EEMD修正爆破加速度零漂信号中的最优白噪声系数

为了有效降低振动信号误差以提高数据的可信度,先针对花岗岩爆破试验中的加速度零漂信号,使用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,EEMD)与高低频处理相结合的方法进行修正;接着,根据信号冲击响应谱提出表征修正前后频域平均偏差幅度的修正指数;最后,基于频域和时域分别讨论了不同白噪声系数范围内信号的修正效果。分析表明:EEMD方法能够有效地消除爆破加速度信号的零漂现象,但对积分后速度信号的零漂趋势改善有限;随着白噪声系数增大,不同频段上修正指数均不同程度地增大,二者呈现幂指数关系;根据不同频段上的修正指数分析,可以确定不同零漂加速度信号对应的最优白噪声系数范围。本文提出的修正指数可为EEMD方法处理加速度零漂信号时白噪声系数的合理选取提供参考。     

干涉型光纤陀螺仪零漂建模方法

光纤陀螺仪零漂是衡量光纤陀螺仪精度的重要指标。文中对某光纤陀螺仪的零偏数据进行分析和预处理,采用时间序列分析法建立了AR（2）模型,同时基于BP神经网络建立了预测模型。建模结果分析表明：AR建模方法简单易行,但适用性不如BP网络模型,BP网络模型建模精度高,但算法复杂且收敛速度慢,容易陷入局部极小,因此采用了改进训练方法,改善了BP网络性能。     

炸药水中爆炸冲击因子的新型计算方法

针对水中爆炸冲击因子在近场范围内的一些不足,利用水中爆炸冲击波的最大峰值压力与正相冲量的乘积推导了冲击因子的表达式。通过水中爆炸实验,得到了几种典型炸药的冲击波参数及其相似方程。利用该公式计算了水中爆炸冲击因子及其装药指数,并与基于平面波的水下爆炸冲击因子进行了对比。结果表明：冲击因子中的装药指数n＝0.5不仅适合所有以TNT为基本组分的炸药,也适合于RDX、HMX基的炸药。在修正冲击波形状的基础上,由峰值压力与冲量的乘积推导的冲击因子计算公式,从冲击波的毁伤作用的角度表述了水中爆炸冲击因子的物理意义,在计算近场冲击因子时具有更高的准确性。

     

地面和埋置爆炸土中地冲击作用分区数值模拟及试验研究

为研究爆炸条件下土中应力波的时空分布,基于黄土中接触爆炸和半埋爆炸试验,验证了ANSYS/AUTODYN软件建立的计算模型,并在此基础上开展了土中爆炸地冲击效应研究。结果表明:随着土介质深度的增加,感生地冲击峰值减小,而直接地冲击峰值增大,最终,压力和竖向应力时程曲线中的2个峰值减少为1个峰值,据此特征可将土中应力波场分为3个区域,即地表区、近地表区和中心区;当装药比例埋深为-0.05～0.075 m/kg^1/3时,随着装药比例埋深的增大,中心区迅速扩大,地表区迅速缩小,近地表区逐渐扩大;当装药比例埋深为0.1～0.4 m/kg^1/3时,地冲击作用区的分布趋于稳定;爆炸耦合进入空气和土介质中的动能受炸药类型影响,但在一定范围内,地冲击作用区角度与地面空气冲击波超压冲量和直接地冲击应力冲量之比呈线性相关关系。     

爆炸地冲击作用下浮放设备滑移抛离分析

从基础和设备间的接触力特点出发,采用Matlab/SIMULINK仿真软件建立了爆炸地冲击作用下浮放设备的滑移抛离模型,并验证了该模型的正确性。通过输入实测爆炸地冲击加速度波得出在真实爆炸环境中浮放设备的运动历程可分为相对静止、滑移、抛离、滑移减速等四个阶段。并根据其特点,提出了合理简化加速度波,采用该加速度波形,分析得到了浮放设备运动响应与动摩擦系数、爆炸地运动参数的关系。     

