球形装药动态爆炸冲击波超压场计算模型

为获得球形装药动态爆炸冲击波超压场计算模型,对静态爆炸冲击波超压Baker计算公式加入修正因子进行修正,并建立了构造包含装药运动速度、对比距离和方位角的修正因子函数的方法。为获得修正因子的函数表达式,采用高精度显式欧拉流体动力学软件SPEED针对具有典型运动速度的球形装药空中爆炸过程进行了数值模拟,得到了沿装药不同对比距离和方位角处的动态爆炸冲击波超压峰值。在对数值模拟结果处理的基础上,经过数据拟合获得了动态爆炸冲击波超压场计算模型。校验结果表明,该模型能较准确描述动态爆炸冲击波超压分布,具有普适性。     

空气中爆炸时爆炸波的超压函数

用解析方法对空气中爆炸时爆炸波超压的变化规律进行了理论分析。引入超压传递的矢量速度函数 ,根据超压的连续性变化条件得到了超压变化过程的基本方程 ,运用所得到的基本方程 ,给出了一维爆炸波正相函数的一般形式 ,所给出的几个常用的爆炸波压力函数式表明了此超压函数具有一般性。此外 ,还对一级近似条件下的超压函数作了应用分析。     

爆炸冲击波下导弹结构动力分析模型初步研究

针对爆炸冲击波对导弹目标毁伤这一复杂问题进行了合理的简化,研究了冲击波对导弹结构的破坏问题。利用动力学知识,估计了冲击波对导弹目标的机械破坏作用。在综合考虑战斗部装药质量、爆炸点距目标距离、爆炸高度的环境压力、目标几何尺寸以及目标抗冲击载荷能力等基础上,利用自行编制的程序进行了一系列的仿真计算,得出了战斗部在不同时间不同位置和不同装药质量下产生的冲击波对导弹产生的破坏。计算结果基本符合物理规律,说明采用的模型及算法是合理的,能够对目标在爆炸冲击波超压作用下的易损性进行评估,得到的计算结果对实际应用具有参考价值。     

水雾对爆炸冲击波衰减效应的实验研究

为了探究水雾特性与爆炸载荷衰减效果之间的关系,在爆炸驱动的激波管内两种不同特性的水雾环境下进行了不同强度的爆炸实验,并评估了两种水雾对爆炸冲击波超压和比冲量的衰减效果。实验结果表明：喷雾区域内的压力分为两个上升阶段,第一个阶段为透射冲击波的压力,第二个阶段为液滴二次雾化和弛豫过程导致的压力上升;冲击波掠过的喷雾区域越长,水雾对压力峰值和比冲量的衰减效果越好;冲击波强度的增加将削弱水雾对爆炸载荷的衰减效果;Sauter平均直径为136.04μm、体积分数为1.72×10-3的水雾使压力峰值衰减了34.2%～60.9%,使比冲量衰减了9%到54%;Sauter平均直径为255.34μm、体积分数为3.43×10-3的水雾使压力峰值衰减了48.4%～78.6%,使比冲量衰减了14%～66%;冲击波压力峰值的衰减率随着冲击波-雾滴之间的比例交换面积增加而线性减少。     

复合装药空气中爆炸冲击波传播特性

为了研究复合装药超压爆轰时的径向能量输出特性,选择典型的TNT、JO-8、海萨尔等理想、非理想高能炸药,进行了单一装药、内外层复合装药冲击波超压测试实验。采用自由场压电传感器测量了距爆心2、3、4 m处的冲击波压力,通过Origin软件对实验数据进行去除“零漂”和积分处理,获得了冲击波超压、冲量随距离的变化规律,分析了装药结构、装药类型对实验结果的影响。研究结果表明:与同体积单一装药相比,内外层复合装药对提高径向冲击波超压无优势,但对径向冲击波冲量增益显著,且冲量随传播距离的增加而增大;装药类型对内外层复合装药径向冲击波冲量增益影响较大,非理想/理想复合装药在4 m处的冲量增益大于20%,比理想/理想复合装药更有利于提高战斗部的径向输出威力。     

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。

     

空中强爆炸冲击波地面反射规律数值模拟研究

为准确预测空中强爆炸产生的冲击波载荷分布,基于欧拉坐标系建立了能够模拟具有高密度比、高压力比的强激波问题的二维多介质流体数值方法。结合网格自适应技术,对1 kt TNT当量的空中强爆炸在不同爆炸高度下的冲击波地面反射过程进行了数值模拟,并考虑了真实气体状态方程和空气随高度不均匀分布的影响。计算得到了地面上距爆心投影点大尺度范围内的反射超压和冲量等冲击波载荷分布,并给出了冲击波载荷随爆高的变化规律。

     

空气自由场中强爆炸冲击波传播二维数值模拟

编写了适用于模拟具有高密度比、高压力比的强激波问题的二维柱对称多介质流体计算程序。利用有限体积方法求解流体的Euler方程组,采用level set方法捕捉爆炸产物与空气的运动界面,并通过求解物质界面两侧Riemann问题的精确解来计算爆炸产物与空气之间的数值通量。研制了三角形网格自适应技术来实现网格的自动加密和粗化,在保证捕捉激波峰值的前提下有效地提高了计算效率。利用计算程序对1 kt TNT当量的空气自由场强爆炸问题进行数值模拟,计算得到的峰值超压、冲击波到达时间等物理参数与点爆炸理论结果基本一致。

     

