十字形内置破片定向战斗部破片的飞散特性

针对低附带弹药毁伤需求，设计了一种十字形内置破片定向战斗部，根据目标方位可选择不同起爆模式，进而控制破片的径向飞散特性，在目标区域内形成杀伤破片实现定向毁伤，在非目标区域内实现低附带毁伤。采用数值模拟研究了相邻2点起爆、相邻3点起爆两种模式下定向战斗部起爆时破片的驱动过程，给出了各个位置处破片的飞散速度、径向飞散角度等特征参数；制备了2发单元样弹并开展了地面静爆实验，通过高速摄影及靶板上破片的穿孔分布特征实测出破片的速度及径向飞散角，与数值模拟结果对比，验证了模拟的准确性。在此基础上，通过引入能量分配角建立了破片速度的修正公式，并根据模拟结果对公式参数进行了拟合分析。结果表明：相邻2点起爆、相邻3点起爆模式下，战斗部定向杀伤区破片径向飞散角分别控制在145°、65°以内，且该区域内的破片占破片总数的比例分别达到了50.4%、43%；同时，破片速度呈现梯次分布，介于535～770 m/s之间，对1.5 mm厚的Q235A钢板的穿甲率分别达到了94.4%、84.6%，可实现对轻型车辆类目标的毁伤，其余区域则为低附带安全区；基于能量分配模型求得的破片速度理论计算值与模拟值基本吻合。研究结果可...     

轴向增强战斗部端部惰性填充物对端部破片飞散特性的影响

在当前破片战斗部动态毁伤场设计中,中心盲区效应被视为影响战斗部毁伤效率提高的关键因素。轴向增强战斗部作为消除战斗部动态中心盲区的重要手段,越来越受到相关研究人员的重视。本文中基于光滑粒子流体力学计算方法,建立了一系列轴向增强战斗部（端部分别含有惰性聚氨酯填充物、尼龙填充物和爆炸填充物）在爆炸载荷作用下的破碎和碎片散布过程的数值模型,并用于研究战斗部前端填充物特性对壳体动态响应的影响。数值模拟结果表明,填充物对战斗部前部破片的速度影响显著,但对破片飞散角度影响较弱。通过比较特定碎片的速度历史曲线,分析了惰性填料对碎片速度的影响机理。研究结果表明,聚氨酯泡沫填充物可以显著延缓爆炸冲击波对前破片的加速过程,并在一定程度上降低爆炸载荷,尼龙填充物可以在一定程度上降低前向破片和侧向破片的加速度,从而表明爆炸载荷被引导均匀分布在末端位置周围。结合战斗部自身的牵连速度,使用低密度和低质量填料代替头部装药具有相同的动态毁伤效果,可以提高轴向增强战斗部的能量利用效率。     

破片撞击起爆柱面带壳装药的临界速度修正判据

为获得适用于柱面带壳装药的冲击起爆修正判据，以Picatinny工程判据为基础加入修正项进行修正。采用AUTODYN-3D软件对破片撞击柱面带钢壳的B炸药进行数值计算，获得了破片入射角、装药曲率半径对炸药临界起爆速度的影响规律；通过拟合得到修正项表达式，建立了考虑破片入射角、柱壳装药形状函数的炸药起爆临界速度修正判据。判据计算值与实验数据和数值计算值吻合较好，该判据能较好的预测柱形带壳装药的冲击起爆条件。     

偏心对称起爆战斗部破片初速的增益

在极坐标下基于弹塑性基本方程建立了壳体膨胀的运动方程,且考虑了两点对称偏心起爆的碰撞效应,利用Whitham方法对两对称爆轰波的碰撞叠加进行了计算,得到了三波点的迹线、马赫波超压及马赫杆的高度等参数。通过联合求解,导出了马赫波区破片的初速计算公式,并利用AUTODYN软件进行了数值模拟,理论计算与数值模拟结果符合较好,验证了理论模型的可靠性。计算结果表明,两点对称偏心起爆时定向区破片初速增益超过30%,起爆点的夹角变化对破片的初速大小及飞散偏转影响并不明显。     

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...     

