聚能装药水下爆炸冲击波和侵彻体载荷作用时序研究

聚能装药水下爆炸过程中会产生高速聚能侵彻体和强间断冲击波等多种毁伤元。由于聚能侵彻体和冲击波的作用时间接近,且聚能装药水下爆炸作用时序的理论并不完善,因而认识两者的作用时序对聚能型战斗部作用下舰船结构的毁伤研究具有重要意义。首先,基于接触爆炸理论和牛顿第二定律,推导药型罩压垮后加速度和速度公式的基本形式。随后,基于欧拉控制方程,建立聚能装药空中和水下爆炸数值模型,得到装药和药型罩交界面处压力时程曲线,定量地确定药型罩压垮的加速度和速度公式,通过理论公式可解决不同炸高下聚能侵彻体和直达冲击波先后到达目标的问题。为了验证理论公式的可靠性,讨论了空气域长度为5倍装药半径时的复杂工况,数值模拟结果和理论推导结果基本一致：当空气域长度为5倍装药半径时,炸高在3倍装药半径之外,冲击波先于侵彻体。提出了药型罩压垮的加速度和速度理论公式的形式和求解聚能侵彻体和冲击波作用时序问题的思路,为分析聚能装药水下爆炸聚能侵彻体和冲击波的作用时序提供了理论依据。     

带壳有隔板聚能装药的实验研究

利用脉冲Ｘ射线高速摄影系统，研究了带壳聚能装药爆炸过程中隔板的变形过程，测定了隔板变形速度。同时测出了相应的壳体膨胀速度ｖｅ，药形罩压垮速度ｖ０，射流速度ｖｊ，压垮角和变形角。每条曲线至少有四个实验点，每个实验点均为三次实验的平均值。     

线型聚能装药的理论研究

本文提出了一端起爆的线型聚能装药射流形成的不定常理论模型。根据这一模型,当金属罩在爆轰波作用下的运动速度为已知时,则不论此速度是否是时间或初始位置的函数,都能得到射流形成时的速度,质量和位置等参数。 按照本文模型,Defourneaux.M.的定常射流形成定常模型是一个简单的特例。我们利用本文的模型对等厚度装药的情况进行了计算,并与实验结果比较,两者符合良好。同时计算结果表明,考虑射流形成的不定常因素,可以较好地解释射流头部的质量堆积和射流内部的反向速度梯度等实验现象。本文的模型可以为线型聚能切割索的设计提供较为准确的理论指导。     

舱段结构在气泡射流作用下的毁伤效果

为研究水下爆炸气泡载荷对船舶局部结构的毁伤效果,设计建造了实尺度舱段模型,并进行水下爆炸实验,测量了水中压力、气泡脉动周期、舱段外板结构的动应变与塑性变形。分析了不同冲击因子作用下舱段结构的动态响应,并结合水中压力测量结果,探讨了气泡射流的成因。在此基础之上,分析了气泡射流载荷的影响范围以及外板在不同载荷作用下的毁伤模式。实验结果表明,相比冲击波载荷,在某些情况下射流冲击载荷引起的结构响应更剧烈,毁伤效果更严重,因此在中近场水下爆炸作用下,气泡射流冲击载荷对船体结构的影响不能忽视。     

舰船底部液舱结构在水下爆炸作用下的动态响应实验研究

实验研究了舰船底部液舱双层板结构在水下爆炸作用下的动态响应问题。对舰船底部液舱模型在空载、半载和满载状态下进行了水下爆炸实验,测量了底部液舱外板和内板的壁压、加速度和动态应变等参数。在此基础上,分析了船体底部液舱外板和内板在水下爆炸作用下的响应特点,液舱满载时水下爆炸冲击波的透射作用和半载液舱飞溅载荷对内底的冲击作用等问题。     

