接触爆炸下混凝土墩破坏效应试验与数值模拟

为研究混凝土墩在炸药接触爆炸作用下的破坏效应,分别采用K&C模型、HJC模型、RHT模型和Kong-Fang模型对混凝土墩体的破坏效果进行数值模拟,讨论破坏形态、裂缝数量、块体数量、芯部残高和侧面残高的变化并与试验对比。研究结果表明,4种模型都能有效地预测混凝土墩体的破坏形态:在顶部集团装药爆炸作用下,混凝土墩体上半部分和下半部分表现为不同的破坏形式,上半部分为破碎性破坏,形成大量1~10 cm为主的碎块;下半部分为破裂性破坏,开裂为有限数量的块体;其中Kong-Fang模型能够更加可靠地预测破裂区块体的数量和残高。残留块体破坏特征参数随装药量的变化的研究结果表明,随着装药量从1.0 kg增加到4.5 kg,块体的数量增加到25,块体底面尺寸由40 cm减小为15 cm,约为混凝土底边尺寸的1/5~1/25;装药量从1.0 kg增加到3.5 kg时芯部残高及侧面残高减小较快,在装药量增加到4.0 kg后,分别稳定在40 cm及28 cm左右处,不再明显变化。基于以上研究结果,拟合了块体数量、芯部残高及侧面残高随装药量的变化公式,为有效实施混凝土墩体爆破作业提供了参考。

球缺型EFP毁伤混凝土墙试验与数值仿真研究

为深入研究混凝土类目标在聚能装药作用下的侵彻效应和毁伤机理,设计一种大口径Φ120 mm球缺型EFP聚能装药,开展不同炸高下毁伤大尺寸混凝土墙试验。基于修正参数的RHT模型进行数值仿真,仿真结果与试验数据的最大相对误差为9.8%,表明RHT模型的修正效果较好,数值模型可靠。在此基础上,分析炸高对毁伤效果的影响,并对EFP侵彻体与爆炸冲击波的联合毁伤元特性进行研究。结果表明:所设计的EFP聚能装药毁伤混凝土墙时,能够形成具有较大直径和深度的漏斗坑;炸高为20~60 cm时,随着炸高的增大,漏斗坑直径逐渐减小,漏斗坑深度呈先减小再增大再减小,并逐渐稳定的趋势;炸高为20 cm(1.67倍装药直径)时,能够获得直径和深度都较大的漏斗坑,此时漏斗坑直径为6.83倍装药直径,漏斗坑深度为2.30倍装药直径;EFP侵彻对漏斗坑的形成起主导作用,在一定炸高范围内,爆炸冲击波对漏斗坑直径有增大作用,其与EFP侵彻体的耦合能够在一定程度上提高漏斗坑深度。

JPC聚能装药对钢筋混凝土墙毁伤效应的试验与数值模拟研究

为了满足高侵深和大穿孔的要求,设计一种聚能杆式弹丸(jetting projectile charge, JPC),开展大尺寸钢筋混凝土墙的毁伤效应试验。在此基础上,基于修正参数的K&C(Karagozian&Case)模型进行数值模拟,研究JPC高速侵彻和爆炸冲击波对钢筋混凝土墙的联合破坏作用,分析墙体厚度对破坏效果的影响规律。结果表明,在1.67倍和2.50倍装药直径的炸高条件下,JPC均能够有效贯穿80 cm(6.67倍装药直径)厚的钢筋混凝土墙,形成直径大于6 cm(0.50倍装药直径)的柱状孔洞;聚能装药的多载荷毁伤特性决定了钢筋混凝土墙的破坏结果,爆炸冲击波能够加剧墙体正面开坑和背面崩落的破坏范围;墙体厚度对于墙体正面漏斗坑的直径与深度及内部侵彻孔洞直径均无显著影响;随着墙体厚度增大,背面漏斗坑直径逐渐减小,深度却逐渐增大。