Zr基非晶合金JH-2模型的构建及应用

为构建Zr_62.5Nb₃Cu_14.5Ni₁₄Al₆非晶合金在高压、大应变、高应变率状态下的材料模型，采用根据实验数据理论推导和数值模拟对比反馈的方法，对材料的Johnson-Holmquist本构模型（JH-2模型）参数进行了研究:材料的静水压力-体应变关系通过平板冲击实验数据和理论推导得到；无损材料强度与应变、应变率的关系通过轴向压缩实验数据确定；材料损伤参数与破碎材料强度参数的关系通过平板冲击实验数据确定；破碎材料强度参数通过数值模拟与实验结果对比的反馈法得到。将材料模型应用于平板冲击和破片侵彻的数值模拟，通过数值模拟与实验结果对比的方式，验证材料模型的准确性。结果表明，平板冲击实验中，材料的自由面粒子速度曲线与数值模拟结果吻合度较高；破片侵彻实验中，破片对钢靶的侵彻深度、开坑孔径与数值模拟结果的一致性较好，构建的材料模型较准确反映了材料的动态力学特性。     

战斗部破片对目标打击迹线的计算方法

提出了破片对目标打击迹线概念,通过建立预制或半预制破片战斗部对目标杀伤作用场参数的计 算模型,以及在空间坐标系下破片各威力特性参数的相互转换,得到了一种破片打击迹线的计算方法,并基于 VC和MATLAB联合编程实现了战斗部破片打击迹线作用场的分布计算。通过破片对目标打击迹线可定量 分析战斗部所有破片的整个空间分布,并直观描述每个破片的飞散方向、能量衰减及对目标打击能力变化情 况,从而可精确地评价破片对目标不同要害位置处的打击效果。该杀伤作用场参数计算模型和破片对目标打 击迹线计算方法可用于战斗部起爆姿态选择和对不同目标杀伤效果的威力评价,为战斗部方案设计和战斗 部终点毁伤效应分析计算提供了新的参考依据和技术途径。     

非均质固体炸药冲击起爆的物质点法

将点火增长方程引入到物质点法中,编制了相应的计算程序MPM-SDT,并求解了冲击起爆问题.通过与传统算法和实验结果的比较,验证了物质点法应用于冲击起爆问题的可行性.物质点法避免了Lagrange法的网格畸变缠结和Euler法的对流误差.最后,对钨、铜、钢等材料破片撞击屏蔽炸药问题进行了多组数值模拟.3种材料对屏蔽炸药的...     

基于ALE,CEL和SPH方法的球形破片高速冲击充液结构对比研究

为研究ALE,CEL和SPH方法在高速冲击流固耦合动力学数值分析中的差异性,开展球形破片高速冲击充液结构数值模拟研究。建立经文献资料验证的ALE,CEL和SPH三种动力学模型,研究了流体压力变化、形成的空腔尺寸、破片速度衰减变化和充液结构变形等模拟精度,并分析相应的计算成本。结果表明,ALE,CEL和SPH三种方法均能有效模拟破片高速冲击充液结构的流固耦合动力学过程;ALE方法预测的空腔尺寸精度较高;CEL方法预测的流体压力、破片速度衰减和充液结构变形精度较高;SPH方法预测的空腔尺寸、破片速度衰减精度较高;当网格尺寸一致时, SPH方法计算时长约为ALE和CEL方法的两倍,但SPH方法前后处理更加简便。     

D型战斗部破片飞散性及威力场快速计算

破片威力场的快速计算是实现战斗部对目标快速评估的关键之一，本文中分别对型面宽度为 90°、120° 和 150° 三种 D 型战斗部的破片飞散规律进行实验和数值模拟研究，考察型面宽度和起爆模式对破片威力场的影响规律。结果表明:三种结构中包含 90% 破片的方位角分别为 21.16°、23.88° 和 30.08°；偏心线起爆和双端面偏心起爆，在 20° 方位角内破片总能量分别是周向均匀战斗部中心起爆能量的 3.4 倍和 3.3 倍；基于三种典型型面的破片威力场公式，通过构建二次插值函数获得其他型面战斗部的破片分布，为D型战斗部破片威力场的快速计算提供了一种有效方法。     

