破片群作用下复合材料层合板近场动力学损伤模拟

采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论,模拟复合材料结构在破片群载荷作用下的损伤情况。根据复合材料结构受到载荷的特性,总结破片群冲击作用下复合材料结构损伤特性,分析其破坏过程,研究破片群增强效应,并对破片速度、破片数量、破片群间距对侵彻能力增强效应的影响进行分析。结果表明:层合板结构在高速破片群侵彻作用下损伤模式多样,与破片数量、速度、间距相关;破片数量的增加,对破片群侵彻能力增强效应明显;破片间距与破片群侵彻能力增强效应负相关,破片间距减小,破片群损伤效应提高;破片速度直接决定穿透时间,破片速度的提高使得穿透时间缩短,应力波的叠加效应不足以影响破片群的侵彻能力。     

冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性

为探讨导弹战斗部近炸下舰船夹芯复合舱壁结构设计方法,采用TNT和预制破片近炸实验研究了典型夹芯复合舱壁结构在冲击波与高速破片联合作用下的破坏效应,分析了冲击波和破片联合毁伤载荷,指出了钢质面板和抗弹层的破坏模式,阐述了夹芯复合舱壁结构的防护机理。结果表明:预制破片装药近炸下,破片能远大于冲击波能,是防护结构的主要设计载荷;前面板主要是抵御冲击波,其变形破坏整体为挠曲大变形,局部为集团破片冲塞破口、破片穿孔和撞击凹坑;背板以挠曲大变形吸能为主;陶瓷材料碎裂严重,部分陶瓷碎片反向飞溅撞击前面板;纤维增强复合材料发生了纤维断裂、基体开裂、整体弯曲大变形及分层等破坏,抗弹层应避免产生穿透性破坏。     

高速摄影法测量破片初速度分布

通过高速摄影相机记录钢靶上的破片穿孔,利用起爆到破片穿靶的关联时间,求出破片的穿靶速度,再通过靶网法计算得到衰减系数α,从而得到每个破片的初速度及破片初速度的分布范围。     

冲击波-破片群联合作用下舰船复合材料结构近场动力学损伤模拟

采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论,模拟复合材料结构在冲击波-破片群联合作用下的损伤情况。根据复合材料结构承受的载荷特性,分析冲击波-破片群联合作用下层合板及加筋板结构的损伤模式,考虑载荷作用次序等因素对于联合作用毁伤能力的影响规律。结果表明:联合作用对复合材料结构的损伤程度主要与冲击波强度、破片群侵彻能力、作用次序有关,主要损伤模式为分层失效、基体损伤、剪切损伤以及结构大变形;对于层合板而言,在冲击波先作用的工况下,结构损伤程度更高,损伤范围更大;对于加筋板而言,由于加筋板的筋条能显著降低冲击波作用,进而降低冲击波对破片群侵彻能力的增强效应,最终影响联合作用的毁伤能力,因而在破片群先作用的工况下反而损伤更严重。     

破片冲击作用下舰船复合材料结构损伤的近场动力学模拟

基于近场动力学方法，综合分析了破片的速度、层合板的铺层方式、加筋板的筋条尺寸和破片相对筋条的冲击位置对结构损伤模式和破片剩余速度的影响。结果显示:高速破片冲击作用下，层合板会发生侵彻和穿透现象，层合板的损伤模式以基体损伤为主，且随着破片冲击速度的增大，板上下表面的损伤区域呈现出一种先增大后减小的趋势；高速破片冲击作用下，层合的板损伤扩展方向和纤维铺设方向有关，对于纤维铺层方向相同的层合板，其上下表面的损伤扩展方向一般与纤维方向相同；加筋板通过增加少量质量可以获得比层合板更好的抗破片冲击性能，且加筋板的筋条尺寸和破片相对筋条的冲击位置对加筋板的损伤具有明显影响。     

W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片侵彻能力与后效研究

将W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片装入弹体制备成预制破片弹丸,并进行实爆试验,研究W骨架/Zr基非晶合金复合材料预制破片侵彻靶板的能力,以及预制破片贯穿靶板后对棉被、油箱的引燃能力。结果表明:制备的W骨架/Zr基非晶合金复合材料密度大、强度高,爆炸完整性和侵彻能力能够满足作为榴弹预制破片的要求;W骨架/Zr基非晶合金复合材料破片侵彻过程中自身变形是影响侵彻能力的主要原因之一;W骨架/Zr基非晶合金复合材料预制破片侵彻和贯穿靶板的过程中伴随着强烈的爆轰,当穿透率足够高时,预制破片的爆轰作用能够引燃靶后的棉被和油箱。     

