倾斜式防爆墙抗爆性能有限元数值分析与实验验证

采用数值模拟和试验研究方法研究了倾斜式防爆墙的抗爆性能。首先基于LS-DYNA软件建立不同倾斜防爆墙的有限元数值分析模型,分析了不同倾斜角度对爆炸冲击波传播规律,防爆墙爆炸冲击反射波和墙后绕射波压力峰值的影响。最后选择70°倾斜防爆墙作为典型的倾斜式防爆墙开展了试验研究。数值分析结果表明:防爆墙体倾斜角度每减少10°,同爆距下爆炸冲击波到达防爆墙的时间延长0.1~0.5 ms,迎爆面上反射压力峰值降低0.5~1 MPa。实验表明:5 kg药球爆炸时70°倾斜防爆墙上爆炸冲击波反射压力实测时程曲线与数值模拟时程曲线基本吻合,引爆面上最大反射压力峰值为2.04 MPa,实测消波系数为80.6%,比数值模拟值提高了13.7%。70°倾斜式防爆墙能够阻挡5 kg药球间距2 m三次累计爆炸冲击。

圆锥、球缺组合式战斗部空气中成型技术数值模拟研究

针对常规EFP空气中飞行阻力大、稳定性差的缺点,以提高其毁伤效能为目标,通过数值模拟方法对比研究了组合式战斗部与传统球缺型战斗部的成型机理与成型过程。根据杆式头部破甲弹的气动原理分析其气动特性,得出了组合式战斗部空气中的成型性能与飞行稳定性较常规EFP均有显著提高的结论,为组合式战斗部的后续研究工作打下了基础。

线型聚能切割器在塔状钢质构筑物爆破拆除工程中的应用研究

以在塔状钢质构筑物周壁上开口使其定向倒塌为目的,分析了线型聚能切割器对目标进行切割侵彻的基本原理与影响因素,结合实际情况设计出适合本次工程的技术参数指标,成功地完成了国内首次同种类型爆破施工。文中总结出了一系列的工程应用经验,对将来类似工程的方案设计与施工细节都具有参考价值。

B炸药爆轰波拐角传播的三维数值模拟

为研究B炸药起爆后爆轰波在拐角中的传播特性以及拐角爆轰低压流场现象,运用LS-DYNA3D程序对120°,90°,45°三种特定的拐角装药的爆轰波传播现象进行了数值模拟,观察了爆轰波通过拐角的传播过程,讨论了爆轰波波阵面通过拐角后爆速的变化情况。结果表明,爆轰波通过拐角后由于传播面积的变化而产生衰减-增长过程,装药拐角越大,爆轰波通过时越稳定;随着装药拐角的减小,拐角处的波阵面压力、爆速和传播能力都逐渐降低。

拐角型线型聚能装药爆炸成形及侵彻钢靶的实验与数值模拟研究

运用ANSYS/LS-DYNA3D程序的三维多物质ALE算法,对拐角型线型聚能装药在爆炸载荷下成型及侵彻金属靶的全过程进行了数值模拟研究,计算结果与实验结果比较吻合。这种连贯性的模拟能力避免了数值计算中对射流的许多人为假定。计算和试验结果表明,随着切割器连接拐角度数的减小,金属射流成形越加困难且侵彻能力也随之降低,此研究对拓宽线型聚能切割器的应用领域有积极作用。

小波与分形组合分析技术在爆破振动信号分析中的应用

基于小波、分形技术的相似性,提出采用小波分形组合技术对爆破振动信号进行分析。对爆破振动信号进行不同分解尺度的小波阈值去噪,根据去噪后振动波形分形维数的变化规律确定最佳小波分解尺度,通过爆破振动信号与小波分量的相似性及小波分量自相似性验证了爆破振动信号的分形特性,通过爆破振动信号各小波分量对应盒维数值进行对比分析,得出不同频带分量分维数随频率的变化规律,提出将分形盒维数作为反映爆破振动信号频率成分的新参量。采用小波分形组合分析技术建立爆破振动信号全频带分形维数分析模型,为更加细致地研究爆破振动效应的分形特性提供了重要参考。

爆破地震波作用下既有圆形隧道衬砌动应力集中系数分析

将爆破地震波进行合理近似简化,采用波函数展开法,推导出无限岩石介质中爆破地震波作用下隧道围岩和衬砌动应力集中系数的表达式。结合具体算例,分析隧道不同位置上爆破地震波主频、隧道几何参数和隧道围岩和衬砌物理力学指标对动应力集中系数的影响。分析结果表明,爆破地震波主振频率对隧道围岩和衬砌中的动应力集中系数(DSCF)影响较大,隧道不同位置和不同方向应力的动应力集中系数随主振频率的变化趋势不同,低主振频率引起的动应力集中系数较大,不利于隧道的抗爆破振动;隧道几何参数对隧道围岩和衬砌内侧切向应力动应力集中系数影响趋势不同;隧道衬砌弹性模量对隧道结构动应力集中系数影响较大,泊松比次之;泊松比较大的隧道围岩具有一定的抗爆破振动作用,但效果有限。