Numerical simulation of blast wave interaction with structure columns

Accurate estimation of blast loads on structures is essential for reliable predictions of structural response and damage. Current practice in blast effect analysis and design estimates blast loads primarily based on empirical formulae obtained from field blast tests. Due to the limited availability of test data, those empirical formulae are usually applicable to the case that the reflection surface of the structure is big enough so that no wave diffraction around the structure exists. They will overestimate the blast loads on structure columns without infill walls around them, which are very common in the modern buildings, especially for the ground floor columns. For a standalone column, the initial reflected pressure may be quickly relieved at the edge of the column, and the column will be engulfed with the blast wave due to diffraction. Therefore, the interaction between the blast wave and structure is important for such columns. The blast loads on such columns will be different from those obtained in field blasting tests on walls. There is no method in the open literature to estimate blast loads on standalone columns. In the present study, interactions between blast waves and structure columns are simulated using AUTODYN 3D. The influence of the scaled distance of the blast, column stiffness, ratio of the supported mass to the column mass, and column dimension and geometry, on the blast wave–column interaction is investigated. Based on the numerical simulation results, some formulae are proposed to estimate the blast pressure, impulse, and the reflected pressure time history on standalone structure columns.      

Free-field blast parameter errors from Cartesian cell representations of bursting sphere-type charges

The bursting sphere model is a simple approach to the numerical simulation of blast from charge detonation. It involves initializing a group of computational cells at high pressure with the correct blast energy to represent the charge volume. In this paper, a programme of numerical simulations of charge detonations in free-field air using the bursting sphere approach will be performed. This is done to investigate the errors in important blast parameters like peak overpressure and impulse that arise due to deviation of the charge shape from an ideal spherical profile when the charge is represented by a Cartesian mesh. This study will also include an assessment of the quality of error estimation for this problem based on grid refinement studies.      

砌体填充墙的抗爆性能

为了揭示砌体填充墙的抗爆破坏机理,在野外实验中,测得了爆炸条件下砌体填充墙上的爆炸荷载及位移,得到了墙的抗爆性能、破坏模式以及碎片的飞散和分布情况。实验结果表明,墙体的破坏模式与荷载的大小有关,其破坏主要由灰缝的破坏引起。结合实验现象,采用分离式建模的精细化数值模拟方法,得到了不同荷载条件下裂缝的发展过程、墙体的边界条件对墙体的破坏模式的影响,确定了墙体不同破坏等级时的药量,进一步说明本文中数值模拟方法的合理性。     

箱型结构内部爆炸破坏研究进展

结构内部爆炸破坏机理和规律是常规武器毁伤效能预测与评估、建筑物和舰船抗爆防护设计的重要支撑。基于结构内爆炸载荷、内部爆炸作用下结构塑性响应、内部爆炸作用下箱壁结构破坏模式、内部爆炸作用下多箱型结构破坏模式和分布四个方面详细论述了箱型结构内部爆炸破坏的研究现状及存在的问题,并对内部爆炸后续研究给出了建议。建议研究并建立更加复杂的结构内部爆炸载荷和破坏效应描述模型、内部爆炸作用下箱壁的动力响应机理、多箱型结构与内部爆炸波产生的耦合效应、内部爆炸作用下结构的破坏模式和破坏范围的快速准确预测方法等。     

混凝土重力坝爆炸荷载数值分析及抗爆性能研究

利用LS-DYNA非线性有限元程序,基于Eulerian和Lagrangian耦合的方法,研究了RHT本构模型模拟的混凝土板在爆炸荷载下的动力反应,并且将数值结果与现场实验结果进行比较,由此说明了RHT本构模型模拟爆炸荷载下混凝土动力反应的有效性。研究了2 t TNT炸药在距离坝体上游面10 m不同起爆深度的情况下,有泡沫混凝土保护层和无泡沫混凝土保护层的坝体动力响应及其损伤状况。计算结果表明,无泡沫混凝土保护层时,坝体上游面主要损伤区域位置总是随起爆深度的增加向坝体底部移动;当上游表面有泡沫混凝土保护层时,坝体上游表面的损伤明显变小,下游面的损伤较无保护层情况也明显减小。表明泡沫混凝土能够有效减小混凝土大坝在爆炸荷载下的损伤,在提高混凝土大坝的抗爆性能方面起到很好的保护作用。     

