岩石侵彻爆炸效应的数值模拟

运用非线性有限元和爆炸冲击波理论,对侵彻爆炸条件下岩石的破坏效应,如爆炸波传播过程、爆炸成坑效应进行了模拟。计算中对炸药直接划分单元,算例结果验证了所提方法的有效性。

侵彻爆炸条件下岩石边坡破坏效应的数值模拟

运用爆炸冲击非线性有限元理论,对侵彻爆炸条件下岩石边坡的破坏,如爆炸成坑效应、爆炸波传播过程进行了模拟,算例结果验证了本文方法的有效性。在此基础上,假定在拉力作用下单元可以分离,岩石单元和炸药单元之间都为可破坏接触面,对岩石破碎过程进行了模拟,算例结果与实际情况比较符合。

制导炸弹水平侵彻爆炸作用下混凝土重力坝毁伤效应数值仿真

在综合考虑射弹的冲击侵彻作用、破碎弹壳爆炸能损耗、侵彻孔洞对爆轰产物的影响等因素的基础上,通过对制导炸弹GBU-28水平侵彻混凝土重力坝爆炸全过程的三维数值仿真,研究了混凝土重力坝在射弹侵彻爆炸下的动态响应及破坏效应。计算结果表明:侵彻爆炸的毁伤效应主要表现为坝体的局部破坏效应,而且呈现以爆炸作用为主侵彻作用为辅的破坏特征。细长弹药的侵彻爆炸破坏范围的增长主要体现在垂直弹轴方向。

快速拼装式防爆墙抗侵彻爆炸试验

为研究快速拼装式防爆墙抗枪弹、穿甲弹和杀爆弹的侵彻爆炸性能,对快速拼装式防爆墙进行了野外现场枪击、炮击侵彻试验,分别利用5.8、7.62、12.7 mm钢芯枪弹,30 mm脱壳穿甲弹以及瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹对内填细砂的防爆墙进行近距离打击,直接检验防爆墙对近距离常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的有效防护能力。试验结果表明:防爆墙经常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹近距离打击后,墙体被击中部位土工布穿破,钢丝断裂,墙体其他部分保持完好,枪弹未穿透防爆墙,仅造成轻度侵彻;分别经瞬发和延时状态下PL96-122杀爆弹打击后,组合防爆墙整体均未见倾覆和明显倾斜,迎弹面部分墙体坍塌,土工布和钢网受损,部分填料塌落,防爆墙墙后未见弹片贯穿,仅对迎弹面一侧造成中度破坏;说明快速拼装式防爆墙能对常用枪弹、30 mm脱壳穿甲弹以及PL96-122杀爆弹的近距离打击起到有效防护作用。

基于SPH-FEM方法的地下结构侵彻爆炸数值模拟研究

为了提高地下防护工程生存能力,需准确考虑侵彻和爆炸连续作用对结构的毁伤。通过SPH-FEM耦合数值模拟方法,模拟分析了地下结构侵彻爆炸全过程,有效解决了传统有限元方法侵爆近区高烈度、大变形模拟难题。根据经验公式验证了模型的有效性。研究结果表明:侵彻弹体对岩体具有封堵作用,增强了毁伤效应,SPH算法弥补了侵蚀算法对侵彻爆炸过程的侵彻孔卸荷缺陷,更准确模拟了侵彻爆炸的联合作用;结构中地板与直墙分离浇筑,可以减少结构损伤;拱顶、拱肩和拱脚为侵彻爆炸作用下直墙拱结构的薄弱部位。

半穿甲弹侵彻爆炸综合毁伤纯钢靶的数值仿真研究

为了研究半穿甲弹在极限穿深下对钢靶的爆炸毁伤效应,采用ANSYS/LS-DYNA动力学软件对半穿甲弹侵彻钢靶过程进行仿真分析。通过二次建模还原钢靶穿孔形态,进一步采用流固耦合算法对不同侵彻速度下的半穿甲弹爆炸毁伤过程进行数值模拟分析。结果表明,在半穿甲弹的侵爆综合毁伤作用下,半穿甲弹侵爆综合毁伤能力随侵彻速度的增加而增大;同时,获取了靶板后方20 cm处的冲击波压力大小,为防护设备损伤情况提供了重要判据。

