基于PSO-CNN-XGBoost水下柱形装药峰值超压预测

为探索水下柱形装药结构、爆距等参数与水下柱形装药峰值超压的关系,将装药样本数据视为二维数据,建立粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)算法、一维卷积神经网络(1D Convolutional Neural Network,1DCNN)和极端梯度提升(Extreme Gradient Boosting,XGBoost)的水下柱形装药峰值超压融合预测算法。采用相关性分析与数据可视化方法,分析装药结构参数、爆距与峰值超压之间的关联关系。设计1DCNN深度网络挖掘不同长径比、爆距等参数与峰值超压之间的纵向时序关系。运用XGBoost算法寻找装药结构参数、爆距与峰值超压之间的横向非线性关系,提升小样本数据的预测精度。使用PSO算法优化1DCNN和XGBoost的超参数,获得最优算法结构。研究结果表明,在包含10种智能算法的对比实验中,PSO-CNN-XGBoost水下柱形装药峰值超压预测算法在精度、稳定性、拟合程度上均高于其他模型。

柱形装药空中爆炸冲击波荷载研究

受比例距离、装药长径比、起爆方式、方位角、冲击波入射角以及反射面相对位置等多种因素的影响,球形装药空中爆炸冲击波荷载的计算方法不适用于柱形装药。为探究柱形装药空中自由场爆炸冲击波入射和反射荷载,首先,开展柱形TNT装药单端起爆的空中爆炸试验,并基于显式动力学分析软件AUTODYN进行数值模拟,通过与试验和规范进行对比,验证了采用的有限元分析方法的适用性。进一步开展考虑比例距离、长径比、起爆方式、方位角和刚性反射等因素的1000余组柱形装药空中爆炸工况的数值模拟。基于模拟结果,揭示了柱形装药空中爆炸入射冲击波峰值超压和最大冲量及其形状因子的分布特征,提出峰值超压和最大冲量临界比例距离的判定准则和确定方法,阐明了刚性反射冲击波峰值超压和反射系数的变化规律。最后,提出柱形装药空中爆炸入射和反射冲击波荷载的计算方法,并得到360余组试验数据的验证。该方法可快速计算作用于建筑结构上的爆炸荷载,并为弹药毁伤效能评估、结构动态响应和破坏分析及其抗爆设计提供参考。

柱形装药土介质爆炸成坑效应的数值模拟研究

本文指出在爆炸案件中,为便于携带、掩人耳目,犯罪分子采用的炸药包装物常为瓶、罐等柱形物体;土体是爆炸现场的常见介质,土介质爆炸成坑效应的研究对爆炸案的现场重建等技术工作具有重要意义。为了研究柱形装药土介质爆炸成坑效应,通过量纲分析得出了一定条件下炸坑比例直径、炸坑比例深度是柱体比例半径和比例埋深的二元函数,并通过LS-DYNA模拟了不同柱体比例半径、比例埋深的爆炸成坑过程,根据模拟实验数据拟合出了该函数关系,最终得到了爆炸抛掷作用直径、炸坑真实深度与装药半径、炸药埋深之间的关系。

柱形装药近地动爆冲击波周向传播规律研究

战斗部复杂的末弹道参数会影响近地爆炸冲击波的周向传播规律及对目标的毁伤程度,研究柱形装药近地爆炸冲击波传播规律对精确评估毁伤效能具有重要的工程意义。基于AUTODYN-3D软件对不同末弹道参数的柱形装药近地爆炸进行了数值模拟,通过对2个方向分别建模,获得了柱形装药近地爆炸下前、后、侧3个方向的冲击波压力数据;研究了战斗部的落速、落角、爆心高度和装药长径比4个参数对柱形装药近地爆炸冲击波传播的影响规律,分析了冲击波的演化过程、峰值压力和马赫杆高度。研究结果表明:静爆时,爆心高度是影响冲击波马赫杆高度的主要因素,落角与装药长径是影响马赫杆高度方向差异的主要因素;动爆时,能够增大周向马赫杆高度,前方最显著;另外,随着动爆速度的提升,前向冲击波峰值线性增大。正交优化的结果显示,4种变量中,动爆速度对柱形装药前方峰值压力极差最大,落角对后方峰值压力极差最大,爆心高度对马赫杆高度影响最大。通过研究柱形装药近地动爆冲击波周向传播规律,表明合理的调整装药参数和近地爆炸姿态对实现某方向的最大毁伤或减小超压伤害具有借鉴意义。

