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。     

反恐中微差控爆破门实验研究

 在解救人质或追捕恐怖分子时,需要利用炸药炸开门体或者墙体开辟一条快速通道,通常采用集团装药或多点药包同时起爆的方法进行爆破,但产生的冲击波超压值过高,很容易对反恐人员造成不必要的伤害。采用多点延时起爆方法进行微差控爆破门,与其它方法相比,在相同药量和距离下可以降低空气冲击波的超压峰值,从而有效避免冲击波对反恐人员的伤害。实验研究结果表明,防盗门中的膨胀螺栓可以作为破门弱点进行毁伤。通过实验,得到了破门的合理药量,利用不同药量下的冲击波超压值计算出了反恐人员的安全距离。     

基于柴油机ω型燃烧室缸内激波的活塞破坏研究

以二维数值模拟为基础,研究柴油机ω型燃烧室内的冲击波发展震荡过程,得到作用于活塞不同位置处的超压分布.模拟结果表明:由于燃烧室结构的独特性,导致冲击波能在特定区域进行汇聚,致使该区域超压明显高于其他区域.将该模拟结果与实际破坏失效的活塞进行对比,发现冲击波汇聚区域往往就是活塞被破坏的地方.数值模拟结果和实际破坏结果得到了很好的吻合.这为揭示柴油机活塞因爆震出现而造成的破坏机理以及燃烧室抗爆震结构形状设计提供了理论基础.     

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。     

多孔材料在压缩载荷作用下的屈曲失效模式分析

压缩是工程材料最基本的承载方式之一,多孔材料中的孔棱受到压缩载荷时可能产生屈曲行为.建立了各向同性三维网状高孔率多孔材料的简化结构失效模型,分析了这种材料在不同压缩载荷作用下由于孔棱发生屈曲而引起的失效模式,系统地得出了单向压缩、双向压缩和三向压缩等三种承载形式下这种多孔体受压而导致孔棱屈曲时名义主应力与孔率的数理关系.在此基础上,进一步得出了此类材料在压缩载荷作用下发生孔棱屈曲的载荷条件.     

泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律

约束空间爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究泄压口大小对约束空间爆炸准静态超压载荷的影响规律,采用三阶WENO有限差分格式,编写了约束空间内炸药爆炸冲击波三维数值计算程序。利用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例验证了数值程序的可靠性。基于验证的程序开展了带有泄压口的约束空间内爆炸载荷数值计算。在分析数值计算结果基础上,提出了描述准静态超压载荷简化理论公式,该理论公式与数值计算结果吻合较好。研究结果可为工程抗爆结构设计提供一定的参考和指导。     

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。     

高压气体载荷下预制破片与空气冲击波的运动关系

冲击波与破片的运动关系直接决定两者对目标的联合毁伤效果,采用有限体积方法和网格自适应技术,对高温高压气体载荷作用下圆形刚体破片的运动规律、冲击波的衰减规律以及两者的运动关系进行了数值模拟研究。结果表明,高温高压气团形成的冲击波与破片作用发生反射和透射,在破片前后形成的压力差是导致其加速的主要原因。在破片数量一定的情况下,破片距离高温高压气团中心越远,初速越小。当破片与高温高压气团中心的间距相同时,破片数量越多,初速越大。同时研究发现,冲击波与刚体球存在复杂的追逐关系:当初速较大时,破片和冲击波相遇两次;初速减小时,二者相遇一次;初速进一步减小时,二者不能相遇。冲击波与刚体球破片的前后关系将会影响它们对目标的毁伤是否存在耦合关系。     

裸爆和特制半球形结构内爆超压对比实验研究

 爆炸焊接过程会产生爆炸地震、冲击波、有毒气体和噪音等有害效应。设计并制作一个直径为36 m、入口和排烟口直径分别为8 m的半球形结构,用以降低爆炸焊接过程中产生的超压影响。为了研究实际超压降低效果,进行了裸爆和按1/6比例建立的半球形结构内爆炸的超压对比实验。实验结果表明：当超压的传播距离大于20 m时,这种半球形结构能有效降低爆炸焊接过程中产生的超压;对于相同的超压传播距离,切线方向（垂直于半球形结构入口方向）比径向方向（半球形结构入口方向）的超压降低效果好。结合冲击波的传播和反射特点,对超压降低的可能原因进行了分析。     

模拟舱室内部气云爆炸载荷的不同精度WENO格式比较

为了研究加权本质无振荡(WENO)格式精度对舱室内部气云爆炸载荷的影响规律,基于FORTRAN平台,采用三、五、七、九阶WENO格式,开发了高精度舱室内部气云爆炸三维数值计算程序。选用Sod激波管、激波与熵波相互作用两个经典算例验证了程序编写的可靠性,并初步考察了不同精度WENO格式的计算性能。采用已验证的程序开展了封闭舱室和泄压舱室内部球体气云爆炸的数值模拟,并探讨了WENO格式精度对爆炸载荷的影响规律。研究表明:舱室内部气云爆炸载荷主要包含瞬态冲击波和持续时间较长的准静态超压;WENO格式精度对冲击波载荷影响较大,高阶格式给出更陡峭的峰值,而对形成的准静态超压影响较小。     

运动装药空中爆炸冲击波特性研究

利用AUTODYN对不同速度装药的空中爆炸冲击波场进行数值计算,定量研究运动装药空中爆炸冲击波场特性。仿真结果表明:装药速度对冲击波场的时空分布有较大影响,爆炸初期冲击波场的移动速度和位移与装药速度正相关;动爆冲击波场为空间非均匀分布,超压值随着与装药运动方向夹角的增大近似呈余弦变化,由大于静爆超压值逐渐降低为小于静爆超压值,且变化幅度均随装药速度的增加而增大。最后,分析了动爆与静爆冲击波场的关联特性,建立了动爆冲击波超压的工程计算模型,模型计算结果与动爆试验结果及仿真计算结果吻合较好。     