冲击波叠加效应对组合式多爆炸成型弹丸成形的影响研究

为探明组合式多爆炸成形弹丸(MEFP)弹丸的成形机理、研究形成良好弹丸的关键因素,运用LS-DYNA显式动力学软件对同时起爆和时差起爆条件下组合式MEFP成形过程进行了数值模拟计算,并对多个子装药爆轰场冲击波叠加效应进行了理论分析。研究表明:导致中心弹丸易于断裂、速度较快,周边弹丸形状不对称的主要原因是侧壁和罩顶反射冲击波的叠加作用;选用低密度吸能效果较好的填充介质可以减小反射波的强度从而减弱其叠加效应;当起爆时差超过5μs,中心子装药的药型罩会出现过度压垮的现象,不利于弹丸的成形。研究成果为战斗部填充介质的选取、合理装药间距的确定、多点起爆器材精度的确定等关键技术提供了理论依据。

爆轰波斜冲击金属介质理论在聚能装药药型罩设计中的应用研究

将爆轰波斜冲击金属介质理论引入聚能药型罩罩高参数设计中,运用LS-DYNA显式动力学软件对爆轰波斜入射铜介质进行了仿真计算,得到了接触位置压力峰值P与入射角φ0之间的关系,数值仿真结果和理论计算值、试验值均吻合得较好。基于仿真计算和理论分析,得出了圆锥形和球缺形药型罩点起爆条件下罩高参数确定的工程算法,并将其应用于一种组合式战斗部的设计中。该方法为药型罩高度的确定提供了基于理论分析方面的设计依据,丰富了聚能装药战斗部的设计方法。

爆轰波形对EFP性能影响的数值模拟

文中利用ANSYS/LS-DYNA软件,通过改变起爆方式(点起爆、环形起爆及平面起爆)产生不同的爆轰波形(球面波、喇叭波及平面波),对不同爆轰波形作用下EFP的成型过程进行了数值模拟,对不同爆轰波作用下EFP的成型性、飞行稳定性及穿甲能力进行了比较,从而得出不同爆轰波形对EFP性能的影响。结果表明:平面波、喇叭波作用下所形成的EFP较球面波作用下所形成的EFP有更高的性能。

炸高对线型聚能切割器切割深度影响的数值分析

根据聚能装药射流形成和断裂原理,使用autodyn2d对线型聚能切割器侵彻靶板的物理过程进行了数值仿真。针对不同炸高的4组模型,详细讨论了炸高对射流侵彻能力的影响。研究结果表明:小炸高下,影响射流侵彻能力的主要因素是靶板阻碍了药型罩后部的压垮;大炸高下,射流与靶板的作用存在着二次侵彻的现象,具体侵彻效果与炸高有关。从工程目的出发,可以选取射流头部第2次断裂时所处的位置为有利炸高。

柔性聚能切割技术在废旧防坦克地雷销毁中的应用

针对我国废旧地雷爆破器材的销毁方法存在环境污染、资源浪费等问题,研究柔性聚能切割器在不诱爆防坦克地雷内部装药的前提下,快速实现装药与外壳分离的方法。研究成果为实现我国防坦克地雷中的资源回收工作奠定了基础,同时对提高我军通用弹药的销毁和处置技术具有参考价值。

条形不耦合平面布药技术在硐室爆破中的应用

为了研究条形药包硐室爆破在复杂环境下的应用问题,首先分析了条形药包的作用机理,根据已有硐室爆破平面药包布设的半理论半经验公式,建立了条形药包平面布设数学模型。并通过工程实例将条形药包布设理论运用于平面布药实践,缩短了平面布设条形药包的设计周期。研究表明,在山体爆破中采用条形不耦合平面布药技术能显著提高有效松动率,降低大块率,减少二次爆破量。同时也减小了爆破振动对周边环境的破坏影响。

