多次水下爆炸中船体梁的累积毁伤效应

针对在多次水下爆炸中船体梁的累积毁伤问题,采用AUTODYN软件与试验相结合的方法,分析了炸药当量、爆距、爆炸次数等因素对船体梁累积毁伤效应的影响。结果表明:在水下爆炸加载作用下,船体梁会发生中部凹陷局部塑性变形和整体中拱塑性弯曲变形。在一定冲击因子作用下,其挠度与水下爆炸加载次数呈线性关系,且药量越大,挠度越大。爆距相同时,同等当量炸药对船体梁进行单次和均分连续3次水下爆炸加载,其最终塑性变形挠度不同,均分连续3次爆炸作用下船体梁的塑性变形挠度更小。     

爆炸冲击波在仿桥梁结构内传播的数值模拟

桥梁作为交通枢纽中的重要关卡,受到强冲击载荷作用后的毁伤效果一直是国内外关注的热点问题。炸药爆炸是对其进行毁伤的最为有效的手段之一,研究爆炸冲击波在桥梁结构中的传播规律对桥梁结构抗爆设计和爆炸事故救援具有至关重要的作用。为此,搭建了桥梁的局部结构并进行爆炸毁伤实验,为数值模拟研究提供数据参考。采用自主开发的三维爆炸与冲击问题仿真软件EXPLOSION-3D对仿桥梁结构的爆炸冲击波传播问题进行了数值模拟研究。将数值模拟结果与实验结果进行对比,验证了数值算法的有效性;进一步通过对比不同位置处的压力时程曲线来分析爆炸冲击波在仿桥梁结构中的传播规律,并分析了炸药在不同位置处爆炸和不同当量炸药爆炸对桥梁结构毁伤的影响规律。基于数值仿真结果,得到了给定工况下炸药对仿桥梁结构内的人体和车辆的毁伤程度。最后,通过对比分析不同工况的数值模拟结果,从仿真的角度给出了安全预防建议。     

典型结构参数对船体梁抗水下爆炸特性的影响

为了提升舰船抗水下爆炸冲击防护设计水平，首先需要揭示舰船典型结构参数变化对其损伤特性的影响规律。以某型舰船为参考，保留主要结构特征参数，设计了接近真实尺度的梯形横截面船体梁。利用Geers-Hunter理论公式得到各计算工况下的水下爆炸载荷，基于ABAQUS有限元数值模拟方法，对比分析了船体梁长度、外板板厚、型深、型宽等参数变化对船体梁抗水下爆炸冲击的结构响应特性的影响。提出了一种可以表征各典型结构参数对船体梁整体结构强度影响规律的无因次结构强度因子。结果表明：气泡脉动频率与结构固有频率耦合将导致中垂变形；船体梁长度增加使得结构抗弯能力减弱，在水下爆炸响应中的初始中拱变形缓慢增加，最大中垂变形显著增加；船体梁外板板厚、型深、型宽的增加会导致结构在响应期间的初始中拱变形和最大中垂变形减小；初始中拱变形受结构参数变化影响的敏感程度低于最大中垂变形。提出的无因次结构强度因子可以较好地表征船体梁结构整体强度。     

飞机目标在爆炸冲击波作用下的毁伤效应评估方法

从飞机结构强度设计角度出发,研究了大当量爆炸冲击波作用下飞机目标毁伤效应评估方法。根据飞机结构强度设计准则,确定了典型飞机目标的失效判据。通过有限元分析,获得了典型飞机目标机翼在均布冲击波作用下完全失效的超压值,与试验数据对比表明,该方法具有较好的合理性。在此基础上,考虑动态加载下的结构响应,通过计算不同工况下飞机目标失效的超压值和相应的持续时间,获得了飞机失效的冲击波超压-冲量准则,为后继冲击波对飞机整体毁伤效应评估提供了更为合理的方法。     