柱形装药爆炸破坏混凝土的数值模拟分析

利用LS-DYNA有限元程序建立计算模型,对有无预制孔的半无限混凝土介质中柱形装药的爆炸破坏过程进行了数值模拟研究,得出了不同埋深时的爆腔半径和爆破漏斗半径以及毁伤混凝土的最佳埋深范围,结果与理论计算吻合较好。同时,计算分析了在一定埋深处正向起爆与反向起爆的破坏状态,并对计算结果进行理论分析,结果表明反向起爆更有利于混凝土的破坏。

柱形装药水下爆炸远场冲击波压力峰值分布

为定量研究柱形装药水下爆炸压力场,进行了数值模拟。采用无限水域下的二维计算方法与RDX柱形装药,仿真得到在药包径向,轴向之间相隔22.5°的5个方向上不同位置的冲击波压力峰值,据此定性分析了作用方位和长径比对远场压力峰值分布的影响。为避免对柱形装药冲击波直接量化分析,假设其压力峰值分布对于等量球形装药存在映射关系,进而得到映射系数,再结合球形装药经验公式得到了压力峰值近似分布式,并用TNT水下起爆数值模拟初步验证了假设和分布式。

岩石中柱形装药爆破破坏区域的理论计算

为了解决柱形装药在岩石中爆破破坏分区的问题,在空腔膨胀理论的基础上,采用Mohr-coulomb强度准则作为爆破近区的岩石本构模型,修正空腔膨胀理论中的速度场关系式,建立了柱形装药在岩石中爆破的力学控制方程,结合爆破弹性区的准静力解,给出了爆炸空腔、破碎区和径向裂缝区半径的理论计算公式。最后以四种岩石为研究对象,根据得到的理论公式进行算例分析,计算结果与相关文献资料进行比较,证明了理论公式的正确性。

柱形装药水中爆炸近场径向压力测试初探

针对端面起爆柱形装药水中爆炸近场冲击波阵面呈现非球形传播的特点,采用分幅相机记录了炸药起爆36μs内近场冲击波的传播情况,分析了冲击波在不同时间和不同位置的形状;采用两台高速扫描相机测量了侧边任意一点的冲击波速度,结合Rankine-Hugoniot关系,得到了冲击波阵面的压力;同时用LS-DYNA方法对侧边任意一点的压力进行了数值模拟,两者得到的结果基本一致。

柱形装药在混凝土中爆炸破坏效应数值模拟研究

为研究装药在混凝土中的爆炸破坏效应,利用LS-DYNA对有无预制孔以及预制孔填充土壤3种情况下的半无限混凝土介质中柱形装药的爆炸破坏过程进行了数值模拟研究.通过与实验结果比较,确定了计算模拟方法的有效性.通过数值模拟,定量研究了无填充预制孔、预制孔填充土壤以及无预制孔情况下,混凝土损伤破坏区域的大小.研究结果表明,无预制孔情况下爆腔和漏斗坑尺寸最大,无填充预制孔时最小.比较了3种工况下,同一位置点处质点的抛掷速度.

有限长柱形装药爆炸应力波传播分析

为研究有限长柱形装药爆炸应力波的传播问题,首先进行了小装药量在模拟围岩介质自由场中的爆炸试验,所测得的应力时程曲线上先后出现两个应力峰值,依次对应纵波和横波,并且横波的应力峰值受柱形装药长径比变化的影响较大;在试验基础上采用椭球面波形式分析有限长柱形装药爆炸应力波的传播,椭球波阵面传播速度在沿r和φ两个方向衰减,随着波阵面的膨胀,沿φ方向传播速度逐渐趋于零,椭球波阵面逐渐过渡到球形波阵面;利用特征线法推得了椭球面波纵波和横波波速表达式,与爆炸试验中测得的应力时程曲线上出现纵波和横波两个峰值的试验现象相互印证。