Estimating equivalent viscous damping ratio for RC members under seismic and blast loadings

It can be learned that the equivalent viscous damping (EVD) ratio as a function of displacement ductility is a crucial parameter in the application of the displacement based method. A set of generalized expressions are proposed herein for estimating the EVD ratio for individual and multiple reinforced concrete (RC) members. For individual RC members under seismic loads, the EVD ratio was derived based on their hysteretic response and hysteretic energy dissipated under fully reversed cyclic loading. Because of the nature of blast loads only the energy dissipated up to maximum displacement was considered to estimate the EVD ratio for individual RC members under blast loads. For multiple degree of freedom systems consisting of RC members, the EVD ratio was derived based on equating the total energy dissipated in the system to the sum of the energy dissipated by its individual members. Analytical studies presented here and elsewhere indicate that the EVD ratio is highly dependent on the damaged displacement ductility, which can be directly correlated to damage. These analytical results along with the expressions to compute the EVD ratio for RC members under seismic and blast loads are presented and discussed in this paper.     

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．     

起波配筋RC梁抗爆作用机理及抗力动力系数的理论计算方法

针对钢筋混凝土(RC)梁，提出了一种通过对抗拉纵筋进行局部弯折，形成钢筋起波，从而提高RC梁抗爆能力的高效新方法。结合已有的实验结果和有限元模型计算，分析了起波配筋RC梁的受荷破坏全过程，揭示了其抗爆作用机理。分析结果表明，在RC梁底部适当位置设置纵筋起波，能增大RC梁在爆炸荷载作用下的允许变形，有效吸收爆炸能量，大幅度提高RC梁的抗爆性能。基于能量法，建立了起波配筋RC梁在爆炸荷载作用下的理论计算模型，给出了抗力动力系数的显示计算公式；讨论了平屈抗力比、平弹变形比以及屈弹变形比3个关键设计参数对起波配筋RC梁抗爆性能的影响规律，以便为进一步工程应用提供理论依据。     

爆炸载荷下RC单向简支板的能量法优化设计

由钢筋混凝土(RC)板的抗力-位移(R-y)曲线特性可知,曲线下方面积代表板 在爆炸载荷作用下可能吸收的能量. 对爆炸载荷作用下RC板的R-y曲线采用双折线模型,计 算不同配筋率的R-y曲线下方面积,面积最大时的配筋率即可定义为相应设计的最佳配筋率. 考虑材料非线性及高应变率对混凝土和钢筋强度的影响,采用分层法迭代求解抗 力-挠度(R-y)曲线. 研究结果可供受爆炸载荷的RC板优化设计借鉴.     

高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板的爆炸毁伤缓解效应

为研究高聚物牺牲包层对钢筋混凝土结构的爆炸毁伤缓解效应，开展了带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板的接触爆炸试验，同时设置了普通钢筋混凝土板作为对照组，对比分析了高聚物牺牲包层对钢筋混凝土板毁伤特征的影响。此外，运用AUTODYN软件建立了现场爆炸试验的SPH-FEM耦合模型，通过与试验结果的对比，验证了所建耦合模型的可靠性。在此基础上，通过参数敏感性分析，探究了炸药量和高聚物牺牲包层密度、厚度对带高聚物牺牲包层钢筋混凝土板毁伤特性以及吸能特性的影响。结果表明：接触爆炸下，高聚物牺牲包层能够有效地分散爆炸荷载，缓解爆炸荷载对钢筋混凝土板的冲击作用，具有良好的防护性能；药量在一定范围内增大时，高聚物牺牲包层依然能维持较高的吸能水平，增大包层密度和厚度有利于增强高聚物牺牲包层的吸能特性，包层厚度的变化会造成被保护钢筋混凝土板毁伤模式的改变。