水下冲击波的生物效应

研究了水下冲击波的生物效应。研究结果表明:水下冲击伤死亡率高,肺仍然是水下冲击波致伤和致死的主要靶器官,肠道损伤的发生率较高,而肝、脾、肾等脏器和体表很少发生损伤;初步的量效关系分析表明,引起轻度、中度、重度和极重度冲击伤的冲量值分别为121.1～142.0、142.0～214.3、247.8～322.6和322.6～579.8kPams。     

冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点和冲击伤防护研究

探讨了冲击伤复合高速破片致伤的损伤特点及复合材料对冲击伤的防护效果。结果表明，肢体高速破片致伤对肺冲击伤具有加重作用，加重效应主要发生在原发冲击伤部位，加重效应的机理可能与压力波引起的血流扰动有关。利用复合材料防护可减轻肺冲击伤程度，降低动物的死亡率。     

水下接触爆炸下高聚物层对钢筋混凝土板的防护效果

为研究多孔材料高聚物对水下混凝土结构的抗爆防护性能,对含高聚物防护层的钢筋混凝土板开展了水下爆炸实验,并设置了对照组。利用AUTODYN有限元程序建立了含高聚物防护层的钢筋混凝土板水下爆炸全耦合模型,并通过数值模拟结果与实验的对比,验证了所建模型的可靠性。在此基础上,通过数值模拟,进一步分析了前置钢板对高聚物层防护性能的提升效果。以钢筋混凝土板跨中残余位移为指标,参数化分析了起爆药量和复合结构层厚比对高聚物层水下防护效果的影响规律。结果表明：水下爆炸下,高聚物防护层能够有效降低混凝土结构的毁伤程度;在高聚物层外侧布置钢质薄板,可以更好地发挥高聚物层的吸能效果,对钢筋混凝土板起到更好的防护效果,且当高聚物层与前置钢板层厚度比为20时,防护效果最佳。     

地冲击下新型脆断构件防护性能实验研究

为对地冲击作用下地下结构进行有效防护,提出一种泡沫混凝土材质的新型防护构件。与使用实心泡沫混凝土层的防护机理不同,本文中提出的构件在地冲击作用下,首先发生脆断破坏,然后破碎块体间搭接折断、挤压密实。通过构造设计,截断地冲击荷载,减弱荷载传递,改变被保护结构上的荷载形式。通过场地爆炸实验对比了不同防护措施下（无防护、实心泡沫混凝土层防护及新型构件防护）被保护结构的动力响应。实验结果表明:新型构件防护通过脆断、破碎块体的搭接、挤压密实表现出较实心泡沫混凝土层防护更好的防护效果;新型构件防护由于脆断特性,在较小荷载下即可显著削弱荷载传递,避免了实心泡沫混凝土层防护中负效果的出现;地冲击荷载较强时,构件防护层趋于压实,其防护效果逐渐接近实心泡沫混凝土层。     

玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构撞击极限及损伤特性

为了研究玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构的撞击极限和损伤特性,采用非火药驱动二级轻气炮进行超高速撞击实验,拟合撞击极限曲线,并与Nextel/Kevlar填充防护结构及三层铝防护结构进行比较。结果表明:玄武岩/Kevlar填充防护结构具有和Nextel/Kevlar填充防护结构类似的防护效果,防护性能优于三层铝防护结构。进一步研究填充防护结构铝合金防护屏、纤维布填充层及铝合金舱壁的损伤形式,分析了造成防护屏、填充层与舱壁不同损伤形貌的原因,探索了玄武岩/Kevlar纤维布填充防护结构的防护机理,得出玄武岩纤维布填充层使弹丸碎化,而Kevlar填充层消耗、吸收和分散弹丸或碎片云的能量。     

泡沫铝防护钢筋混凝土板的抗爆性能

为研究多孔吸能材料泡沫铝板对工程结构的抗爆防护作用,开展室外爆炸破坏实验,分别对设置不同泡沫铝防护层的钢筋混凝土(reinforced concrete,RC)板在爆炸荷载下的动态响应及破坏模式进行了研究,并运用LS-DYNA软件建立了有限元模型。通过与实验对照,验证了模型的可行性,对比分析了有、无泡沫铝防护层钢筋混凝土板的损伤破坏规律,并讨论了泡沫铝密度梯度分布和纵筋配筋率的影响。结果表明:有限元模型能够有效分析含泡沫铝防护层RC板的动态响应及其破坏形态;泡沫铝防护层能够有效减小钢筋混凝土板的挠度变形,降低试件的破坏程度;泡沫铝密度由下到上递增情况对RC板的减爆效果最好;增大配筋率可以提升泡沫铝防护RC板整体抗爆性能。     

