的增大而增大。     

基于Ottosen屈服条件的不同强度混凝土空腔膨胀模型及侵彻机理

针对毁伤与防护领域对深层超硬目标理论研究及工程应用的迫切需求,引入改进的Ottosen屈服条件,对混凝土空腔膨胀过程中的响应分区和边界条件进行优化,求解空腔膨胀的全过程,分析不同强度混凝土响应分区的变化规律;根据空腔边界应力和空腔膨胀速度的关系,建立了弹体侵彻深度计算模型,对弹体侵彻不同强度混凝土工况进行了对比计算,并深入分析了靶体强度对侵彻深度影响的机理。通过与实验数据进行对比发现,改进的空腔膨胀理论对于普通混凝土和高强混凝土均有很好的适用性,可准确计算径向应力与空腔边界速度关系以及侵彻深度。研究结果显示,高强混凝土的弹塑性开裂区范围更大,密实区范围更小,表明了高强混凝土脆性大,材质密实的特点,引入塑性开裂区可以更好地反应侵彻过程中高强混凝土压实时对应速度更高的现象;随着混凝土强度的提高,其屈服包络面变化越来越小,因此混凝土的空腔边界应力增大但变化程度越来越小,导致弹体侵彻深度随速度增加的增量变小。     

条形装药硐室爆破研究

从理论上分析计算了条形装药硐室爆破急待解决的最佳空腔比、装药端部效应，给出了条形装药爆破设计的有关参数，并通过具体实例验证了理论结果的准确住，同时通过地震测量，讨论了条形装药爆破的地震效应。     

聚能装药对混凝土靶板的侵彻研究

系统开展了不同药型罩材料、不同锥角、不同壁厚的聚能装药在不同炸高下侵彻混凝土试验, 研究了罩材料、锥角、壁厚、炸高等结构参数对漏斗坑直径、侵彻孔洞直径、漏斗坑深度以及侵彻深度等参数的影响规律;应用空腔膨胀理论计算了混凝土靶体阻力, 采用改进的伯努利方程和两阶段空腔膨胀理论获得了混凝土靶板在侵彻体作用下的侵彻深度和孔洞直径, 理论结果与试验结果基本吻合;基于AUTODYN 软件平台, 采用与试验一致的聚能装药结构, 开展了57 种工况下侵彻体成形过程的数值模拟研究, 并对其中典型工况的侵彻混凝土过程进行了数值模拟, 计算所得孔洞直径和侵彻深度与试验结果吻合较好, 在此基础上深入探讨了聚能装药作用下混凝土漏斗坑的形成机理, 分析表明, 铝药型罩的开坑机理不同于钢和铜药型罩.      

基于Griffith强度理论的空腔膨胀模型与应用研究

根据混凝土材料受高速冲击时产生大量碎裂的特点,假设其粉碎(塑性)区介质服从Griffith 强度理论,发展了弹丸深侵彻混凝土靶的动态空腔膨胀模型,建立了弹丸深侵彻理论计算公 式. 对比表明：基于Griffith强度理论的球形动态空腔膨胀模型的计算结果与实验数据吻合 较好.     

孔底空腔爆炸应力场分布的动光弹试验研究

在保护层开挖中,孔底空腔装药爆破的方法被证明对保护建基面是行之有效的。为了研究炮孔孔底空腔装药结构的爆炸作用机理,运用动光弹试验模拟介质受到爆炸载荷作用下的动态响应,分析了不同装药结构的孔底应力场分布情况及其作用规律;文中介绍了动光弹模型试验设计参数,通过对试验中条纹级数与比例距离曲线的对比分析,得出了合理的孔底空腔能有效地降低爆炸峰值压力和有利于保护建基面的结论。     

条形药包的空腔发展过程模拟

通过分析条形药包爆破中等效单元球药包与岩土体中实际球药包间的不同特点，计算了任一单元球药包的空腔发展过程，为模拟条形药包的空腔发展过程提供了可供选择的途径。     

盐岩介质中空腔爆炸解耦因子的计算

对在美国内华达试验场盐岩介质中进行的Salmon 地下核爆试验( 填实爆炸,当量5.3kt,埋深828m) ,利用近区自由场加速度测试数据,计算了它的震源函数t() ,并且根据一维球对称爆炸膨胀源理论,计算了弹性响应空腔爆炸源的震源函数s()。由解耦理论,得到了盐岩介质的完全解耦空腔爆炸的解耦因子DF。     

基于统一强度理论的高速钨杆弹体侵彻陶瓷靶研究

将陶瓷靶高速冲击下的响应分为空腔、破碎、径向裂纹、弹性和未扰动等五个响应区,针对破碎区的特点,提出了基于统一强度理论的统一压剪准则。利用静态空腔膨胀理论求出了空腔膨胀压力,即A T模型中的靶体阻力Rt,求出了钨杆弹高速撞击陶瓷靶时的侵彻深度,分析了强度参数b和压剪系数对靶体阻力和侵彻深度的影响,并与试验结果及其他研究者的结果进行了比较。通过b、的变化,本文中的成果可用于各种脆性材料的侵彻分析。     

混凝土靶体计及压实效应的球腔动态膨胀模型和侵彻计算

建立了一混凝土靶体的球腔动态膨胀的侵彻模型。靶体的静水压力一体积应变关系考虑了不同的密实混凝土模型。也研究了混凝土作为多孔材料在高压下的压实效应。混凝土有拉伸强度极限值，其剪切强度与压力相关为Mohr—Coulomb定律。球腔动态膨胀模型考虑球对称空腔在无限介质里从零半径开始以常速度膨胀，产生一塑性区和一弹性区。当膨胀速度足够小时，由于介质的低拉伸强度，塑性区和弹性区之间可存在一径向裂纹区。可由解析方法获得空腔表面压力和弹塑性区界面传播速度随空腔表面扩张速度变化的曲线，再由球腔动态膨胀模型所得的空腔表面压力分布用于计算混凝土靶体的刚性杆弹侵彻深度。本文模型的计算结果与经验公式，不可压缩和线性可压缩混凝土模型的进行了比较。