深水爆炸冲击波作用下圆柱壳动态响应影响因素的数值模拟研究

 运用通用有限元程序ABAQUS,对圆柱壳在深水爆炸冲击波作用下的动态响应进行了数值模拟,研究了圆柱壳所处深度、爆心方位和预应力对于圆柱壳动态响应的影响。研究结果表明：在同样的水下爆炸冲击波作用下,随着深度的增大,圆柱壳的毁伤逐渐加重,而且响应过程中的变形逐渐增大,低频响应阶段的速度曲线趋于平坦;爆距不变时,不同的爆心方位在不同深度上的毁伤效果存在一定差异;预应力的存在使圆柱壳的毁伤加重,并且预应力对圆柱壳动态响应的影响与爆心方位有关。研究结果对于潜体结构的生命力评估具有一定参考价值。     

人体下肢运动光纤带感知方法研究

鱼雷武器近场爆炸毁伤试验风险高、试验环节多、实施复杂,为解决近场爆炸作用下舰船的毁伤测量问题,分析了测量的关键环节,提出采用气液缓冲器作为缓冲原件对测量设备进行缓冲防护,采用远程无线遥控爆炸解脱加水激活电池接触海水解脱两种方式互相备份的解脱方式确保测量爆炸后测量设备与靶船的可靠分离,采用无线传输方式进行测量数据转存备份,从端采用全向天线,主端采用三个定向天线组合的方式,通过实际测试验证了方法的可行性。研究内容为近场爆炸毁伤测量的实施提供了一种思路,也可以为相关工作开展提供参考。     

基于有效冲量的水下爆炸冲击波对平板结构的毁伤准则

为了准确评估水下爆炸冲击波对平板结构造成的毁伤效果,提出以有效冲量作为毁伤准则的威力参量类别,并给出了考虑球面波斜入射效应的平板结构有效冲量计算方法。新准则通过动量守恒方程计算得到的平板结构实际获得冲量对比毁伤效果,表现为冲击波峰压、时间常数以及板结构特征参数的联合形式。借助数值模拟与文献数据,对比分析了准则的准确度和适用性。结果表明：相对于冲击波峰压、比冲量、能流密度等单一威力参量,新毁伤准则在评估平板结构的毁伤程度时误差更小;在对比不同炸药毁伤威力以及预估未知工况毁伤效果两种应用场景中,新准则的相对误差均在10%以内。新提出的毁伤准则用于对比和评估水下爆炸冲击波对板结构的毁伤效果时具有良好的通用性。     

港池环境近水面水下爆炸特性及其毁伤效应

为研究港池环境近水面水下爆炸载荷及其对码头结构的损伤特性,设计了一种典型码头结构,并构建港池环境,运用LS-DYNA程序开展水下爆炸数值模拟研究,对爆炸现象、荷载特性、结构动态响应和能量吸收特性4个方面进行了详细研究,分析了边界、比例爆距等参数的影响规律。结果表明:爆炸气泡脉动主要受到码头结构边界和水面的影响,水底和有限港池内的流体运动对其亦有一定影响;冲击波荷载以比例爆深为中心呈垂向对称分布,气泡脉动荷载主要分布于比例爆深以下位置;结构变形和毁伤主要在冲击波传播阶段形成,气泡脉动和射流的二次毁伤效果较弱;混凝土和沉箱内填土是主要能量吸收部分。     

爆炸冲击波作用下预制孔靶板塑性变形规律的研究

利用非线性动力学软件AUTODYN,对爆炸冲击波作用下无孔及预制孔靶板的塑性变形进行了数值模拟,获得了不同孔数、孔径情况下靶板中心点挠度的变化规律;设计了模型实验,其结果与数值结果符合较好;并以爆炸冲击波作用下无孔靶板中心点挠度计算公式和数值计算结果为基础,通过拟合给出了预制孔靶板中心点挠度与孔密度、孔径之间的函数关系,该关系可为有孔平板目标的毁伤评估及破片、冲击波对平板目标联合毁伤研究提供参考。     

包覆式爆炸成型复合侵彻体成型规律研究

 包覆式爆炸成型复合侵彻体是通过炸药爆炸驱动金属药型罩包覆内核活性材料而形成的一种新型高效毁伤元。为了设计带包覆物的小长径比聚能装药结构,采用AUTODYN非线性动力学分析软件,分析了主要结构参数对包覆效果的影响规律,得到了能够实现复合侵彻体爆炸包覆的较优结构。通过脉冲X光拍摄了具有较优结构的复合侵彻体成型过程,试验结果与仿真结果符合较好,验证了仿真计算的可信性。     