抗战斗部侵彻爆炸作用的混凝土遮弹层设计

准确评估战斗部侵彻爆炸作用下混凝土遮弹层的损伤破坏可为防护工程设计提供重要参考。首先基于Karagozian&Case(K&C)模型框架建立了新型混凝土动态损伤本构模型,其中强度面综合考虑了静水压力、Lode角、应变率和损伤;独立描述了拉伸和压缩损伤,并考虑了拉压之间的连续过渡以及剪切变形和体积压缩对损伤的贡献。随后,开展了半无限厚混凝土靶体的105 mm口径弹体侵彻爆炸联合作用试验。进一步通过对上述试验和已有有限厚混凝土靶板的预制孔埋置装药爆炸试验进行数值仿真分析,验证了所建立的本构模型、参数取值和有限元分析方法在描述混凝土动态阻力、损伤演化和开裂行为方面的准确性。最后,确定了SDB、WDB-43/B和BLU-109/B三种典型战斗部以声速侵彻爆炸普通混凝土的临界贯穿和临界震塌厚度。结果表明:SDB、WDB-43/B和BLU-109/B战斗部侵彻爆炸作用下混凝土的临界贯穿厚度分别为1.4、3.4和3.8 m,临界震塌厚度分别为3.6、6.3和8.3 m;由于携带炸药量的差异,不同战斗部侵彻爆炸下的临界贯穿和临界震塌厚度与侵彻深度的比值非定值,相应的比值范围分别为1.49~2.13和2.90~4.66。

高拱坝坝后侵彻爆炸毁伤效应分析

高拱坝由于具有拱梁受力特性,其坝身往往较薄,而当薄拱坝坝后遭受侵彻爆炸打击时,高拱坝的安全将面临严峻的威胁。采用声固耦合方法模拟库水与大坝-地基动态耦合作用,光滑粒子流体动力学-有限元耦合方法(smoothed particle hydrodynamics-finite element method,SPH-FEM)模拟侵彻内部爆炸及大坝毁伤发展过程,建立了考虑混凝土高应变率效应的库水-坝体-爆炸耦合作用模型,研究了薄拱坝坝后遭受侵彻内部爆炸打击后的毁伤发展过程,探讨了坝后侵彻深度对薄拱坝坝身内部爆炸毁伤特性的影响,揭示了双曲拱坝上、下游几何特征对坝身侵彻爆炸破坏发展过程和毁伤机理。结果表明:高拱坝上、下游面的几何特征对大坝内部爆炸毁伤发展过程具有重要的影响;薄拱坝坝身遭受侵彻爆炸将对大坝安全构成严重威胁,且侵彻高拱坝中部破坏效应最大。

混凝土重力坝坝顶侵彻爆炸毁伤特征

混凝土重力坝坝顶侵彻爆炸条件下,爆炸应力波在自由面和库水界面产生的反射,影响爆炸能量的传输和混凝土的毁伤破坏效果。考虑冲击波与自由面及结构面的动态耦合相互作用,基于Lagrangian-Eulerian耦合算法,建立重力坝坝顶侵彻爆炸全耦合模型,研究了坝顶区域侵彻爆炸的冲击波传播特性,探讨了不同侵彻爆炸打击位置下坝顶的毁伤形态,并分析上游库水位对临水面毁伤范围和振动特性的影响,给出了不同工况下坝顶混凝土的毁伤体积和炸药单耗。研究表明:侵彻爆炸打击坝顶部位,坝顶毁伤形态呈现多面爆破漏斗状,坝顶的多自由面边界条件对于混凝土的毁伤破坏具有明显的加强效果;随着上游库水位的上升,上游临水面混凝土的毁伤范围减小。

基于功能梯度原理的超高性能混凝土抗侵彻爆炸性能

研究了单层结构和功能梯度结构的超高性能混凝土(UHPC)的抗侵彻爆炸性能。制备了3种靶体:普通混凝土靶,超高性能混凝土靶,以及不同种类UHPC组合而成的功能梯度混凝土靶(FGCC),并对不同种类混凝土靶体进行了侵彻爆炸实验,利用AUTODYN有限元软件进行了数值模拟分析。结果表明:从破坏形态上看,在侵彻爆炸耦合破坏下,FGCC靶破坏深度最小,弹坑深度不超过抗钻层范围。从损伤分布上看,混凝土损伤主要集中在迎弹面以及弹孔通道周围并向背弹面延对角线方向传递,纤维增强的靶体保持较好的完整性。从能量角度看,抗钻层高强粗骨料吸收子弹动能的能力强于混凝土基体。综合实验和数值模拟证明了功能梯度结构的UHPC具有优异的抗侵彻爆炸能力。