破片群初速的电探针测量法

提出了一种速度衰减系数可预先确定的测量全预制和半预制破片群初速ｖ＿０的电探针方法。在效应靶背面竖直方向上依次布置ｎ根条状铜箔电探针，测量ｎ个破片飞行ｘ距离经历的时间ｔ，根据破片速度衰减公式确定ｎ个破片的ｖ＿０，测量误差不超过３％。应用最小二乘法原理，将实验测定的全预制破片群初速拟合成沿战斗部轴向分布，实验拟合线与用文献［１］报导的计算方法确定的结果基本一致。     

基于高速摄影视觉测量的静爆破片运动参数测试方法

为提高静爆试验中破片初速和速度衰减系数解算的可信度，提出了基于高速摄影视觉测量的静爆破片运动参数测试方法，该方法主要包括高速摄像机数据采集、视觉测量解算破片轨迹、基于运动模型拟合求解三个步骤。试验证明，该方法能够准确获取各破片的初速和速度衰减系数，可信度高，是一种有效的静爆试验破片运动参数测试方法。     

波形控制器对杀伤战斗部破片飞散特性影响研究

为提升杀伤战斗部破片轴向飞散的集中度，提高战斗部的轴向杀伤威力，提出使用波形控制器控制破片的飞散方向。基于爆轰波在波形控制器界面发生反射的规律以及Shapiro公式，设计了波形控制器的形状，使用LS-DYNA有限元软件和ALE(arbitrary Lagrange-Euler)算法对破片的飞散过程进行数值计算，结合战斗部原理样机静爆试验，验证了使用波形控制器改善破片飞散特性方法的合理性。对比了有无波形控制器时破片飞散过程的差异，对无波形控制器以及波形控制器材料分别为尼龙、聚氨酯和聚四氟乙烯（polytetrafluoroethylene,PTFE）时杀伤战斗部的破片飞散速度和破片飞散角规律进行了分析。结果表明：波形控制器可以减小战斗部中心和两端位置的破片飞散速度大小差异，使中心到两端位置的破片飞散方向角变化均匀，破片在轴向的分布更加均匀；不同材料的波形控制器对破片飞散特性影响不同，波形控制器的使用减小了破片飞散角，增大了破片分布密度，提升了破片飞散的集中度。破片飞散角数值计算值与试验计算值误差在6.53%之内，与无波形控制器的杀伤战斗部原理样机相比，含波形控制器且材料为尼龙、聚氨酯和P...     

柱形杀爆战斗部的破片初速分布

针对有限长柱形杀爆战斗部装药两端的稀疏波效应而提供了比较符合实况的有效装药模型，并由此求得适用于估算柱形杀爆战斗部破片初速的修正型格尼公式，用它计算的破片初速分布与实验结果极为相符。     

爆炸冲击波作用下人体肺部的损伤

为探究肺部爆炸伤的致伤机制与评价指标,构建了人体-爆炸流场有限元模型,通过与爆炸事故中人员损伤情况比对,验证了模型的有效性。共进行39个爆炸工况的数值模拟,通过改变爆炸当量与距离,使得胸部受到不同量级爆炸载荷作用,肺部损伤等级从无损伤到严重损伤。通过分析爆炸流场分布、胸腔动力学响应、肺部应力分布等阐明肺部爆炸伤的力学机制。基于人体有限元模型输出的损伤响应,提出肺部爆炸伤的评价指标。研究结果表明:在爆炸载荷作用下,胸前壁高速撞击胸腔脏器,导致肺部产生应力波。随后在惯性作用下,胸前壁持续挤压胸腔脏器,并造成胸腔变形。应力波是造成肺部损伤的主要原因,胸腔变形挤压肺部造成的损伤风险较低。肺部损伤集中在靠近胸前壁及心脏的区域。胸骨速度峰值和胸骨加速度峰值可作为肺部爆炸伤的评价指标。胸部压缩量及黏性响应系数不能反映应力波对肺部造成的损伤,不适合评价肺部爆炸伤。     