STRUCTURAL DAMAGE DETECTION BASED ON A MICRO-GENETIC ALGORITHM USING INCOMPLETE AND NOISY MODAL TEST DATA

This paper describes a procedure for detecting structural damage based on a micro-genetic algorithm using incomplete and noisy modal test data. As the number of sensors used to measure modal data is normally small when compared with the degrees of freedom of the finite element model of the structure, the incomplete mode shape data are first expanded to match with all degrees of freedom of the finite element model under consideration. The elemental energy quotient difference is then employed to locate the damage domain approximately. Finally, a micro-genetic algorithm is used to quantify the damage extent by minimizing the errors between the measured data and numerical results. The process may be either of single-level or implemented through two-level search strategies. The study has covered the use of frequencies only and the combined use of both frequencies and mode shapes. The proposed method is applied to a single-span simply supported beam and a three-span continuous beam with multiple damage locations. In the study, the modal test data are simulated numerically using the finite element method. The measurement errors of modal data are simulated by superimposing random noise with appropriate magnitudes. The effectiveness of using frequencies and both frequencies and mode shapes as the data for quantification of damage extent are examined. The effects of incomplete and noisy modal test data on the accuracy of damage detection are also discussed.     

循环爆炸作用下地下洞室的动态响应及损伤累积

为研究循环爆炸对地下洞室的影响,基于相似模型试验,采用通用有限元软件ABAQUS对比研究了洞室拱顶高水平单次爆炸和低水平10次循环爆炸作用下地下洞室围岩的应力波衰减规律、损伤累积规律及洞壁位移和环向应变分布特征。结果表明:循环爆炸中,洞室围岩的应力波衰减速度随着爆炸次数的增加先减小后增大。单次爆炸中,洞壁环向峰值应变从拱顶至直墙脚由拉应变转为压应变;循环爆炸中,随着爆炸次数的增加,拱顶环向峰值应变由压应变转为拉应变。爆炸荷载总水平相同时,低水平循环爆炸中洞室围岩的损伤面积和程度比高水平单次爆炸大。循环爆炸中,围岩的损伤累积呈现不可逆的逐级增加趋势,且累积损伤和爆炸次数之间呈明显的非线性关系。     

Identifying the viscoelastic properties of soft matter from the indentation response of a hard film-soft substrate system

The indentation technique is widely used in measuring the mechanical properties of soft matter at the microscale or nanoscale,but still faces challenges by these unique properties as well as the consequent strong surface adhesion, including the strong nonlinear effect, unclear judgment of the contact point, difficulties in estimating the contact area, and the risk of the indenter piercing the sample. Here we propose a two-step method to solve these problems: lay a hard film on a soft matter, and obtain the viscoelastic properties of this soft matter through the indentation response of this composite structure. We first establish a theoretical indentation model of the hard film-soft substrate system based on the theory of plates, elastic-viscoelastic correspondence principle and Boltzmann superposition principle. To verify the correctness of this method, we measure the mechanical properties of the methyl vinyl silicone rubber(MVSR) covered by a Cu nanofilm. Finally, we test the effectiveness and error sensitivity of this method with the finite element method(FEM). The results show that our method can accurately measure the mechanical properties of soft matter, while effectively circumventing the problems of the traditional indentation technique.     

水下近距爆炸作用下船体梁的动态响应特性

为研究舰船在水下近距爆炸作用下的结构响应及损伤模式,以相似准则为基础,设计了船体梁模型,选用4种不同能量结构的炸药,将其置于模型中部正下方爆炸,通过改变药量和爆距,实验研究了船体梁在近距爆炸作用下的动态响应特性。利用高速摄影技术观察了模型的整个运动过程,结合实验数据定量分析了结构的应变和加速度响应特性,比较了冲击波和气泡脉动对结构的损伤特点。研究发现:近距爆炸气泡脉动会使结构下方形成一个低压流体区,该低压区的存在会使模型受到中垂弯矩作用,并可能使其发生中垂弯曲破坏;随着爆距的增大,爆炸能量与损伤效果之间的相关性变得明显;近距条件下,为了发挥爆炸气泡的最大破坏作用,爆距应该接近于最大气泡半径。     