一种计算柱形装药壳体初速度的新方法

为了研究柱形装药爆炸驱动破片速度变化,提出了一种新的计算破片初速度的方法;运用AUTODYN软件对典型炸药不同的装填比开展爆炸力学数值模拟研究,提取其数值模拟数据并基于冲量定理进行力学分析,将推导构建出一种计算柱形装药壳体速度的新模型与斯坦诺维奇理论模型进行对比分析;研究结果表明:提出的新模型考虑到材料属性,能更好地表征壳体的速度变化,对破片初速计算研究有一定的参考意义。

柱形装药自由场水中爆炸气泡的射流特性

为研究柱形装药水中爆炸气泡射流特性,采用高速摄影方法在实验水箱中对PETN药柱进行水中爆炸实验,初步获得了有关柱形装药自由场水中爆炸气泡运动的数据资料。研究结果表明:柱形装药自由场水中爆炸形成气泡的运动与球形装药的存在差别,药柱放置方式的变化也会导致水中爆炸气泡产生性质迥异的运动。当药柱水平放置时,气泡表面的运动呈非对称性,气泡的不对称坍塌将产生不对称的射流,且射流的影响区与长径比有关;当药柱垂直放置时,气泡表面的运动和射流呈轴对称。在同等药量下,药柱垂直放置时形成的射流速度比药柱水平放置时高。

不同长径比柱形装药水下爆炸冲击波演化规律

为分析药柱形状对水下爆炸冲击波演化的影响。针对圆柱形装药中心起爆问题,在理论上建立了炸药与水交界面上初始冲击波压力及其传播方向的二维计算方法,借助于AUTODYN有限元计算程序开展了长径比1∶2~10∶1的圆柱形TNT在无限水域爆炸的数值模拟,并开展了长径比为1∶1和2.6∶1的圆柱形TNT的水下爆炸试验;对比理论、仿真和试验结果,验证了理论模型的合理性和数值模拟的有效性,分析了柱形装药水下爆炸冲击波的传播规律,重点分析了药柱长径比对不同爆距处冲击波压力分布及传播方向的影响。结果表明:圆柱形装药水下爆炸后,冲击波波阵面逐渐从柱形趋向椭球型再趋向球型,当冲击波传播至10倍无量纲爆距时高压区的转移结束;当长径比大于1∶1时,炸药轴向(端面)的冲击波压力衰减速率大于径向(圆柱面)的衰减速率,冲击波峰值压力随着方向角的增大而单调增长;在1∶1~5∶1的长径比和20倍无量纲爆距范围内,增大药柱长径比可定向增强炸药径向的冲击波压力,药柱的形状对冲击波压力分布影响随着爆距增大而减小。

柱形装药在典型岩体内应力波的数值计算

为了分析柱形装药在不同岩体内爆炸应力波的传播规律,针对德兴铜矿露天采区实际爆破情况,采用有限元动态力学分析软件,数值模拟了乳化炸药在炮孔直径为250mm、装药结构为耦合装药、三种典型岩体内的爆炸应力波的衰减规律,得到岩体中爆炸应力波衰减曲线公式和数值模拟结果,为爆破孔网设计以及盲炮处理提供依据。

柱形装药爆破作用下岩石破坏分区理论解析

研究柱形装药爆破下岩石破坏分区半径、破坏各区位移应力和周边控制爆破时装药径向不耦合系数计算问题。基于炸药爆轰波的C-J理论和空腔膨胀理论,采用Tresca屈服准则模拟爆破近区的本构关系,利用爆破近区的速度场建立破碎区的动力控制方程,结合径向裂纹区的准静力平衡方程和弹性振动区的应力-应变关系,给出柱形耦合和不耦合装药爆破作用下岩石破坏分区半径及计算点位移应力的理论解析,推导周边眼控制爆破的装药径向不耦合系数和单孔装药量计算公式。根据破坏区半径比的结果与已有文献结果的比较,证明了本文理论方法的正确性和可靠性。