化爆冲击波和炮口冲击波对生物致伤效应的对比研究

通过TNT化爆和火炮现场试验,探讨了化爆冲击波和炮口冲击波的异同点,结果发现两者的频谱大致相似。但化爆冲击波只有一次激波,而炮口冲击波有两次激波,有时甚至可见到三次激波。生物效应致伤的靶器官也有所不同,化爆冲击波以肺损伤较为多见,而炮口冲击波似乎以上呼吸道更为敏感,结果提示化爆可以模拟炮口冲击波,但又不完全等同于炮口冲击波,必要的火炮现场试验是必不可少的。     

冲击波负压与肺损伤

着重研究不同水平的冲击波负压峰值对大白鼠和家兔肺的影响。将Ｗｉｓｔａｒ系大白鼠分为６组，每组１０只，其中一组为正常对照组，其余５组分别暴露于平均峰值为－５３．７ｋＰａ至－８５．９ｋＰａ的冲击波负压环境中。伤后立即解剖动物，重点观察肺伤情，同时用６只家兔暴露于冲击波负压环境中，另６只为对照组。实验结果:在上述冲击波负压环境中，肺可出现从无伤至极重度伤的伤情，肺出血充血以及肺表面压痕与肺冲击伤的表现非常相似。随着冲击波负压峰值的变化，各组肺伤情亦随着变化，且相关非常显著，各实验组动物肺伤情与对照组相应的肺伤情相差显著。实验证明，一定条件下的冲击波负压对大白鼠和家兔肺具有明显的致伤作用。     

激波致伤的流体力学模型

本文从激波和人体组织相互作用的流体力学现象出发,提出和分析了激波致伤的四个流体动力学模型,即激波与不同密度的物质相互作用模型、气泡坍缩模型。激波作用下组织的表面形成射流模型和激波加速人体形成界面不稳定性模型。这几种模型是在激波和人体器官相互作用的复杂过程中引起原发性冲击伤的重要机制。     

生物激波管及动物耐受性的实验研究

在冲击伤研究中,必须针对两种试验方式分别对致伤机理、耐受性和机体瞬时动力学响应等进行研究。只有这样才能得到近真实的研究结果。文中介绍了能够模拟爆炸波波形因素和满足动物冲击伤实验研究物理参数要求的BST-Ⅰ型生物激波管。它是国内第一台用于生物实验的激波管。文中有应用该管开口和端板的两种实验方式,选用51只成年雄性杂种狗作耐受性实验观察。对实验结果作了分析。     

爆炸冲击振动下人体抛离问题的分析

采用单自由度模型研究了爆炸冲击振动下人体抛离问题。提出了人体抛离的飞离条件,推导了人体飞离时刻和飞离速度计算公式,为定量研究爆炸冲击振动下人员冲击伤和碰撞伤及人员隔冲问题提供了参考。     

多层吸能元件在冲击波作用下大变形问题的模态解

通过实验研究了多层吸能元件在冲击波作用下的大变形模式,基于虚速度原理建立了问题的模态近似解。实例计算表明理论值与实验结果吻合很好,分析了硬化、动态应变率以及元件静态孙载力,层数和惯性对结果的影响。     

冲击波传播的三个时段模拟实验中动物肺的损伤

利用自制的冲击波分段模拟舱 ,对 6 0只家兔和 2 0只大鼠进行了冲击波分段模拟实验。结果表明 ,肺冲击伤可能主要发生在冲击波减压段 ;冲击波压缩段可能不直接引起明显的肺损伤 ,但显著地影响后续的减压段的致伤效应。     

爆炸荷载作用下弹性与阻尼支承梁的动力响应

为了提高梁的抗爆能力,目前通常是从材料、截面形状等方面考虑．通过在梁端部设置弹性和阻尼支承来提高梁的抗力．为此,应用拉格朗日方程建立了端部弹性与阻尼支承梁的动力方程,通过长作用时间和短作用时间两个爆炸动荷载的典型算例,分析了端部弹性与阻尼支承对梁动态响应的影响,并指出在短作用时间动荷载作用下在梁端部设置弹性与阻尼支承可有效提高梁的抗力．     

近地空中气云爆炸波遇地面反射的研究

从非定常Ｅｕｌｅｒ方程出发，用高精度、高分辨率的ＴＶＤ格式，对近地空中轴对称气云爆炸波遇地面反射进行了数值模拟，得到了冲击波在地面由规则反射到马赫反射的爆炸场波系结构、沿地面的压力分布与地面指定点的压力时间曲线。比较了同体积不同初始形状气云爆炸效应。本文方法可预测爆炸场参数并对改进弹体结构设计以控制气云形状提供参考。