岩石中侵彻与爆炸作用的近区问题研究

首先,从理论上分析了目前广泛使用的空腔膨胀理论在研究介质中侵彻与爆炸近区过程存在的问题及其产生的原因;然后,从近区应力与变形的实际状态出发,运用动量与质量守恒关系推得了介质近区运动学的关系式,并解决了变形波速确定的问题。运用此关系可以得到揭示侵彻、贯穿比例换算关系和爆炸近区的几何相似关系等简单实用的结果。

爆炸成型杆式侵彻体对混凝土靶侵彻研究

采用X光照相及威力效应试验,对爆炸成型杆式侵彻体的特征参量及对混凝土的侵彻能力进行了研究,获得了不同药型罩结构所形成爆炸成型杆式侵彻体的形状、头尾速度及对混凝土靶的侵彻参量,对比了半无限厚混凝土靶板及多层有限厚薄靶板对侵彻威力的影响。结果表明,试验所采用的两种药型罩结构能够形成较理想的爆炸成型杆式侵彻体,在混凝土靶中形成孔深与孔径兼顾的孔道。

活性射流作用混凝土靶侵彻与爆炸效应研究

为分析活性药型罩配方、炸高对混凝土靶毁伤威力影响规律,开展了活性射流作用混凝土靶侵彻与爆炸联合毁伤效应研究。采用实验和数值模拟相结合的方法,对活性射流作用混凝土靶的典型毁伤模式进行探究,给出了配方与炸高对毁伤效应的影响特性。实验结果表明:活性射流作用下,混凝土靶呈现为显著的锥形爆坑和裂纹毁伤效应;气体产物量较高配方的活性射流对混凝土靶产生更强的毁伤效应;在1倍装药直径炸高下,炸坑直径可达10倍装药直径以上。基于有限元分析软件AUTODYN-3D平台开展了活性射流对混凝土靶侵彻与爆炸行为的数值模拟,揭示了炸高对毁伤效应的影响机理:随着炸高的增大,进入侵坑内部的活性材料随之减少,活性射流对混凝土的侵彻深度呈现先增大、后减小的趋势;当炸高为1倍装药直径时,活性射流动能侵彻与爆炸反应延迟匹配较好,侵彻与爆炸联合毁伤威力较强。数值模拟结果与实验结果吻合较好。

杆式EFP侵彻特性及其影响因素研究

针对杆式爆炸成型侵彻体(Explosively formed penetrator, EFP)的侵彻能力问题,利用数值仿真手段开展杆式EFP侵彻特性研究,分析杆式EFP成型形态、着靶速度及材料特性对其侵彻能力的影响,得到杆式EFP成型特征参数在侵彻过程中的影响规律。研究结果表明:杆式EFP在侵彻过程中,除初始阶段(碰撞后)和最后阶段(杆侵蚀后)外,弹体保持恒定速度运动,满足恒速杆假设;稳定侵彻时,随着密实部长度的逐渐减小,中空尾裙部材料不断流入密实部补充其侵蚀损失。增加弹体长度可以在一定程度上提高EFP的侵彻能力,但归一化侵彻深度下降;提高着靶速度和密实部长度可以显著提升杆式EFP侵彻性能。杆式EFP的强度对侵彻的影响有限,但靶体强度不可忽略,弹靶材料密度是影响侵彻体侵彻的主要因素。

曲率半径对爆炸复合侵彻体性能的影响

为了提高战斗部毁伤性能,设计了一种复合变壁厚球缺型药型罩战斗部,利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件研究药型罩曲率半径对爆炸复合侵彻体成型及终点毁伤效应的影响规律。结果表明:不同曲率半径的药型罩均形成向前压拢型复合侵彻体。复合侵彻体的速度与曲率半径呈负相关,长径比随曲率半径的增大先骤增后维持不变。复合EFP对靶板的侵彻具有横向效应,相比纯铜药型罩形成的EFP对靶板的侵彻入孔增大4~8 mm,出孔直径增大10~22 mm。

