有限长柱形药包土中爆腔特征尺寸的计算方法

为计算柱形药包土中爆腔尺寸,提出了一种有限长柱形药包在土中爆炸的特征尺寸近似计算方法,该方法利用球形药包爆腔膨胀准静态模型叠加的方式,给出了长径比较大情况下柱形药包爆腔特征尺寸及塑性区半径。与数值模拟对比表明,该方法的误差随长径比的增大而减小,当球形药包数量N=n、长径比在10及以上时,误差在12.2%以内,表明该方法能够较准确地预测有限长柱形药包爆腔的特征尺寸。     

爆炸冲击波的动态破岩特性研究

运用爆炸冲击波理论，讨论了炮孔柱状装药爆破时的岩石粉碎区及其形成时间、爆腔半径及其扩胀规律。通过分析表明:影响粉碎区半径和爆腔半径的主要因素是冲击波的强度、岩石的性质和炮孔尺寸等。     

火灾条件下开敞空间LPG储罐的BLEVE试验

为研究火灾条件下开敞空间液化石油气（liquefied petroleum gas, LPG）储罐沸腾液体膨胀蒸汽爆炸（boiling liquid expansion vapor explosion,BLEVE）的荷载特征及爆炸波传播规律，研制了带滤波片的储罐爆炸试验装置，开展了小尺寸LPG储罐BLEVE试验，分析了LPG储罐的BLEVE过程及超压荷载特征，讨论了滤波片、LPG质量、储罐形状等因素对爆炸超压的影响，总结了已有BLEVE超压荷载的简化计算模型，对比试验数据与简化模型预测结果，给出了简化计算模型的适用范围。研究结果表明：次生蒸气云爆炸对开敞空间BLEVE超压荷载影响有限；BLEVE超压荷载峰值随爆源中心距离的增加而减小，随储存介质质量的增大而增大；在BLEVE超压荷载简化计算模型中，使用Brode模型计算爆炸能量最为保守，Planas模型仅能较准确地预测大尺度试验的结果，Birk模型则能较准确地预测大、中、小尺度试验的结果，但其结果略低于实验结果；规范建议的超压荷载计算方法中，Baker-Tang爆炸曲线法预测效果优于TNT当量法。     

条形药包爆炸挤密黄土路堤横向影响规律

为了合理设计既有公路路堤爆炸挤密钻孔的平面布置方案,以爆炸挤密加固某高速公路黄土路堤为例,研究了条形药包爆炸挤密黄土路堤的横向影响规律。先根据该高速公路实际几何尺寸和材料参数建立有限元模型,然后用ANSYS/LS-DYNA分等横截面不等长和等长不等横截面两类条形药包共计16种工况进行数值模拟,得出爆腔水平半径、土壤密度峰值及其位置和爆炸挤密黄土路堤横向影响半径的变化规律,此外还拟合出横截面为2支药管组成的条形药包爆炸挤密后土壤的密度增量与该点距爆心的水平距离和药量之间的关系表达式。最后,结合工程实例,说明了上述规律在施工方案设计中的应用。     

TA2钛合金开口柱壳外爆碎片分布研究

金属柱壳爆炸膨胀断裂机制及其对碎片分布、特征尺寸的影响是应用物理、力学、兵器工程等领域共同关心的重要课题, 但目前除数值模拟外, 考虑断裂机制的简单二维碎裂模型尚未出现.开展TA2钛合金开口柱壳在不同装药条件下的碎裂实验研究, 通过对软回收碎片的统计及微观分析, 探讨金属柱壳外爆断裂模式及二维碎片分布规律, 结果显示:(1) TA2钛合金柱壳在实验爆压(7 $\sim$ 25 GPa)下宏观断口均为剪切断裂模式, 但机制不同, 在较高爆压下柱壳剪切断裂由多重绝热剪切带破坏控制, 在较低压力下为剪切破坏;(2) 与一维拉伸碎裂相比, 柱壳爆炸碎裂不充分, 碎片质量更符合$\beta=1$ (或更接近1)的指数分布; 爆炸碎裂越充分, 碎片越小并趋于均匀, $\beta$趋于较小的值, 趋向Mott和Linfoot提出的泊松统计分布形式;(3) Rayleigh分布可以较好描述柱壳碎片的宽度分布规律, 不同爆压下柱壳碎片宽度归一化尺寸分布具有相似性, 呈现"量子化"特性, 即存在最小的特征尺寸; (4) TA2柱壳碎片特征尺寸远大于G-K剪切断裂公式预测的尺寸, G-K剪切式描述的是多重绝热剪切带间距.本研究为金属柱壳碎片特征、分布规律及其模型分析提供了重要参考.      