铝-碳纤维复合材料复合防护屏设计与实验研究

针对空间碎片防护性能要求,本文设计了一种新型的多层铝-碳纤维复合材料防护屏,本文应用二级轻气炮对铝防护屏、碳纤维环氧复合材料防护屏及铝-碳纤维环氧复合材料防护屏进行了高速撞击实验,对比了三种防护屏的防护性能,研究了厚度和面密度相同时防护屏的防护性能差异。研究结果表明铝-碳环氧复合材料复合防护屏具有更加优异的防护性能。     

球形破片侵彻下钢/铝复合靶板的失效模式与吸能机理

为研究复合靶板自身结构对其防护性能的影响，针对面密度相同的两层钢/铝、三层钢/铝/钢爆炸复合板以及均质钢板，采用系列弹道实验和LS-DYNA3D非线性有限元程序分析了复合靶板在球形破片侵彻作用下的失效模式和吸能机理，讨论了靶板层数、厚度和界面结合情况对失效模式的影响。研究结果表明:较其他因素而言，界面结合状态对靶板失效模式的影响最明显，当界面结合良好时，各层靶板均发生剪切冲塞破坏，而当结合界面发生拉伸失效时，较薄的背板以延性扩孔破坏为主；随着靶板总厚度的增大，靶板更易发生剪切冲塞破坏；当靶板的面密度和总厚度分别相等时，三层复合靶板的防护性能优于双层靶板。     

钨合金/黄铜复合结构靶抗高速破片侵彻的实验研究

在二级轻气炮上对新设计的一种钨合金/黄铜的有间隙的复合结构靶板开展了抗侵彻实验研究。靶板材料为多层结构,层与层之间有10mm到50mm的间隙。为了得到最优的结构设计参数,在二级轻气炮上对这种结构的靶板进行了弹丸质量为3g～20g、弹丸速度为2000m/s～4100m/s的抗侵彻实验研究。研究结果表明,高密度、高硬度的93W合金板和H62黄铜是防护结构最佳选材之一;用它们的两组合设计的四层复合结构靶能抵抗质量约20g,速度约2000m/s的钢质破片的侵彻。这一研究结果为选择合理的防护结构提供实验支持。     

基于神经网络的车辆抗冲击防护组件优化

随着军用车辆防护要求的不断提高,抗冲击防护组件设计面临越来越多的挑战。为了提供一种高效科学的研究方法,本文中采用V型结构,并应用径向基函数神经网络近似模型和多目标遗传算法对某型车防护组件进行优化设计。以防护组件变形量与总体质量最小为设计目标,利用灵敏度分析筛选出对防护组件防护性能影响较大的设计因子。以径向基函数神经网络构建实验设计样本的近似模型,然后用多目标遗传算法进行数值优化获得防护组件最优方案。最后通过仿真与实验验证,证明优化方案满足设计要求。研究结果可为今后防护组件开发提供设计思路。     

A PVC-foam material model based on a thermodynamically elasto-plastic-damage framework exhibiting failure and crushing

A well known foam for naval sandwiches is PVC (polyvinyl chloride) foam. This foam exhibits elasto-damage behavior under tension and elasto-plastic behavior under compression. A proper material model is required for the prediction of the failure and post-failure behavior of these sandwiches during (indirect) underwater explosion loading and blast loading. As material models available did not have combined elasto-plastic and elasto-damage behaviors, a new model needed to be developed. To this end a general thermodynamically consistent framework was used and damage and plastic functional were derived describing the PVC foam behavior. The damage functional contains fracture mechanics properties. Special attention was paid to the compression–tension load reversal of the material model, that may occur during underwater shock loading.     

球对称形式物质点法及其在水下爆炸中的应用

利用物质点法求解三维远场水下爆炸冲击响应问题时,爆炸冲击波到达结构物之前传播过程的计算会消耗大量的计算资源,影响求解效率。针对这一问题,并考虑到水下爆炸冲击波在自由场中的传播特点,提出了一维球对称形式的物质点法,对球形炸药水下爆炸过程进行了数值模拟,并与Cole公式以及DYNA计算结果进行了比较,结果吻合较好,验证了一维球对称形式物质点法的正确性。在此基础上,提出了基于物质点法的重映射算法,将爆炸冲击波在自由场中的传播过程在一维球对称模型中进行计算,并将计算结果映射到三维模型中,以便继续完成计算过程,有效避免了计算资源在冲击波传播过程计算上的消耗。     

Effect of Facesheet Thickness on Dynamic Response of Composite Sandwich Plates to Underwater Impulsive Loading

The response of sandwich structures to underwater blast loading is analyzed. The analysis focuses on the effect of varying structural attributes on energy dissipation and deformation. The structures analyzed are planar sandwich plates with polymer foam cores and fiber-reinforced polymer composite facesheets. The thickness of the facesheets is varied under the conditions of constant material properties and core dimensions. The fully three-dimensional finite-element simulations carried out account for underwater blast loading through the use of the Mie-Gruneisen equation-of-state of a linear Hugoniot form and a modified Drucker-Prager core crushing model. The impulse imparted to the panels is varied from 4 to 42 kPa·s. The results show that there exists an optimal thickness of the facesheets which maximizes energy absorption in the core and minimizes the overall deflection of the structure.     

