近爆作用下方形板表面爆炸载荷分布函数研究

爆炸载荷作用的方式和大小是结构物遭受破坏的主要原因.目前的大多数研究都将爆炸载荷简化为双直线的形式,与实际的时程曲线差异较大,并且直接施加到结构上,回避了气体和结构间的流固耦合相互作用,对于近爆或内部爆炸将会对计算结果带来较大的误差.为了快速确定方形板近爆作用下结构表面的荷载,本文利用数值模拟方法研究了爆炸冲击波与结构的相互作用,提出了方形板结构表面上不同点处爆炸载荷的分布函数,并建立了板结构表面中心点处爆炸载荷参数的简化预测公式,利用这些公式提出了构建结构表面任意点处爆炸载荷的一般方法.结果表明,利用这些公式,可以预测任意尺寸结构构件在近爆爆炸环境中承受的爆炸载荷的各参数(峰值压力和冲量).

固支方板底部水下爆炸气泡射流研究

近场水下爆炸气泡坍塌后形成的水射流能对舰船局部结构造成严重毁伤,而射流的形成具有非对称性,导致试验中难以测到其数据,目前关于水下爆炸气泡射流压力时程曲线的研究仍比较少见.为研究水射流的载荷特性,本文开展了当量为2.5 g的TNT炸药在不同爆距下的固支方板底部水下爆炸试验.首先通过水下压力传感器验证了试验数据的准确性,其次通过高速摄像得到了从炸药起爆到气泡与钢板作用产生射流全过程的图像,最后通过钢板中心的壁压传感器测得了水射流压力时程曲线,并在距钢板中心15 cm处设置了另外一组壁压传感器作为对照组,用来确定所测得的射流数据并非杂波.水下传感器记录到的试验数据表明,冲击波超压、气泡脉动周期最大气泡半径与经验公式间的误差在10%以内.高速摄像及壁压传感器记录到的结果显示,爆距为28 cm时能观测到3次射流现象,但由于爆距较远并未测到压力时程曲线,爆距为15,17.5及20 cm时测得了3次射流压力时程曲线,但由于爆距较近,且在冲击波作用下钢板与水面间存在大量气泡,导致高速摄像难以观测到试验现象.压力时程曲线显示,在第一次气泡脉动峰值后产生了3次射流,射流压力大小能达到冲击波的1/4.射流在第一次气泡脉动峰值后1–3 ms后出现,每次射流的时间间隔在0.9–2.4 ms之间.射流载荷持续时长在4–27μs,持续时间随着距离的增加而大幅减小.