柱形装药水下爆炸近场冲击波数值仿真

柱形装药作为水下爆炸的常用装药结构,目前其研究多集中于水下爆炸远场,近场冲击波研究较少。为了得到柱形装药水下爆炸前向近场冲击波威力相关参数,文中建立了以柱形装药前端圆柱面垂直方向距离为x,水平方向距离为y的近场冲击波威力场。首先利用AUTODYN仿真软件对等装药量TNT球型装药和长径比范围为1.1~2的柱形装药水下爆炸过程进行了仿真,分析了柱形装药水下爆炸近场冲击波衰减规律。通过结合Cole经验公式,优化柱形装药仿真值,采用Logistic函数拟合得到柱形装药前向近场冲击波压力峰值经验公式,计算得到压力峰值平均误差约为5%,验证了该经验公式的准确性。研究结果可为柱形装药水下爆炸近场威力参数计算提供参考。

柱形装药接触爆炸条件下对钢筋混凝土板的毁伤规律研究

为研究弹药接触爆炸条件下钢筋混凝土板的动力响应及毁伤模式,基于量纲分析得到了接触爆炸条件下钢筋混凝土板破坏特征量(正面破坏区直径、贯穿区直径和背面震塌区直径)与柱形装药直径、长径比之间的无量纲关系。利用AUTODYN建立装药-空气-钢筋混凝土板的有限元模型,研究了不同直径、长径比装药作用下钢筋混凝土板的动力响应和毁伤模式,最后在大量的数值计算的基础上总结出了装药直径、长径比与钢筋混凝土板破坏特征量关系的经验公式,以期为重要建筑物、桥梁和防护结构的毁伤评估提供一定的参考。

柱形装药混凝土爆炸成仓支护爆扩过程研究

运用爆炸冲击动力学理论，分析了土中混凝土爆炸成仓支护过程中空腔爆扩的运动特征。在基本假设基础上，结合冲击波传播规律，提出了反映空腔爆扩速度、时间和最终爆腔尺寸的理论计算式。

柱形装药形状对加筋板架动态响应的影响研究

为了研究近距爆炸时柱形装药形状对某典型缩比板架结构动态响应的影响,基于LS-DYNA软件建立了板架结构在近距爆炸载荷下的有限元模型,分析了柱形装药长径比对板架变形损伤与能量吸收的影响,并通过野外爆炸试验对仿真模型的正确性进行了验证。结果表明:1.5kg药柱轴向布置时,随着长径比增大,靶板的塑性损伤逐渐降低,长径比分别为1/3,1/2,1,2和3时,靶板表面最大塑性应变依次为0.264,0.203,0.159,0.119和0.115。靶板残余位移与装药质量近似呈线性关系,当装药轴向布置时,长径比越小,曲线斜率越大,靶板最大残余位移随装药质量增加的速率越快;装药径向布置时的变化趋势与此相反。随着长径比增大,装药轴向布置时靶板的残余位移和吸能值均呈现非线性减小趋势,径向布置时二者均呈现非线性增大的趋势,这说明近距爆炸时装药形状对板架结构响应的影响不可忽略。

不同长径比柱形炸药水下爆炸气泡动力学行为特性

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同长径比的柱形装药在固支方板下爆炸气泡动力学行为;对质量2.5g、长径比分别为1∶1和2∶1的TNT炸药进行了水中固支方板下的爆炸实验,利用高速摄影记录爆炸气泡演化图像;使用ABAQUS软件对长径比为5∶1、10∶1、20∶1的柱形装药,在竖直与水平设置条件下的水下爆炸气泡演化过程进行了数值模拟。结果表明,炸药长径比为1∶1和2∶1时,爆炸气泡演化现象无明显差别。当药柱竖直放置时,由于炸药长径比不同导致的爆炸气泡初始形态差异,会在气泡演化过程中迅速消弭;但长径比与起爆位置都对射流速度有不同程度的影响;当药柱水平放置时,起爆点位置会影响气泡的对称性和水射流形态;药柱端部起爆时,气泡膨胀过程的形态略微不对称,水射流向起爆点方向偏移;炸药长径比越大爆炸水射流在气泡内部越宽,并且水射流的载荷越小;药柱中心起爆时,爆炸气泡产生竖直向上的水射流,不发生偏移。