基于BP神经网络预测炸药JWL状态方程参数对EFP速度的影响

为达成快速精准预测爆炸成型弹丸(explosively formed projectile,EFP)速度以及检验校准JWL状态方程参数等目的,使用LS-DYNA有限元软件建立Φ65 mm EFP的数值模型,研究JWL状态方程各参数对EFP速度的影响规律。在此基础上,拟合建立基于JWL状态方程参数的EFP速度计算公式,构建EFP速度的BP神经网络预测模型,生成学习样本对网络模型进行训练。结果表明,JWL状态方程参数对EFP速度存在显著影响,参数R_(1)影响最大,各参数影响的大小顺序为R_(1)、A、B、R_(2)、E_(0)、ω;计算公式和网络模型均能够精准预测EFP速度,网络模型的预测精度优于计算公式,其中计算公式的结果误差绝大部分能够控制在10%以内,网络模型的预测误差均不超过5%。

空气中集团装药对混凝土墩接触爆炸毁伤研究

为了提高集团装药对混凝土墩的接触爆炸毁伤效果,实现经济高效破除混凝土墩障碍的目标。采用试验与仿真计算相融合的方法,研究集团装药接触爆炸荷载作用下混凝土墩的破坏机理与损伤特征,确定毁伤效能较好的装药长径比。对比1 kg圆柱体集团炸药(装药长径比为1)的接触爆炸的试验结果与仿真计算结果,剩余混凝土墩的最大高度以及侧面高度基本一致,误差为1.9%~8.7%。在此模型基础上,进一步分析装药长径比对混凝土墩的损伤破坏机理。结果表明:对于试验工况,装药长径比对混凝土墩毁伤有明显的影响;对于1 kg圆柱体集团炸药接触爆炸混凝土墩,装药长径比取1/3时,混凝土墩毁伤程度较为严重。

基于信息素启发狼群算法的UAV集群火力分配

无人机(UAV)集群作战是未来智能化战争的重要作战样式。为充分发挥UAV集群整体作战优势,得到最优武器-目标分配(WTA)方案,使得UAV集群在火力分配中既能够满足任务要求,又能够较少作战单元消耗,建立了包含任务完成、有效杀伤、攻击消耗约束的UAV集群火力分配数学模型,采用带有游走、召唤算子的改进狼群算法(WPA)对模型进行求解。为提高算法全局寻优效率,避免陷入局部最优,引入蚁群优化(ACO)算法中信息素启发规则,对游走行为及狼群更新机制进一步改进,提出了基于信息素启发狼群算法(PHWPA)的UAV集群进攻的火力分配方法。仿真结果表明:所提方法是有效的,相比较于其他算法,PHWPA具有更高效的寻优能力,能够为UAV集群作战火力规划提供支持。

铝蜂窝夹芯结构爆炸罐动力响应研究

铝蜂窝芯具有良好的变形能力、优异的力学性能和缓冲吸能效果,在爆炸罐大当量化的应用方面展现出巨大的优势。结合单层爆炸罐试验和仿真计算结果,得出单层罐在爆炸荷载作用下的最薄弱位置,验证了数值模型的可靠性;基于此提出了一种内衬可滑动的钢板-铝蜂窝芯-钢板复合多层爆炸罐的结构设计,建立了复合多层罐的细观模型,并对其在承受爆炸荷载作用时的变形破坏过程进行了数值模拟。研究表明,单层爆炸罐的仿真计算结果与试验值基本吻合,端盖由于三波的汇聚使其承受荷载最大;铝蜂窝芯内衬的变形过程与能量的耗散同时进行,是耗能的主要途径;蜂窝芯内衬使爆炸罐获得了更好的抗爆能力,成功使1000 g的TNT炸药量下复合罐的S_(1)测点的应变值小于150 g的TNT单层罐的S_(1)测点的应变值,该研究可为工程设计提供参考。