弹体对混凝土材料先侵彻后爆炸损伤破坏效应的数值模拟研究

基于Kong-Fang混凝土材料模型和LS-DYNA的流固耦合和重启动算法,开展了某新型钻地武器先侵彻后爆炸对混凝土靶体的毁伤破坏效应研究。通过模拟大口径缩比弹侵彻实验和预制孔爆炸实验,验证了材料模型及其参数的可靠性。在此基础上,进一步对预制孔装药爆炸建模、不考虑弹壳的重启动建模和考虑弹壳的重启动建模3种方法进行了比较。数值计算结果表明,由于爆轰产物的外泄,不考虑侵彻预损伤的预制孔装药爆炸方法得到的爆坑直径仅为3倍弹径,且损伤破坏模式与其他2种方法得到的损伤破坏模式区别较大。重启动建模方法继承了弹体侵彻过程中累积的损伤,爆坑直径在原有侵彻损伤破坏的基础上明显增大;且由于弹壳变形破碎消耗部分能量,考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径(约14.5倍弹径)略小于不考虑弹壳时模拟得到的爆坑直径(约16倍弹径);但由于破碎弹头的二次侵彻作用,考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度比不考虑弹壳时模拟得到的爆坑深度增加约5%。上述研究结果可为进一步开展钻地武器先侵彻后爆炸毁伤破坏效应的实验研究提供参考。

形成带尾翼爆炸成形侵彻体的一种独特方法

已经证明带尾翼爆炸成形侵彻体（ＥＦＰ）技术的推广提供了许多好处，例如控制ＥＦＰ尾部的皱褶，因此增加杆的密实性和性能，以及改善气动力特性。因为已经证明了将形成尾翼的许多方法实现或者集成在一个给定的战斗部结构上是有某些困难的。因此介绍一个在ＥＦＰ上形成尾翼的改进方法，它使用简单的制造方法使之容易集成。该工艺包括粘接一个适当形状的薄金属片到药形罩的凸侧，并且几乎不需要改变战斗部的壳体和药形罩。使用这个形成尾翼的金属片方法，可能导致一个期望的旋转运动。此外，使用这种形成尾翼的方法，能够不改变炸药或者作用波形控制器或者使用昂贵的多点起爆系统。通过使用战斗部壳体周期性的不对称调整尾翼形成机理，能够产生旋转运动。与分析结果和试验结果同时讨论尾翼形成方法的细节，给出形成工艺的进一步分析。此外，讨论气动力特性证明尾翼ＥＦＰ和最佳旋转的好处。最后，给出终点性能数据。

非轴对称爆炸成形侵彻体战斗部的流体动力编码模拟

在掠飞攻顶弹药中，垂直于圆柱形载体的轴和飞行弹道安装战斗部。该圆柱形载体把一个几何制约体固定在常规轴对称战斗部上。该几何体限定了战斗部的直径、重量，因此也限定了它的杀伤力。非轴对称战斗部是一个增大掠飞攻顶弹药杀伤力的概念，它通过利用沿载体轴向的容积把更多的炸药装进战斗部，并把更大的动力加在目标上来实现。美国陆军武器装备研究、开发与工程中心（ＡＲＤＥＣ）在８０年代初开始研究非轴对称爆炸成形侵彻体（ＮＡＳＥＦＰ）战斗部。最初的ＮＡＳＥＦＰ战斗部是简单的二维轴对称战斗部设计，即是被截短并适配在规定的容积内。直到三维有限元计算机程序和复杂的三维药形罩制造技术成为可用时，才能从ＮＡＳ成型装药战斗部的结构形成气动力稳定具有杀伤力的ＥＦＰ。

钻地模型弹对岩石模拟材料二次侵彻试验

我国现行规范中所采用的侵彻公式是建立在一般弹种基础上的,它是否适合于新型钻地弹种?为探索该问题,以相似准则为基础,应用量纲分析法建立了比例侵彻深度同弹体参数、岩石参数的函数关系,并通过对模型试验数据的统计分析,给出了钻地弹在岩石介质中侵彻的新的经验公式,并在此基础上得出了钻地弹在侵彻爆炸后损伤岩石介质中的二次侵彻公式。

EFP对半无限厚靶侵彻相似律研究

利用模拟比 λ为 1∶ 1 .33的两种满足几何相似条件的 EFP,对 4 5# 碳钢靶材进行侵彻相似律研究 ,得出对同一靶材在满足 t′=λt条件下 (即侵彻炸距 ) ,其中侵彻深度遵循模拟相似律准则 ,即 p′=λp关系成立 .