爆炸载荷作用下混凝土靶板动态响应的细观模拟

考虑到一些对裂纹要求较严格的混凝土结构可能遭受到冲击载荷的威胁,利用混凝土三维细观力学模型对混凝土板在炸药爆炸（接触爆炸、封闭爆炸）载荷作用下的响应和破坏情况进行数值模拟,并就影响靶板内裂纹扩展结果的因素展开参数讨论。模型考虑了混凝土材料的内部细观结构（包括粗骨料体积分数、尺寸、级配等）以及三相材料力学性能的影响,准确地预测了混凝土板在2种爆炸条件下的裂纹形貌和开坑尺寸。通过与宏观均质模型的模拟结果进行对比可知,细观模型预测的接触爆炸条件下混凝土靶板的开坑形态、尺寸,以及封闭爆炸条件下混凝土盖板的主裂纹数量,均与实验观察更为贴近。此外,参数研究结果表明,三维细观力学模型的全局网格尺寸以及模型内各组分的相对网格尺寸均会对模拟结果的精度产生影响,选择与空气网格尺寸相当的混凝土网格尺寸,可以在获得较准确模拟结果的同时保证计算效率;骨料粒径大小也会影响混凝土板在爆炸载荷作用下的响应和破坏结果。混凝土三维细观力学模型能够反映混凝土结构在冲击载荷作用下的损伤和破坏的细观机理及影响因素,对指导工程设计和结构安全评估具有重要的理论意义和实际应用价值。     

黄土中爆炸挤密实验与数值模拟

为研究爆炸挤密加固技术在黄土中的应用,规避在既有公路上进行大规模爆炸挤密现场实验的风险,验证借助计算机软件进行数值模拟的可行性和可靠性,先设计实施了小型爆炸挤密室外实验,再利用室外实验的材料参数和几何尺寸建立与各实验工况相对应的有限元模型,利用ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,通过将爆腔体积、爆后土壤密度和作用于土壤的峰值压应力3个方面对数值模拟结果和实测结果进行对比,验证了将ANSYS/LS-DYNA用于数值模拟爆炸挤密技术加固黄土的可行性和可靠性,并得出上述三个方面的变化规律,可为根据现场路基状况和几何尺寸进行数值模拟提供借鉴和参考。     

接触爆炸作用下高聚物复合板毁伤特性分析

高聚物材料具有成型快和膨胀性能好的特点,该材料与碎石和钢筋的复合结构应用于地基处理和城市道路脱空除险加固,具有明显优势。本文中,设计并制作了高聚物碎石板和钢筋高聚物板,开展了接触爆炸冲击下的试验研究,通过毁伤尺寸和所测冲击波数据探讨了2种板的毁伤特性。基于ANSYS/AUTODYN非线性显式有限元程序,建立了试验中毁伤更严重的钢筋高聚物板的接触爆炸全耦合模型,并通过与试验结果的对比,验证了所建耦合模型的准确性和适用性。参数化分析了钢筋高聚物板对炸药量和板厚的敏感性,并利用多参数非线性回归分析方法,提出了钢筋高聚物板迎爆面和背爆面破坏直径的预测公式。结果表明：接触爆炸作用下,高聚物碎石板的毁伤模式以接触部位的局部震塌冲切破坏为主,除此之还有一些毁伤裂纹;钢筋高聚物板的破坏模式主要是迎爆面爆坑毁伤、背爆面剥落损伤和中心冲切贯穿破坏。高聚物碎石板和钢筋高聚物板对爆炸冲击波都具有良好的衰减作用,有望应用到抗爆炸冲击防护领域。     