水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性

采用模型实验方法,研究了近自由面水下接触爆炸下防雷舱舷侧空舱的内压载荷特性。根据实验模型的破坏结果和压力测试结果,分析了水下爆炸产物与防雷舱舷侧空舱的相互作用过程以及水下爆炸产物的压力变化规律。研究表明:防雷舱舷侧空舱的载荷可分为冲击波载荷、准静态压力载荷和负压载荷3种,防雷舱舷侧空舱的破坏主要由冲击波载荷和准静态压力载荷造成,并且准静态压力载荷的比冲量是冲击波载荷的数倍,而负压载荷对防雷舱舷侧空舱破坏的影响可忽略不计。     

水下爆炸载荷作用下加筋板的毁伤模式

为研究加筋板结构在水下爆炸载荷作用下的破坏模式,进行了一系列模型试验。通过对试验结果的分析,将加筋板的毁伤模式总体分为塑性大变形（模式I）、拉伸破坏（模式II）和剪切破坏（模式III）等3大类。又根据载荷强弱和加强筋的相对强度,将每种破坏模式细分为3种子模式。提出了一个量纲一的损伤因子,作为预报毁伤模式的判据。     

夹层聚能装药作用过程的数值模拟

基于凝聚炸药冲击起爆的Lee-Tarver模型,利用AUTODYN有限元计算软件对夹层聚能装药作用过程进行了数值模拟。分别对夹层聚能装药爆轰波形传播过程及其特性参数进行了数值计算,对典型聚能装药采用单一结构装药、夹层装药的射流成型过程进行了数值研究,最后对不同爆速炸药匹配关系的夹层聚能装药射流参数进行了计算分析。计算结果表明,相对于单一结构装药,夹层装药射流头部速度提高了20%,夹层聚能装药能有效提高聚能金属射流头部速度、提高侵彻深度、增加炸药装药的作功能力。     

带壳聚能装药的实验研究

本文利用３００ｋＶ脉冲Ｘ射线高速摄影系统，记录了带壳聚能装药射流形成的全过程，得到了壳体膨胀速度Ｖ，药形罩压垮速度Ｖ０，射流速度Ｖｊ，压垮角β，本文所有实验点及数据均是三次实验的平均值。本文还对实验照片进行了图象处理，得到了边界的曲线方程。     

水下爆炸载荷作用下加筋板的毁伤模式

利用有限元软件MSC.Dytran研究了不同药量和爆距水下爆炸载荷作用下加筋板结构的毁伤模式,并进行了实验验证。研究了不同参数对毁伤模式的影响,并分析了不同毁伤模式之间的临界载荷值及判别条件。从毁伤模式的角度提出了接触爆炸与非接触爆炸的判别条件。     

水下爆炸对沉箱重力式码头毁伤效应

通过开展不同爆距下水下爆炸对沉箱重力式码头模型毁伤效应试验,对水下荷载进行了采集分析,对毁伤因素、毁伤模式和毁伤机理开展了研究,初步讨论了爆距的影响。结果表明:试验中未形成完整的气泡脉动过程,荷载超压主要出现在冲击波传播阶段,爆炸冲击波、水底反射波和侧壁反射波是主要的毁伤因素;水下爆炸对沉箱重力式码头造成的毁伤程度大、模式多、机理复杂,主要毁伤部位为迎爆面外墙、迎爆侧管沟、封仓板和面板;爆距越近码头毁伤越严重;当爆距过近时,爆炸能量被迎爆面结构变形大量吸收,迎爆面毁伤程度大幅增大,码头其他部位毁伤程度增幅放缓。     