基于数值仿真船体结构毁伤测点布设方法研究

为有效测量水下爆炸作用下船体结构的毁伤程度,优化测点布设,建立了典型舰船有限元模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS提供的声固耦合方法,对船体结构在爆炸载荷作用下的冲击响应进行仿真。依据数值仿真结果,分析船体结构薄弱环节,并将这些薄弱环节作为重点测量部位,结合工程实践和海上试验经验,在准确测量结构毁伤的基础上,合理布设传感器测点,研究设计了水下爆炸作用下船体结构毁伤测点布设方法。经海上爆炸试验验证,数值仿真结果与试验测试结果吻合良好,该毁伤测点布设方法设计合理。     

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。     

激光聚变冲击波点火的热斑形成机制

通过对冲击波点火内爆过程的数值模拟分析点火热斑压缩及形成机制。分析了传统中心点火的内爆过程,热斑主要经历冲击波压缩和惯性压缩过程,点火主要通过惯性压缩来实现。并仔细分析了冲击波点火的内爆压缩过程,从内爆角度来看冲击波点火并不是压缩和点火分开的两步过程,点火冲击波实际参与压缩过程,点火冲击波对热斑的直接影响很有限,热斑仍然主要通过壳层的惯性压缩实现点火。利用惯性压缩的定标关系及冲击波碰撞对壳层影响规律分析了热斑增压的物理机制,冲击波点火是通过点火冲击波与回冲击波的碰撞来提高壳层的密度,从而实现热斑压力的提升。     

爆炸载荷下舱内泡沫铝夹芯结构的动响应特性

为探索爆炸载荷下舱内夹芯复合结构的动态响应特性与防护效能,采用小尺度舱室结构模型实验,结合有限元数值分析,开展了不同爆炸距离下舱内双层泡沫铝夹芯结构的动响应特性和变形模式研究。分析了不同爆距下舱内爆炸载荷的作用过程和时空分布特性,讨论了在初始冲击波、初始冲击波叠加各壁面二次反射波和舱内爆炸准静态压力3种载荷下泡沫铝夹芯结构的变形模式。爆炸载荷下舱室壁板承受的载荷依次为初始冲击波、各壁面二次反射波和准静态气压。炸药在靠近舱室一端处起爆时,初始冲击波在近端壁的局部效应明显,在远端壁的作用范围更大,与舱室中心爆炸相比,其爆轰产物波动次数更少。泡沫铝夹芯结构的变形过程可分为泡沫芯层压缩、局部凸起变形和整体挠曲变形3个阶段,对应迎爆面板局部凸起叠加整体挠曲大变形、局部凸起叠加整体挠曲大变形和整体挠曲大变形3种变形模式。     

组合装药的撞击安全性与内爆威力试验研究

为了验证某组合装药的撞击安全性与内爆威力,开展了组合装药的大型落锤试验及爆炸罐内爆威力试验研究。结果表明:单一温压炸药在400 kg落锤作用下的临界落高为2.2 m,组合装药分别在2.2、2.3、2.5和2.7 m落高时均未发生爆炸反应,证明组合装药具有更好的撞击安全性;组合装药的初始冲击波超压峰值是单一温压炸药的61.9%,比冲量是单一温压炸药的99.4%,准静态压力峰值是单一温压炸药的94.5%。考虑到炸药在有限空间内爆炸的能量释放特性,将准静态压力峰值作为威力评价标准更为合适。试验结果证明组合装药的内爆威力与单一温压炸药相当。     

地面爆炸冲击波的相互作用

为了研究多点同步地面爆炸冲击波的相互作用,通过改变装药质量组合和布局,利用空中爆炸测量系统对2点和3点地面同步爆炸进行了试验研究,并利用冲击波与刚性壁面碰撞理论计算了2个冲击波相互作用的冲击波压力和冲量。结果表明:多个装药同步爆炸时,冲击波超压和冲量都显著增加,大大提高了装药爆炸威力。装药总质量相同时,炸药的组合数量越多,冲击波超压和冲量越高,不同布局的装药,冲击波超压和冲量的增加量也不同。冲击波与刚壁的碰撞模型可以用来近似计算2个同等强度冲击波的相互作用。     

高速分幅相机与阳加速器的精密电流同步技术

在阳加速器上进行的Z箍缩内爆实验研究根据过程的快慢分为主要从事数百万至数千万大气压状态下冲击波物理、内爆动力学、界面不稳定性、高压物态方程等物理问题的研究和在实验室内产生兆焦级乃至几十兆焦超强X辐射源来从事有关物理问题和应用方面的研究。     

高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏

高功率电磁脉冲干扰甚至损毁无人飞行器是应对小型无人飞行器威胁的一种非常有效的办法,高功率电磁脉冲对无人机系统进行干扰和毁伤主要通过前门耦合和后门耦合的方式。完成了高功率电磁脉冲对无人飞行器的毁伤破坏实验,完成了无人机在电磁脉冲源毁伤作用下的目标易损性分析,根据毁伤效果将高频电磁脉冲对无人飞行器毁伤等级分为三级,即干扰级、毁伤级、失效级。分析了电磁脉冲作用的主要目标元件,结果表明,无人飞行器最有可能受干扰的部分为接收机和电子调速器。在相关研究和实际应用时,应着重研究电磁脉冲对无人飞行器的接收机和电子调速器的毁伤破坏,根据接收机和电子调速器内部的电路结构来确定毁伤最佳频率。