触、近水面爆炸自由场冲击波特性的试验研究

本文通过药量为0.05kg至32kgTNT的触、近水面化爆试验,介绍了空中、水中冲击波的测量方法和传播特性,并总结出一些计算冲击波参数的实用的经验公式。     

城市地下浅埋管沟可燃气体爆炸的灾害效应 (Ⅰ):冲击波在地面的传播

城市地下浅埋管沟燃气爆炸事故会造成严重的灾害后果,然而目前针对长直空间内的爆炸荷载通过泄爆口向外传播规律的研究较少。以此类事故为基础,基于前期进行的长直泄爆空间可燃气体爆炸试验,利用FLACS软件,对城市地下浅埋管沟内可燃气体爆炸冲击波超压通过泄爆口到达地面后的分布进行了数值模拟,揭示了管沟内燃气爆炸冲击波在地面的传播规律。结果表明:传播到地面的爆炸冲击波会产生2个特征超压峰值Δp₁和Δp₂;Δp₁较小,主要由压缩波引起,Δp₂为最大超压峰值,主要由火焰波引起;Δp₂随着与泄爆口之间的距离d的增大而逐渐减小,且各方向上数值的差异性较大,其中在沿管沟截面的短边方向上,呈对称衰减的趋势;Δp₂与d大致满足指数函数关系,且拟合度均高于98.8%。     

柱形装药近地动爆冲击波周向传播规律研究

战斗部复杂的末弹道参数会影响近地爆炸冲击波的周向传播规律及对目标的毁伤程度,研究柱形装药近地爆炸冲击波传播规律对精确评估毁伤效能具有重要的工程意义。基于AUTODYN-3D软件对不同末弹道参数的柱形装药近地爆炸进行了数值模拟,通过对2个方向分别建模,获得了柱形装药近地爆炸下前、后、侧3个方向的冲击波压力数据;研究了战斗部的落速、落角、爆心高度和装药长径比4个参数对柱形装药近地爆炸冲击波传播的影响规律,分析了冲击波的演化过程、峰值压力和马赫杆高度。研究结果表明：静爆时,爆心高度是影响冲击波马赫杆高度的主要因素,落角与装药长径是影响马赫杆高度方向差异的主要因素;动爆时,能够增大周向马赫杆高度,前方最显著;另外,随着动爆速度的提升,前向冲击波峰值线性增大。正交优化的结果显示,4种变量中,动爆速度对柱形装药前方峰值压力极差最大,落角对后方峰值压力极差最大,爆心高度对马赫杆高度影响最大。通过研究柱形装药近地动爆冲击波周向传播规律,表明合理的调整装药参数和近地爆炸姿态对实现某方向的最大毁伤或减小超压伤害具有借鉴意义。

     

防护门在空气冲击波和破片作用下的破坏

随着精确制导武器被大量用于实战,地下工程坑道内部遭受爆炸的可能性越来越大。利用原型坑道内爆炸试验,考察了破片和空气冲击波的复合作用对防护门的宏观破坏效应。对破片的初始速度、质量分布和空间分布进行了定量计算,分析了破片和冲击波对防护门的单一破坏作用,定性讨论了冲击波和破片对防护门的复合破坏作用。     

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.     

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。     

土中爆炸地冲击能量分布研究

利用数值模拟方法研究了土中装药不同埋设深度爆炸能量分布问题,通过试验得到了耦合系数数据。给出了自由场条件下,封闭爆炸最小比例埋深为2.0 m/kg1/3,这与美军设计规范TM5-855-1中的数据0.56 m/kg1/3相差较大,分析了产生差异的可能原因。并指出本文中给出的冲量型耦合系数与TM5-855-1中的应力型耦合系数是有所区别的,应该注意其使用范围和对象。     

激波诱导瓦斯爆炸的动力学特性及影响因素

通过修改化学动力学计算软件CHEMKIN Ⅲ中的SHOCK 程序包,建立了激波管中激波诱导瓦 斯爆炸过程的计算模型,化学反应采用了详细反应机理(包括53种组分、325个反应)。对激波诱导瓦斯爆炸 过程中混合气温度、冲击波传播速度、反应物(甲烷、氧气)摩尔分数、活化中心(O、H)摩尔分数、部分致灾性 气体(CO、CO2、NO、NO2)摩尔分数的变化趋势进行了详细分析。同时,分析了瓦斯爆炸前混合气初始压力 及初始混合气组成对激波诱导瓦斯爆炸动力学特性的影响。结果表明:瓦斯爆炸后CO 的摩尔分数达到0. 07左右,CO2 的摩尔分数为0.02左右,NO 的摩尔分数为0.001左右,NO2 的摩尔分数则在10-6左右;随着 瓦斯爆炸前混合气初始压力的提高以及混合气中甲烷体积分数的降低,瓦斯引爆时间将缩短,爆炸后温度将 降低,但压力将升高,同时,爆炸后CO 的摩尔分数将降低,NO 的摩尔分数将提高。     

锥形长药柱水下爆炸冲击波参数计算方法

为了计算锥形长药柱水下爆炸冲击波压力,以及研究长脉宽冲击波的传输特性,基于叠加原理建立了冲击波压力-时间曲线的计算方法,通过实验验证了该方法的有效性,在此基础上分析了锥形长药柱不同方位冲击波压力的分布规律。研究结果表明:锥形长药柱产生的冲击波压力具有各向异性,在起爆端一侧形成的是具有厚波头特征的低幅值长脉宽冲击波,在装药径向形成的是接近指数衰减的高幅值冲击波,而在远离起爆端的冲击波压力幅值和脉宽则介于前两者之间。锥形长药柱与球形装药冲击波分布的差异是由于装药形状和起爆方式的改变所导致的,由于装药不同部位起爆的时间差,导致水下爆炸冲击波在不同位置的叠加效果存在明显差异,药柱周围流场中形成的冲击波压力具有方向性。利用提出的计算方法得到的计算结果与实验结果和数值模拟结果吻合较好,研究结果可为锥形长药柱水下爆炸冲击波威力场和毁伤评估提供参考和依据。