装甲车座椅抗地雷爆炸冲击模拟试验方法研究

针对装甲车辆防雷座椅在研发/设计优化和定型量产等阶段的性能测试需求和爆轰波的波形特点,提出了此类座椅的抗爆炸冲击试验模拟方法,并搭建了试验装置和测试系统;解决了座椅抗爆炸冲击试验过程中的爆炸冲击波形模拟、安装连接方式设计、测试验证方案确定等技术问题;通过多型号防雷座椅试验对该方法及试验装置进行验证,并以某型试验的结果为例,对测试结果进行详细分析与说明。结果表明,该试验模拟方法可行,构建的试验系统稳定、可靠,可用于防雷座椅抗爆炸冲击性能的测试,进而通过测试数据分析给出了座椅系统的缓冲性能和乘员的脊柱损伤程度测试方法。     

爆炸冲击作用时间差对盆骨和腰椎的损伤研究

为研究爆炸冲击环境下车内乘员小腿和座椅所受垂向冲击时间差对乘员盆骨和腰椎损伤的影响,利用Hyperworks和LS-DYNA进行建模和仿真分析,并结合小腿冲击试验和座椅跌落试验开展研究。分析结果表明:乘员小腿和座椅安装点单独受冲击时盆骨加速度、动态响应指数和腰椎z向力会分别产生正向和负向的峰值,但同时作用并控制冲击时间间隔时并不会出现正负峰值相抵消的现象;小腿和座椅安装点不同时受冲击时会加重乘员盆骨和腰椎损伤,且小腿先受冲击时损伤程度较座椅安装点先受冲击时严重。     

石灰岩中不同埋深爆炸自由场直接地冲击参数的预计方法

通过现场实验,研究了石灰岩中常规装药不同埋深爆炸自由场直接地冲击参数的传播规律.采用了等效当量埋深系数的工程处理方法来描述不同爆炸埋深地冲击效应,并给出了石灰岩中不同埋深爆炸应力等效当量埋深系数和质点加速度等效当量埋深系数的计算公式,从而得到了石灰岩介质中不同埋深爆炸地冲击参数随比例距离的预计公式.     

爆轰和爆炸冲击复合合成金刚石微粉得率的影响因素研究

为了进一步提高炸药爆轰和爆炸冲击复合合成金刚石的得率,对影响爆轰和爆炸冲击复合合成金刚石得率的催化剂、装药结构和起爆方式分别进行了研究。实验结果表明,MnCl2、Ni(CHOO)2、CoCl2作为催化剂,金刚石的得率较高;球形装药结构的金刚石得率高于柱形装药结构;起爆方式中的起爆点的增加有利于金刚石得率的提高。     

基于集合经验模态分解-小波阈值方法的爆破振动信号降噪方法

为了更好地消除混杂在爆破信号中的噪声,引入一种基于集合经验模态分解和小波阈值共同作用的降噪方法。首先将信号进行集合经验模态分解,然后选择含噪的模态函数分量进行小波阈值降噪处理,最后把处理后的分量和未处理的分量进行叠加,重构的信号即为降噪信号。该方法不仅能有效的去除噪声,还能使爆破波形保留其真实性和完整性。     

三维爆炸与冲击问题的可视化研究

结合爆炸与冲击物理现象的特点,对三维爆炸场的可视化进行了研究,在三维多流体网格法基础上自行研制了三维爆炸场的可视化工具软件ViSC3D。利用ViSC3D,对两种复杂边界的爆炸场进行了可视化,详细地展现了爆炸场的概貌和局部细节,表明该软件效果较好。     

石灰岩中核爆冲击震动效应的化爆模拟

根据爆炸能量相似律,提出了采用化爆模拟核爆在石灰岩中爆炸的冲击震动效应的方法。通过对核爆和化爆分别在石灰岩中爆炸的冲击震动效应的分析,建立了化爆与核爆之间自由场峰值应力和峰值速度的模拟关系式,并利用最小二乘法,拟合出了最终的模拟表达式。经过对关系式的计算表明:拟合出的关系式较可靠,在已知化爆的基础上可近似计算核爆的峰值应力及峰值速度。     