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。     

以新型空壳颗粒复合材料为分配层的成层防护结构抗爆性能试验研究

以成层式人防工程为试验研究背景,分别采用黄沙和新型空壳颗粒复合材料做分配层,开展大比尺集团装药化爆模拟试验,考察其衰减爆炸冲击波的能力。试验结果表明,采用颗粒复合材料构建的分配层,在相同装药量下,遮弹层的变形和破坏明显大于黄沙分配层,应力波上升沿加大,波形脉宽增加,平均峰值应力大概是黄沙分配层的0.65左右,除装药正下方的个别颗粒遭受粉碎性破坏外,绝大部分空壳颗粒依然完好,只是表层泡沫陶瓷略有破损。这说明新型空壳颗粒复合材料不但对爆炸波有非常明显的衰减弥散作用,而且具备承受多次打击的能力。用这种材料做分配层,可大幅提高地下人防工程的抗爆能力。     

人防工程中空壳颗粒材料抗爆性能试验研究

本文以成层式人防工程结构为背景,采用一种由泡沫粘土烧结而成的球形空壳颗粒材料构建分配层,通过大比尺野外化爆试验,对比分析了集中装药载荷下,常规黄沙分配层和空壳颗粒材料分配层的抗爆吸能效果。结果表明,本文使用的空壳颗粒材料兼具多孔材料高效削波吸能和壳体结构强度高的双重特性,不但对爆炸波有很强的衰减作用,且具有经受多次打击的能力。与黄沙相比,空壳颗粒材料构造的分配层对应力波峰值的衰减要高出40%以上,因此可以有效地提高地下防护结构的安全,具有较高的推广价值和广阔的应用前景。     

Modeling spherical explosions with aluminized energetic materials

This paper deals with the numerical solution and validation of a reactive flow model dedicated to the study of spherical explosions with an aluminized energetic material. Situations related to air blast as well as underwater explosions are examined. Such situations involve multiscale phenomena associated with the detonation reaction zone, the aluminium reaction zone, the shock propagation distance and the bubble oscillation period. A detonation tracking method is developed in order to avoid the detonation structure computation. An ALE formulation is combined to the detonation tracking method in order to solve the material interface between detonation products and the environment as well as shock propagation. The model and the algorithm are then validated over a wide range of spherical explosions involving several types of explosives, both in air and liquid water environment. Large-scale experiments have been done in order to determine the blast wave effects with explosive compositions of variable aluminium content. In all situations the agreement between computed and experimental results is very good.     

The response of circular composite plates to underwater blast: Experiments and modelling

We present a new experimental technique to allow laboratory-scale observation of underwater blast loading on circular plates, including dynamic deformation and failure of the plates as well as the sequence of cavitation events in water. The apparatus is used to measure and compare the responses of a quasi-isotropic glass/vinylester composite and of a woven carbon/epoxy plate. Dynamic explicit FE simulations are conducted and their predictions are found in good agreement with experiments. Measurements and FE predictions are used to validate a recently developed theoretical model for the response of elastic orthotropic plates to underwater blast.     

一种高能材料对RDX能量输出影响的实验研究

为了提高RDX能量输出,将一种高能材料加入RDX中,得到一种新型复合炸药。本文通过水中爆炸和空中爆炸试验,研究了高能材料对RDX能量输出性能的影响,结果表明：含20％（质量含量）XHM的RDX冲击波比能提高为纯RDX的1．1倍,能量输出为RDX的1．3倍;在空中爆炸,含20％（质量含量）XHM的RDX将能量输出提高为纯RDX的1．4倍。     

隧道爆破声波对毗邻养殖水中声场环境的影响

以福建省罗源县正在建设的龟屿隧道爆破工程为例,分析了隧道爆破地震波的传播规律和对毗邻大黄鱼育苗池的水中声场环境的影响.研究结果表明:(1)爆破作业将显著地增加毗邻大黄鱼育苗池的水中声强(比未爆破前的水中声强高约60～80 dB),强度的增加与爆破药量成正比,与爆点的距离成反比,且距离的影响远大于爆破药量的影响;(2)在...