基于光纤阵列的激光光斑测量方法

提出一种基于光纤阵列的激光光斑时空分布测量方法,采用在多层石英平板上制作V型槽并层叠石英光纤阵列的方法,获得了具有较高抗激光损伤能力和空间分辨力的光纤阵列取样器,实现了激光光斑的空间分布取样。给出了光纤阵列的取样原理、取样器结构和大倍数光强衰减的设计。实验结果表明:光纤阵列抗激光损伤能力优于10 kW/cm2(50 s),系统空间分辨力优于3 mm,测量误差小于3%。     

一种激光损伤阈值测试新方法

随着激光器朝向大功率、高能量的方向发展,激光损伤阈值成为了衡量光学元件抗激光损伤能力的重要参数之一,因此,能否准确地测量出光学元件的激光损伤阈值成为研究的重点。而光学元件激光损伤阈值测试的关键是能否准确地判别光学元件是否发生激光损伤。为解决目前常见的损伤判别方法存在的精度低、识别时间长、适用材料范围窄、操作复杂等不足,提出了一种新的激光损伤的判别方法,即等离子体诊断法。以K9玻璃为例,搭建激光损伤阈值的测试平台,利用光纤光谱仪采集强激光辐照K9玻璃时所产生的激光等离子体闪光光谱,并对该光谱进行诊断分析,将该光谱中是否含有待测试光学元件材料中特征元素的光谱峰作为其是否收到激光损伤的标准。同时,对K9玻璃进行了激光损伤阈值的测试,并将测试结果与等离子体闪光法和显微镜法所测的激光损伤阈值进行了对比分析。实验表明,提出的等离子体诊断方法的判别精度高、速度快、测试装置结构简单,易实现在线测量,可以大大地提高光学元件激光损伤阈值测试工作的效率。     

某空间望远镜相关跟踪系统摆镜随机振动分析

介绍了基础激励下机构随机振动响应的理论与分析方法.利用有限元分析软件ANSYS建立了某空间望远镜相关跟踪系统摆镜的有限元模型,并进行了随机振动响应分析.通过分析考察了其承受动力学环境的能力.对计算结果进行了分析.指出了现有结构中的薄弱环节,提出了改进方案,为摆镜的设计提供了重要参考依据.     

弹跳弹丸近地炸点高度光电测量方法研究

针对测量弹跳弹丸空中炸点高度的难题,提出一种光电测量方法。该方法利用弹丸落地弹跳后在空中做匀减速运动建立数学模型,通过声传感器、光幕靶、火焰探测器和双路测时仪测量弹丸在空中几个特征点的时间间隔,配合光幕靶的靶距等布靶结构参数,利用测量公式计算出空中炸点高度。文中对所提方法进行了测量不确定度分析,经理论分析,系统的测量不确定度小于20 mm。结果证明该方法测量精度高、实时性好、可靠性高,仪器布放简便,所用设备均为靶场常用测试设备,易于工程化实现。文中介绍的方法适用于一类落地后再次弹跳后爆炸和民用礼花弹空中炸高的测量场合。     

多物质流体动力学方法与结构动力学方法结合的流固耦合计算技术

建立一种基于重叠网格空间覆盖判断的流固耦合计算技术,把流场计算的Euler多物质流体动力学计算过程和Lagrange结构动力学计算过程相结合以描述流固间的相互作用.介绍该计算技术的具体实现过程,讨论提高几何判断效率、避免耦合遗漏、流固计算时间步协调等处理技术.应用建立的流固耦合计算程序模拟爆炸容器中爆炸流场对容器内部结构、容器壳体的作用过程.计算结果表明其可以反映流场发展过程、流场结构相互作用和结构的运动变形和破坏过程.     

某空间望远镜相关跟踪系统摆镜随机振动分析

介绍了基础激励下机构随机振动响应的理论与分析方法.利用有限元分析软件ANSYS建立了某空间望远镜相关跟踪系统摆镜的有限元模型,并进行了随机振动响应分析.通过分析考察了其承受动力学环境的能力.对计算结果进行了分析.指出了现有结构中的薄弱环节,提出了改进方案,为摆镜的设计提供了重要参考依据.