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。     

以随机响应为目标的方舱结构动力修改

针对振动系统在随机激励下的响应进行结构动力修改是具有实用价值的工程问题。本文以系统在道路随机激励下的加速度响应为目标，借助于系统模态及响应的灵敏度分析和矩阵摄动法，对大型机动电子方舱系统进行了快速结构动力修改。     

冲击波对核反应堆安全壳的动力响应研究

本文用时域边界积分方程提出研究半球形核反应堆安全壳在爆炸冲击波作用下动力响应分析的计算模型。从空中爆炸和地面爆炸两方面探求壳体位移和变形过程,分析冲击波在壳体内的传播规律。计算了在水平冲击波作用下壳体的内力分布,其计算结果可以作为我国核电站设计的参考分析依据。     

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。     

基于地震波触发的战斗部动爆冲击波试验研究

提出了一种基于地震波触发的战斗部爆炸冲击波超压测试方法,该测试方法能可靠获取战斗部动爆冲击波超压峰值。采用提出的测试方法对着靶速度为0、535和980 m/s的战斗部空中爆炸冲击波分别进行了测试,并对战斗部动爆冲击波超压峰值测试结果和经验公式计算值进行了对比,定量分析了战斗部速度对冲击波压力场分布的影响。最后,在实测数据的基础上采用薄板样条插值方法重建了战斗部动爆冲击波超压三维可视化模型,为实战复杂环境下基于实测数据研究动爆冲击波特性提供了依据。     

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。     

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。     

空中爆炸冲击波下结构动响应及其抗冲击波设计研究进展

随着军事需求的不断增加,多种武器设备都会面临爆炸冲击波环境生存问题,例如,水下爆炸冲击波对船舶的作用、空中爆炸冲击波对飞机、导弹等结构的影响等,因此爆炸冲击波载荷作用下结构的动态响应及防护研究是一个急需关注的热点与难点问题。本研究主要对空中爆炸冲击波方向的研究进行了详细的梳理及综述。首先对空中爆炸冲击波载荷的参数经验公式计算、数值模拟及载荷试验验证研究进展进行了综述;进一步详细介绍了冲击波作用下平板结构、加筋结构及其他典型结构的动响应研究及抗冲击波结构设计进展,研究成果内容涉及爆炸冲击波作用下结构的理论与数值模拟方法研究、结构损伤及破坏效应研究、结构抗冲击波及防护设计研究、结构抗爆吸能特性研究、空中爆炸冲击波试验方法及验证研究等;最后基于目前已有的研究成果,从技术成熟的角度对此领域进行了总结与展望,并提出了几方面急需研究解决的关键技术问题,为后续的工程类结构抗冲击波设计研究提供参考。     

远距离近地面爆炸空气冲击波计算的网格尺寸优化与验证

建筑结构上爆炸荷载的确定是进行结构动态响应和损伤破坏分析以及结构抗爆设计和加固的前提。考虑到空气爆炸冲击波远距离传播数值模拟计算效率和精度以及软硬件能力的平衡问题,通过确定和优化网格尺寸,从而为大型复杂街区爆炸冲击波荷载的数值模拟网格尺寸选取提供合理建议。针对汽车炸弹和弹药库等典型近地面爆炸场景,首先,使用AUTODYN软件分别开展比例距离为0.2～5.0 m/kg^1/3和0.2～39.0 m/kg^1/3的空中爆炸自由场和地面爆炸入射场超压和冲量的单一尺寸网格敏感性分析,并考虑软硬件对单元网格数量的限制,给出依赖比例距离的渐变网格尺寸建议。其次,基于映射算法和建议的渐变尺寸网格对地面爆炸入射场超压和冲量进行数值模拟,提出了比例距离大于10.0 m/kg^1/3的峰值超压误差修正方法,并得到UFC 3-340-02规范的验证。最后,基于足尺房屋爆炸荷载分布试验共71个测点的超压和冲量时程数据,对提出的优化网格尺寸的计算精度和效率进行了验证。

     

基于广义逆算法的冲击波超压场重建方法

针对局部布点测试不能全面了解冲击波传播过程的不足,以及冲击波超压经验公式的局限性,采用网络化测试技术获取冲击波信号,以计算机层析成像技术为基础,利用加权广义逆反演算法对爆炸冲击波速度场进行反演,根据峰值超压与速度的关系得到峰值超压场分布。经一定测试范围内实验验证,峰值超压重建结果优于经验公式计算结果。     

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。     

用PVDF实时测量激光诱导的冲击波压力

本文用自己研制的ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｅｎｙｌｉｄｅｎｆｌｕｏｒｉｄｅ）压电传感器测量了０．２ｍｍ厚铝和２．０８ｍｍ厚Ｔ３００／环氧复合材料中激光诱导的冲击波压力，首次获得了这些材料中激光冲击波压力的时间演化波形。实验在中国科大强激光实验室的ＹＡＧ脉冲激光器上进行，激光波长１．０６μｍ，脉宽３３ｎｓ，靶面平均功率密度为１０９Ｗ／ｃｍ２量级。从所得数据估计了表面入射压力，其值与已有结果符合良好。实验结果证实，ＰＶＤＦ压电传感器频响高，量程宽，多次使用重复性好，可有效应用于激光冲击波压力的实时测量     