岩体加固抗爆炸性能

为进一步提升岩体的抗爆炸性能,采用相似模型实验和数值模拟的方法对采用交叉锚索进行加固的围岩进行了抗爆性能分析,对比分析了加固前后岩体的爆炸压力分布规律、应变分布规律、爆腔大小以及锚索参数对加固效果的影响。研究结果表明:无论岩体是否加固,爆心附近岩体内爆炸压力峰值、径向应变峰值、环向应变峰值与比例距离均呈负幂指数衰减,在相同的爆炸药量作用下,随着距爆点距离的增大,压力、应变峰值迅速减小;在集团装药条件下,岩体内的爆腔不呈球形而呈上细下粗的花瓶形,且无加固岩体的爆腔高度较大;交叉锚索角度变化对介质压缩半径的影响较小;随着交叉锚索密度的增大,加固介质中自由场压缩波峰值降低约20%～35%左右,介质的破坏半径小约30%左右。该研究结果可为地下防护工程设计和围岩加固提供参考。     

船用加筋板架爆炸载荷下动态响应数值分析

针对船用加筋板架复杂结构在爆炸冲击波作用下的动态响应 ,采用商用高动态非线性有限元程序MSC/Dytran ,讨论了大尺寸加强结构板架迎爆承载问题 ,提出了复杂板架结构爆炸冲击波作用下动态响应的有限元计算方法 ,并进行了模型试验。试验结果与计算结果吻合较好 ,验证了应用程序及计算模型参数的稳定性和可靠性。对加筋板架两种承载形式 (大尺寸加强构件迎爆或背爆设置 )在爆炸冲击波作用下的动态响应 (板架中心挠度和塑性分布 )差异的分析研究表明 ,大尺寸骨架 (纵骨和肋骨 )背向爆炸冲击波设置将分散爆炸冲击波的冲击作用、减小板架变形、增强其抵抗爆炸冲击波冲击的能力 ,使结构偏于安全。     

岩石钻孔爆破粉碎区计算模型的改进

为了研究炮孔周围岩石的破坏机理,准确预测粉碎区的范围,提出了一种计算钻孔爆破粉碎区范围的改进模型。该四分区模型考虑了破裂区内侧的环向压应力和炮孔空腔膨胀的影响,假定粉碎区为丧失了内聚力但仍具有内摩擦力的散体介质。采用弹塑性力学理论推导了柱状装药起爆条件下的岩石钻孔爆破粉碎区半径公式。计算结果表明,岩石钻孔爆破粉碎区范围通常为1.2~5.0倍炮孔半径,不同种类岩石的粉碎区范围差别很大。与其他计算模型相比,本模型的计算结果与实验数据更吻合。     

JBO-9021炸药的化学反应区宽度

采用激光干涉测试技术和楔形炸药构型, 对新型钝感高能炸药JBO-9021的爆轰反应区宽度进行了实验研究。实验中在楔形JBO-9021炸药后加镀膜LiF晶体作为测试窗口, 测试受试炸药与测试窗口界面的粒子速度剖面。将粒子速度剖面对时间进行二阶求导, 通过粒子速度剖面的二阶求导曲线上等于零的时刻判读CJ点的时刻, 从而得到化学反应区宽度。研究结果表明, 新型钝感高能炸药JBO-9021的化学反应持续时间为(238±13) ns, 相应的化学反应区宽度为(1.52±0.09) mm。     

Jet impingement onto a cylindrical cavity: consideration of annular nozzle cone angles,and cavity diameter

In the present study, gas jet emerging from an annular nozzle and impinging onto a cylindrical cavity is considered. The geometric configuration of the nozzle is varied in the simulations. Air is used as impinging gas while stainless steel is considered as workpiece material. Reynolds turbulence model is accommodated to account for the turbulence. A numerical scheme employing a control volume approach is used to simulate the flow field. Heat transfer characteristic and shear stress distribution around the cavity are computed. It is found that outer cone angle of the annular nozzle influences the heat transfer rates from the cavity wall. The flow structure around the cavity changes significantly with increasing cavity diameter. Moreover, increasing cavity depth results in stagnation zone moving into the cavity.     