扫雷防护装具对胸腹部冲击波防护性能测试技术研究

为研究爆炸冲击波作用下扫雷防护装具对胸腹部的防护性能,探索高效试验方法及测试手段,健全单兵防护装备试验研究指标体系,提升单兵防护装备整体性能。以两套扫雷防护装具为试验研究对象,在不同密封处理条件下基于HybirdⅢ假人模型模拟设计了扫雷排爆作业手在典型跪姿作业姿态下的实爆试验。爆炸冲击波通过50 g TNT药柱爆炸产生,在假人模型胸腹部处安装两个壁面超压传感器对4次实爆试验产生的冲击波超压进行实测,并以爆源为基准在相对同一距离设置了自由场压力传感器用于测试数据对比。利用假人数据采集系统获取了冲击波侵彻扫雷防护装具经衰减后,超压作用到胸腹部的全过程数据。通过数据处理得到了胸腹部遭受爆炸冲击时的压力-时间曲线,并对超压峰值衰减率进行了对比分析。试验结果初步验证了接缝处密封性能越好,防护性能越高,从而表明高密封性能的防护装具对爆炸冲击波的绕射有一定的阻碍衰减效果,可一定程度降低叠加超压对胸腹部造成的损伤。本文试验设计与数据分析可用于后续装备性能改进和试验方法研究。

爆炸冲击波作用下人体肺部的损伤

为探究肺部爆炸伤的致伤机制与评价指标,构建了人体-爆炸流场有限元模型,通过与爆炸事故中人员损伤情况比对,验证了模型的有效性。共进行39个爆炸工况的数值模拟,通过改变爆炸当量与距离,使得胸部受到不同量级爆炸载荷作用,肺部损伤等级从无损伤到严重损伤。通过分析爆炸流场分布、胸腔动力学响应、肺部应力分布等阐明肺部爆炸伤的力学机制。基于人体有限元模型输出的损伤响应,提出肺部爆炸伤的评价指标。研究结果表明:在爆炸载荷作用下,胸前壁高速撞击胸腔脏器,导致肺部产生应力波。随后在惯性作用下,胸前壁持续挤压胸腔脏器,并造成胸腔变形。应力波是造成肺部损伤的主要原因,胸腔变形挤压肺部造成的损伤风险较低。肺部损伤集中在靠近胸前壁及心脏的区域。胸骨速度峰值和胸骨加速度峰值可作为肺部爆炸伤的评价指标。胸部压缩量及黏性响应系数不能反映应力波对肺部造成的损伤,不适合评价肺部爆炸伤。

爆轰波斜入射金属材料的模拟计算

文章通过数值模拟方法,对B炸药-铝、B炸药-铜系统中爆轰波斜反射现象进行了研究,获得了介质分界面处压力随入射角度变化规律,并确定了发生膨胀反射时的临界入射角度。计算结果与前人的实验观测结果吻合。本模拟计算的金属中形成的冲击波压力比基于理想爆轰假设的理论结果更符合实际,计算精度可满足工程应用需求。

组合式火箭爆破器系统飞行性算法研究

为提高爆炸带的展直率,确保火箭爆破器的破障效果,建立二维有限质点模型对火箭爆破器系统的飞行特性进行研究。根据力学方程、运动方程和几何连续方程,通过时间差分法对各质点的力学参数进行数值计算,并结合实验工况对火箭爆破器系统在空中飞行的力学特性进行计算分析。结果表明:在主动段中,火箭拖拽爆炸带加速运动,爆炸带保持直线拉直状态;爆炸带全部拉出后,由于阻力伞的作用,爆炸带的内力较大,仍能维持在展直状态;进入被动段后,随着火箭及爆炸带速度的下降,阻力伞对爆炸带的拉力随之下降,爆炸带在越过最高点后,下落的阶段容易发生弯曲。

高层楼房控制爆破倒塌过程中竖向断裂的力学分析

针对高层框架剪力墙结构楼房具有高宽比较小的特点,充分考虑到该楼房的结构特征和楼房周围环境的局限性,该爆破方案中设计了提高炸高和前移转铰点的方法,按照设计方案经过精心施工,该楼房被成功实施了爆破拆除。但是该楼房在爆破拆除过程中出现竖向断裂的现象,该文针对这一问题进行了分析,并重点对爆破后构件所受的压力、剪力、弯矩进行了计算和校核,从爆破瞬间构件受承载力的角度探讨了原因。

大当量炸药齐爆远区安全性分析

炸药爆炸后的安全性问题是涉爆类试验研究的关注重点,文中分别从爆炸冲击波与爆破地震波的危害效应进行了研究,计算得出了某当量装药条件下爆炸远区的相关爆炸参数,总结出了其分布与衰减规律,为今后类似试验研究工作的顺利进行与安全组织管理奠定了科学基础。

水介质中组合式战斗部成型技术研究

针对常规EFP战斗部水中成型困难、侵彻能力低等缺点,以提高水下兵器聚能战斗部毁伤效能为目标,通过数值模拟方法对比研究了组合式战斗部与传统球缺型战斗部水中成型机理与成型过程,根据长杆式聚能射流的气动原理分析其水中运动特性,得出了组合式战斗部水中成型性能与侵彻能力较常规EFP均有显著提高的结论,为组合式战斗部在水下兵器中的广泛应用打下了基础。