基于小波分析的实船水下爆炸船体响应特征

为了研究水下爆炸条件下船体冲击振动响应时频特征,针对某实船非接触水下爆炸实验冲击响应测试实验数据,基于小波分析及能量统计方法对响应信号进行时频特性分析,得到了实船非接触水下爆炸冲击振动响应的时频分布和能量分布。分析结果表明,采用基于小波变换的时频分析方法,可以成功获得船体冲击响应信号不同频率段下的强度、能量和作用时间等时频细节信息,包括响应信号各频段冲击峰值、衰减过程、振动能量及其在全频率段上所占的分数。通过对小波频段能量统计以及冲击强度分析发现,冲击响应能量频段分布较广,主甲板及以下甲板全频段振动能量的80%以上在312.5 Hz以上,上层建筑甲板平台各频段冲击振动能量分数向低频段转移。     

空气自由场爆炸冲击波数值建模及应用

为建立描述任意时刻、距离下空气自由场爆炸波冲击波压力、密度、粒子速度的经验公式,支撑复杂场景下冲击波载荷的快速计算,采用一维精细数值模拟的方法计算了不同比例距离下的压力、密度、粒子速度时程,并利用曲线拟合方法得到了正相超压峰值等22个冲击波参数与比例距离关系的经验公式,采用改进修正Friedlander方程建立了冲击波压力、密度、粒子速度随时间变化的关系式;利用爆炸冲击波地面反射和建筑后绕射两个典型工况,阐释了提出模型的应用场景,并与试验、数值模拟结果对比。结果表明：压力、密度、粒子速度随比例距离、时间变化的经验关系与数值模拟结果基本吻合;爆炸冲击波地面反射和建筑后绕射两个典型工况下,理论计算与数值模拟的压力云图基本吻合,在相同硬件条件下,理论计算耗时仅为千万级网格数值模拟的5%左右,在计算速度上有明显的优越性。

     

一种水下爆炸冲击波压力调控方法

起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力有较为显著的影响,这使得利用小当量装药在局部方向形成与大当量装药一定程度等效的冲击波成为可能。为了能够在小当量装药条件下开展舰船结构及设备抗水下爆炸冲击实验,基于细长装药结构和参数优化设计,设计了一种冲击波压力幅值和持续时间可调的装药方法。首先,基于简单波理论给出了水下爆炸冲击波压力调控的原理,以及装药参数优化设计的目标函数和约束条件;然后,采用自主数值模拟软件研究了细长装药的水下爆炸能量输出规律,通过实验验证了数值模拟的置信度,研究发现起爆位置和装药形状对水下爆炸冲击波压力峰值和持续时间的影响是显著的,在炸药爆速一定的情况下,长药柱水下爆炸冲击波压力的持续时间可通过几何近似确定;最后,为了进一步考察该方法的有效性,以1 000 kg TNT和100 m爆距的水下爆炸冲击波压力-时间曲线作为原型,设计了2种与该原型冲击波压力等效的装药方案,并通过数值模拟进行了验证。研究结果表明:设计的装药能够在预定的持续时间内,在装药起爆端一侧形成与原型等效的冲击波压力-时间曲线。由于没有考虑对气泡载荷的等效,因此该调控方法仅适用于中远场爆炸冲击问题。     

外爆条件下冲击波与组合壳结构的相互作用

为研究冲击波与组合壳结构的相互作用,针对带防护墙的地面直立钢筋混凝土组合壳结构,考虑结构安置于地面和周边围土2种工况,开展结构爆炸实验,分析了结构外表面冲击波荷载分布及振动特性。实验结果表明:冲击波作用下,结构外表面爆炸荷载主要产生在冲击波绕射过程,确定荷载时应考虑冲击波压力在绕射传播过程中的自然衰减;整个结构中与冲击波最早接触的构件先产生振动,而后由于结构整体参与使得振动频率降低,振动幅值减小;结构周边围土可降低防护墙迎爆部分构件的振动频率,减小防护墙和组合壳的振动幅值。     