底部近距离爆炸下舱段模型毁伤试验研究

底部近距离爆炸可对水面舰船造成致命性打击,为探究其破坏机理,本文中开展了底部近距离爆炸下舱段模型的毁伤试验,获取了舱段模型破损区域试验数据、非破损区域的冲击环境数据。同时借助舷侧近距离爆炸试验结果、底部中远场爆炸试验结果,综合对比可发现：（1）底部近距离爆炸下,舱段模型会呈现整体隆起变形、爆心区域撕裂并伴有较大凹陷变形、舷侧外板大面积屈曲失稳等典型特征;（2）相比舷侧爆炸方位,底部爆炸对舱段模型具有很强的综合毁伤效果,底部爆炸相对舷侧爆炸对舱段模型的综合毁伤效果可提高40%以上;（3）在冲击环境方面,底部近距离爆炸下非破损区域测点中高频段的冲击谱曲线变化趋势基本与中远场爆炸一致,但在低频阶段,底部近距离爆炸下的谱位移要远高于中远场爆炸工况。

     

一种新型聚能战斗部

根据能量利用的观点提出了一种将聚能射流与爆炸成型弹丸相结合的新型聚能战斗部装药结构,在此基础上,运用系统的静破甲实验研究了该战斗部装药结构关键参数对破甲效果的影响。实验结果表明:保持穿孔孔径相当和同等装药条件下,该聚能装药结构比普通EFP装药结构穿深可提高约50%,小锥角聚能罩采用裂锥型是一个更好的选择。利用等效药量法对小锥角聚能罩的最大底面半径进行了工程计算。实验和计算结果表明该新型聚能战斗部有较大发展潜力。     

成型装药研究新进展

随着装甲技术以及灵巧弹药、多功能弹药和串联战斗部的发展,近期新型成型装药结构、技术及其应用研究活跃,取得了较好的进展。从射流装药、射弹装药、高速杆式弹丸装药3个方面就其新进展和新动向进行了调研、分析,并对成型装药发展趋势及潜在应用进行了评述。     

水下非接触爆炸作用下舱段模型的动态响应

对舱段缩比模型遭受水下爆炸冲击载荷时的动态响应进行了测量与分析。模型是参照水面舰船的典型舱段而设计的,用于评估普通船用钢材料模型的冲击响应。试验工况为远场非接触爆炸,介绍了药包/模型的几何特性,以及用装在舱室内、甲板处和龙骨上的加速度计来测量舱段模型的冲击运动。     

水面舰艇舷侧防雷舱结构模型抗爆试验研究

对水面舰艇防雷舱结构模型进行水下抗爆能力系列试验,探讨了有无水中防御结构的利弊及防护效果。系统研究了舰艇舷侧防御结构在水下爆炸载荷作用下的破坏机理,并对防雷舱进行水下抗爆设计。经过一系列的模型试验,证明设计水下舷侧防雷舱结构能够大大减小水下接触爆炸对舰体的破坏作用,防止重要舱室进水,从而使结构的水下抗爆能力得到有效提高。     

聚能装药的欧拉数值模拟

用二维有限差分欧拉程序MEPH2Y模拟了聚能装药的作用过程,包括爆轰波的形成、传播及与其他介质的相互作用,高温高压下射流（或射弹）的形成、延展、减压、断裂,射流（或射弹）对靶的侵彻及靶的成坑和动态响应等过程。介绍了程序所用的数学模型、数值方法,以及模拟的部分问题与实验结果的比较。结果表明,数值模拟结果与实验结果符合较好。     

近自由面水下爆炸冲击载荷特性三维数值模拟

基于三维SPH 方法,对传统链表搜索算法进行了变光滑长度改进,并提出了具有较好稳定性的多相物质交界面的处理方法,模拟了三维无限域水下爆炸问题,验证了改进的三维SPH 方法模拟水下爆炸问题的可行性和有效性。在此基础上,建立了水下爆炸三维数值模型,模拟了近自由面水下爆炸过程,研究了冲击波传播特征、自由面下压力场和能量场特性以及水柱的产生过程。结果表明:自由面可将冲击波压力峰值和压力冲量最大衰减到1/3和1/7;爆深的增加会导致压力比和冲量比的等值柱面曲率变小,产生的水柱也逐渐由破碎的喷柱向高而窄的水冢过渡。