非理想炸药在混凝土介质中的爆炸做功特性

为了研究非理想炸药的做功能力,对TNT、PBXN-109、AFX-757和CL-20基炸药进行了混凝土介质内爆炸实验,测量了实验炸药爆炸形成的混凝土腔体容积,通过量纲分析和实验数据建立了混凝土腔体容积的计算模型,并采用自行设计的混凝土腔体容积方法评价了炸药的爆炸做功特性。结果表明,混凝土腔体容积法能够用于评估非理想炸药的做功能力,单位质量同类型炸药的混凝土腔体容积基本一致。混凝土腔体容积与炸药能量(或炸药质量与爆热的乘积)存在线性关系,炸药混凝土中内爆炸的相对做功能力可以通过爆热当量确定。     

Air concentration and bubble characteristics downstream of a chute aerator

Chute aerators separate the flow of water from the bottom of a chute, and air bubbles generated in the cavity zone must go through the impact zone as they travel downstream. In this study, the air concentration and air bubble characteristics along the chute were investigated systematically by a series of model tests that eliminated the effect of the upper aeration region. It was found that the large amount of air entrained in the cavity zone was only partially entrained into the final flow. Based on the lower air discharge properties, the chute downstream of the aerator was partitioned into four reasonable zones: the cavity zone (0 < x < L), the impact zone (L ≤ x ≤ L_m), the equilibrium zone (L_m ≤ x ≤ L_D), and the far zone (x > L_D). The details of the bubble chord length and bubble frequency distributions in each zone were measured. In the cavity zone, the bubble frequency distribution was related to the air concentration by a parabolic law. In the impact zone, the air concentration decreased sharply while the bubble frequency decreased to a lesser extent. Due to the turbulent fluctuation effect, the probability of smaller bubbles increased while the probability of larger bubbles decreased as they progressed down the chute. In the equilibrium zone, the bubble frequency decreased slightly. At the cross section, the range of probability of bubble chord lengths tended to increase from the bottom to the upper surface. The distributions of the mean chord lengths followed approximately a power low distribution. A formula was provided to predict the maximum air bubble frequency in the impact and equilibrium zones.     

裂尖曲率对裂纹前缘塑性区的影响

考虑尖端为圆弧形的钝头裂纹模型，在外围取线弹性无裂纹体的解，应用线场分析方法。形成一套估计钝头裂纹前缘塑性区尺寸的方法。对含径向裂纹和圆弧形裂尖的圆盘受均匀张力作用情况，给出了塑性区的裂纹前缘尺寸与裂纹尖端曲率的关系。得到的结论是，塑性区的裂纹前缘尺寸与裂纹尖端曲率有关；对于给定的塑性区的裂纹前缘尺寸，载荷反比于外缘尺寸的平方。前一结论说明了塑性区的裂前尺寸作为裂纹失稳扩展判断的局限性；后一结论说明了裂纹体强度失效的尺寸效应规律：抗断强度与总体线尺寸的平方成反比。     

弹体高速入水特性实验研究

进行了速度在35～160 m/s的平头、卵形和截卵形弹体入水实验,利用高速相机记录了弹体入水和空泡扩展的详细过程,得到了3种弹体在入水初期的水中弹道轨迹和空泡形状,并比较分析了弹体头部形状对入水弹道稳定性的影响.结果表明,平头弹体在水中飞行有良好的弹道稳定性,截卵形弹体往往由于受力不均衡在入水后期发生偏转,卵形弹体则在...     

Predicting the failure of ultrasonic spot welds by pull-out from sheet metal

A methodology for determining the cohesive fracture parameters associated with pull-out of spot welds is presented. Since failure of a spot weld by pull-out occurs by mixed-mode fracture of the base metal, the cohesive parameters for ductile fracture of an aluminum alloy were determined and then used to predict the failure of two very different spot-welded geometries. The fracture parameters (characteristic strength and toughness) associated with the shear and normal modes of ductile fracture in thin aluminum alloy coupons were determined by comparing experimental observations to numerical simulations in which a cohesive-fracture zone was embedded within a continuum representation of the sheet metal. These parameters were then used to predict the load–displacement curves for ultrasonically spot-welded joints in T-peel and lap-shear configurations. The predictions were in excellent agreement with the experimental data. The results of the present work indicate that cohesive-zone models may be very useful for design purposes, since both the strength and the energy absorbed by plastic deformation during weld pull-out can be predicted quite accurately.     

自适应分析在确定裂纹尖端塑性区中的应用

在分析裂纹扩展及材料强度时对塑性区的估算是很重要的,本文提出采用自适应有限元分析来确定裂纹尖端塑性区的方法,计算结果表明这种方法通过网格自动加密能够有效地跟踪出弹塑性的交界面。