装药参数影响钢筋混凝土柱毁伤效应的试验与数值仿真研究

装药参数是影响近爆作用下钢筋混凝土构件毁伤效应的重要因素,研究不同装药参数对构件毁伤的影响规律,对改进战斗部设计、优化火力打击方案具有指导意义。采用长径比为5.5、装药质量为10 kg、轴线与柱轴线方向平行的圆柱形装药,在比例距离r=0.2 m·kg^(-1/3)处开展了钢筋混凝土单层排架结构厂房的支撑柱的近爆毁伤试验,并设置了球形装药的对比试验。试验结果表明:圆柱形装药的毁伤效果强于球形装药,试验数据验证了数值仿真模型的可靠性。以圆柱形装药的长径比、炸高、药量和作用距离为研究因素,为各因素分别确定3个水平,利用正交模拟试验法设计并获得9种不同装药参数工况下钢筋混凝土的爆炸毁伤仿真结果,分析得到了圆柱形装药参数对钢筋混凝土柱毁伤效应的影响规律:圆柱形装药的药量对毁伤程度影响最大,长径比的影响次之,炸高对毁伤程度的影响最小;当4.5≤L/D≤6.5时,装药长径比越大对构件的毁伤效应越大;当炸高分别为1/4、1/2和3/4柱高度时,装药在1/4柱高位置处爆炸对支撑柱的毁伤效果最佳。

近爆作用下钢筋混凝土柱损伤判据的试验研究

为了研究钢筋混凝土柱在近爆作用下的损伤,以钢筋混凝土单层排架结构厂房中的支撑柱和抗风柱为研究对象,设计缩比构件并开展了10种工况的实爆试验,观测试验构件的破坏模式与宏观毁伤特征。得到了圆柱形装药近距离爆炸作用下,支撑柱试验构件的毁伤判据:当比例距离Z≤0.20 m/kg 13时,柱遭受完全毁伤;当比例距离0.20 m/kg 13<Z≤0.30 m/kg 13时,柱遭受重度毁伤;当比例距离0.30 m/kg 13<Z≤0.40 m/kg 13时,柱遭受中度毁伤;当比例距离Z>0.4 m/kg 13时,柱遭受轻度毁伤。分析了钢筋混凝土柱毁伤的其它影响因素,同一比例距离下圆柱形装药的破坏作用大于球形装药,支撑柱的抗爆性能优于抗风柱;提出了钢筋混凝土柱破坏等级的划分依据。研究结果可为开展大型工业厂房目标毁伤评估、结构抗爆设计等提供参考。

空气自由场装药爆炸荷载一维建模数值算法

爆炸冲击荷载计算是进行武器毁伤评估和工程防护设计的基础,不同经验公式的计算结果离散度大,而三维模型模拟爆炸过程的效率低。本文提出一维建模数值算法,利用LS-DYNA有限元软件模拟了2种药量球形TNT炸药在自由空气中的爆炸,证明一维模型的计算结果较三维模型更贴近经验值。利用“两步法”将一维结果映射到三维中,能够综合一维与三维模型的优点,建模方便,计算效率及精度高,并能模拟空气冲击波与目标的相互作用过程,在结构与构件毁伤研究领域有良好的应用前景。