浅层水中沉底的两个装药爆炸的数值模拟研究

根据试验模型和试验结果,进行了浅层水中沉底的两个装药爆炸的数值模拟;通过与水中单个装药爆炸,以及无限水中两个装药同时爆炸的数值模拟结果的对比分析,研究了水底水面对沉底的两个装药同时爆炸产生的冲击波传播与相互作用的影响。结果表明:水底对冲击波压力峰值有削弱作用,水面使冲击作用冲量明显减小,冲击波相互作用压力叠加或多次冲击作用可提高爆炸威力。     

金属蜂窝夹层结构抗水下爆炸特性

金属蜂窝夹层结构是一种新型的舰船防护结构,在舰船防护领域具有广阔的应用前景,但目前缺乏对其在实际水下爆炸载荷作用下动态响应的研究。为研究金属蜂窝夹层结构在水下爆炸载荷作用下的动态响应及防护性能,设计并制备了背板加筋蜂窝夹层结构样件以及相应的浮箱,在大型露天水池中进行了水下实爆 实验;通过声固耦合算法对结构响应进行模拟,实验结果与模拟结果吻合良好,随后分析了蜂窝夹层板的变形过程及能量吸收特性,量化了载荷参数（冲击因子）及结构参数（前后面板厚度比和芯体相对密度）对结构动态响应的影响;最后,以蜂窝夹层板的面密度和后面板中心点最大变形的无量纲量为目标函数,使用NSGA-Ⅱ遗传算法对结构进行了多目标优化,得到对应的Pareto前沿。结果表明,随着冲击因子的增大,蜂窝夹层板整体变形显著增大,蜂窝芯体始终是主要的吸能构件,但其吸能占比逐渐降低;随着前后面板厚度比或芯体相对密度的增加,蜂窝夹层结构的最大变形呈现先降低后升高的趋势,同时呈现不同的变形模式,芯体相对密度对结构变形的影响更为显著;对蜂窝夹层结构开展多目标优化可有效降低结构的面密度及最大变形,优化结果可为蜂窝夹层结构的设计选型提供参考。     

黏土中爆炸成坑地冲击耦合效应实验研究

为获得黏土中爆炸成坑体积与耦合地冲击能量的关系,采用10.5 g TNT厘米级球形炸药球作为爆炸源,在$varnothing $1500 mm×1490 mm分层式爆炸装置中开展了变埋深条件下的爆炸实验,利用3D扫描设备记录不同埋深下弹坑的真实体积,并通过动态土压力传感器测得地冲击传播衰减规律。实验结果表明：随埋深增大,耦合至黏土中的有效地冲击能量急剧增大,装药中心下方的有效弹坑体积与耦合至黏土中的有效地冲击能量基本呈正比关系,当装药比例埋深与封闭爆炸条件下爆炸空腔半径相当时,耦合至黏土中的有效地冲击能量基本达到饱和。结合实验结果给出了黏土中爆炸耦合地冲击能量分配随装药比例埋深的变化规律,建立了地下爆炸等效封闭当量计算方法,为地下工程抗爆设计提供了理论依据。

     

Large-scale high performance computation on 3D explosion and shock problems

Explosion and shock often involve large deformation, interface treatment between multi-material, and strong discontinuity. The Eulerian method has advantages for solving these problems. In parallel computation of the Eulerian method, the physical quantities of the computaional cells do not change before the disturbance reaches to these cells. Computational efficiency is low when using fixed partition because of load imbalance. To solve this problem, a dynamic parallel method in which the computation domain expands with disturbance is used. The dynamic parallel program is designed based on the generally used message passing interface model. The numerical test of dynamic parallel program agrees well with that of the original parallel program, also agrees with the actual situation.