瓦斯爆炸过程中激波的诱导条件及其分析

在实验的基础上，研究了瓦斯爆炸过程中激波的产生条件．研究结果表明，障碍物和薄膜的存在对瓦斯爆炸过程中激波的产生具有重要影响．当有障碍物存在时，瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度将迅速提高，并可诱导激波的产生；同样，在瓦斯爆炸破膜过程中也将产生激波现象．因此，为了减轻瓦斯爆炸的破坏作用，应尽量减少矿井巷道中的障碍物并加固好风门与密闭墙，以防发生破膜现象，导致激波的产生．研究结果对指导现场如何防治瓦斯爆炸，减轻瓦斯爆炸的威力具有重要作用．     

The Formation of Shock Waves of the Equations of Magnetohydrodynamics

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｈｅｏｎｅ＿ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌＭＨＤｅｑｕａｔｉｏｎｓｕｎｄｅｒＬａｇｒａｎｇｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅａｒｅ τ ｔ- ｕ ｘ=0 , ｕ ｔ Ｐ ｘ 18π ｘ(Ｈ2 ｙ Ｈ2 ｚ) =0 , Ｈｙ ｔ Ｈｙτ ｕ ｘ =0 , Ｈｚ ｔ Ｈｚτ ｕ ｘ=0 , Ｓ ｔ=0 ,( 1 )ｗｈｅｒｅｕ ,τ,Ｈｙ,ＨｚａｎｄＳｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙ ,ｓｐｅｃｉｆｉｃｖｏｌｕｍｅ,ｔｈｅｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄｉｎｙ＿ａｎｄｚ＿ｄｉｅｃｔｉｏｎｓａｎｄｔｈｅｅｎｔｒｏｐｙｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ .Ｔ…     

Collapse of Shock Waves upon Their Interaction with a Local Energy Source

Numerical analysis is performed of the interaction of a shock wave with a local energy source and the wake behind it. It is shown that for specified shock-wave intensity and flow parameters there is a threshold value of the energy release starting with which the shock wave collapses. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 47, No. 2, pp. 3–7, March–April, 2006.     

弹塑性梁在轴向应力波下的动态屈曲

本文考虑轴向应力波效应，利用分叉理论研究各种支承半无限长弹塑性梁的动态屈曲问题。在轴向阶梯载荷和脉冲载荷冲击下得到了梁的临界屈曲载荷及初始屈曲模态。其结果与实验现象相一致。同时也为研究结构动态屈曲问题提供了有效途径。     

激波的传播与干扰

激波的传播特性既取决于激波的产生条件,也与所处的传播环境密切相关。驱动条件、几何边界、介质的物理化学属性等发生变化时,都会引起激波传播特性的改变,而激波的变化反过来又会对其波及的流场产生影响。尽管激波传播及其干扰现象广泛存在于自然界和人类科技活动之中,其复杂机理的认识、规律的描述乃至应用潜力的挖掘仍有漫长的路要走。本文根据气体中激波传播和干扰现象以及与之相关的理论描述特征,在对激波传播以及反射、折射等基本现象进行简要阐述的基础上,重点围绕目前的热点问题,包括激波/激波干扰、激波/边界层干扰、激波与湍流作用、激波的聚焦与点火以及激波作用下气体界面不稳定性等研究进行了介绍和讨论,旨在对近年来该领域的进展及获得的成果做一个概述和归纳,期望对将来的深入研究有一个鉴借意义。     

Shock wave propagation and interactions

激波的传播特性既取决于激波的产生条件,也与所处的传播环境密切相关.驱动条件、几何边界、介质的物理化学属性等发生变化时,都会引起激波传播特性的改变,而激波的变化反过来又会对其波及的流场产生影响.尽管激波传播及其干扰现象广泛存在于自然界和人类科技活动之中,其复杂机理的认识、规律的描述乃至应用潜力的挖掘仍有漫长的路要走.本文根据气体中激波传播和干扰现象以及与之相关的理论描述特征,在对激波传播以及反射、折射等基本现象进行简要阐述的基础上,重点围绕目前的热点问题,包括激波/激波干扰、激波/边界层干扰、激波与湍流作用、激波的聚焦与点火以及激波作用下气体界面不稳定性等研究进行了介绍和讨论,旨在对近年来该领域的进展及获得的成果做一个概述和归纳,期望对将来的深入研究有一个鉴借意义.     

侧向爆炸冲击波加载作用下钢管吸能特性的实验研究

在爆炸冲击波作用下 ,对横卧单、双钢管吸能特性进行了实验研究。得出了影响钢管吸能效果的主要因素是几何尺寸、吸能元件配重的质量、结构形式等 ,且双钢管吸能元件的吸能效果好于单钢管的结论。     

激波与堆积粉尘相互作用的数值模拟

基于双流体模型和测定的堆积粉尘的本构方程 ,利用AUSM+ 格式 ,对激波与堆积粉尘的相互作用进行了数值模拟。计算所反映的流场结构与实验图像一致。此外还对激波强度 ,颗粒材料密度等对流场的影响进行了讨论。