悬挂式矩形水墙对爆炸冲击波削减效果的实验研究

为探究开放空间中水对爆炸冲击波的削减效果,基于水平激波管搭建了冲击波与悬挂式矩形水墙相互作用的实验平台,在水墙近场位置开展了8组实验。利用高速纹影测试系统记录冲击波与水墙的相互作用过程,并研究水墙厚度对水墙破碎效果以及运动速度的影响。利用压力测试系统记录水墙后方的压力变化,并结合高速纹影测试结果进行分析。结果表明:水墙后方的压力变化与冲击波的反射、透射以及绕射现象无关,主要取决于水墙产生的冲击作用;动量提取为悬挂式矩形水墙的主要减爆机制;水墙对冲击波峰值压力具有明显的削减效果,且随着水墙厚度的减小,对峰值压力的削减效果逐渐增加;水墙对峰值冲量的削减效果并不明显。

进气道出口堵盖打开爆炸冲击条件下固冲发动机动态响应分析

固冲发动机转级时进气道出口堵盖通常采用火工品爆炸方式打开,会对固冲发动机产生很大的瞬时冲击作用,进而影响弹体飞行姿态和弹上仪器的正常工作。借助Autodyn软件的显式动力学方法,对进气道出口堵盖打开时爆炸冲击响应进行了数值仿真分析,获得了固冲发动机不同位置的冲击加速度时域曲线和冲击响应谱曲线,并与试验结果进行了对比分析。结果表明,数值仿真结果与试验结果基本一致,轴向冲击加速度的最大值偏差为6.2%,径向冲击加速度的最大值偏差为4.9%。通过仿真分析,揭示了固冲发动机进气道出口堵盖打开时最大冲击加速度和冲击响应谱的变化规律,对评估全弹飞行过程中进气道出口堵盖打开时振动冲击环境以及对弹上仪器的影响具有重要的意义。

非药式水下爆炸冲击波加载装置研究

非药式水下爆炸冲击波加载装置作为实验室范围内一种新型水下爆炸冲击波加载技术,具有耗费低、危险性小、可重复性高等优点,对进一步研究水下冲击波毁伤效应具有重要意义。该装置通过一级轻气炮发射飞片正撞击水舱端部活塞在水舱中产生呈指数型衰减的水下冲击波。本文中采用实验与数值模拟相结合的方法对该装置产生的冲击波可靠性进行了研究,确定了一定工况内的初始冲击波强度及衰减时间常数,实验结果表明,该装置能够有效模拟水下爆炸冲击波载荷。

爆炸荷载作用下钢框架柱冲击响应与破坏模式的数值模拟

目的运用非线性显示动力学有限元方法分析计算爆炸冲击荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式.方法基于有限元分析程序ANSYS/LS-DYNA建立三维有限元模型,分析钢框架柱在3种爆炸荷载作用下可能发生的破坏模式特征及其影响因素.结果壳单元shell163考虑了局部屈曲效应和剪切应变的影响,可以有效模拟在爆炸荷载作用下钢框架柱的冲击响应和破坏模式.在荷载峰值相同的情况下,荷载持续时间越长,结构的变形越大;荷载冲量相同时,爆炸荷载峰值压力越高,结构的破坏程度越严重.结论钢框架柱的破坏模式与爆炸荷载的作用特征有关:在冲量荷载作用下,钢框架柱倾向发生柱脚剪切破坏和柱中翼缘屈曲破坏;在动力荷载作用下,钢框架柱则倾向发生柱脚剪切破坏;在准静态荷载作用下易发生整体弯曲屈曲破坏.

非药式水下爆炸冲击波特性数值模拟研究

非药式水下爆炸冲击波模拟实验可以克服炸药式水下爆炸耗费大、危险性高等困难,对研究水下爆炸冲击波载荷作用下舰艇的动态响应与损伤具有重要意义。本文运用实验与仿真相结合的方法对非药式水下爆炸冲击波特性进行了研究,分析了不同飞片质量、速度及活塞质量对冲击波载荷强度和衰减时间常数的影响规律,建立了预测非药式水下爆炸冲击波初始峰值和初始冲击波衰减时间常数的经验公式。结果表明:水下爆炸初始冲击波峰值与飞片的初始撞击速度成正比,与飞片及活塞的质量无关。初始冲击波的衰减时间常数仅随飞片和活塞质量的改变而改变,飞片的初始撞击速度对其无显著影响。

点支式玻璃板在爆炸与冲击荷载下的动力特性

为了研究点支式玻璃板在动态荷载下的性能,基于玻璃板的动态响应理论,利用LS-DYNA有限元程序,对点支式玻璃板在冲击荷载及常规爆炸荷载下的抗爆性能进行分析,讨论了冲击荷载与常规爆炸荷载对点支式玻璃板动力响应的影响,以及玻璃板的动力放大系数及其与荷载峰值之间的关系,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:近似于静力加载及冲击荷载下玻璃板的性能响应与试验结果吻合较好;加载时间对玻璃板的动态响应影响显著;不同的荷载作用方式,即冲击荷载和爆炸荷载对点支式玻璃板的位移响应不同;缓解点支式玻璃板支座处孔边应力集中能显著提高玻璃板的抗爆性能。

组合式爆炸容器冲击载荷及其动力响应的数值模拟

本文采用ANSYS/LS-DYNA非线性有限元程序,通过容器壳体与分布载荷(流场)耦合方法,对椭球封头圆柱形组合式爆炸容器在承受内部中心点爆炸作用的冲击载荷与壳体的动力学响应进行计算分析,并与实测结果进行了对比。结果表明,ANSYS/LS-DYNA程序模拟壳体的应变历程,具有较好的精度;模拟爆炸载荷则存在一定的差异。反射超压由中环面向极点方向顺序加载,峰值逐渐降低,而作用时间逐渐加长。其峰值在圆柱壳与椭球壳的结合部达到最小,而后逐渐增加。最大应变由近爆点向远爆点方向逐渐降低,在圆柱壳与椭球壳的结合部达到最小,而后逐渐增加,在曲率最大处出现了一个较大的应力峰和最大压应力。轴向应变约为周向应变的1/2。容器结构在中环面和椭球壳极点处承受相对较大的载荷和应变,设计时应予以高度重视。

空中爆炸冲击载荷下折叠式夹层板塑性动力响应研究

在研究夹层板抗爆性能时,主要通过试验与仿真来进行评估,成本较高且耗时较长。为了降低成本以及实现舰船结构损伤变形的快速评估,进而有效指导舰船结构抗爆性能设计分析,本文针对空爆载荷作用下折叠式夹层板的变形特点将结构响应过程分为3个阶段,采用动能定理、能量守恒原理以及塑性力学的相关理论进行分析,得到了简化的理论预报公式,并通过算例将理论解析解与仿真结果进行比较。结果表明该理论预报公式具有适用性,可以为折叠式夹层板结构的抗冲击性能评估及设计提供参考。

低压慢衰减冲击波作用下折叠式夹层板结构永久变形研究

折叠式夹层板在舰船领域有着广阔的应用前景,对其抗爆性能的研究具有实际工程意义。本文以折叠式夹层板为研究对象,设计开展爆炸试验,对低压慢衰减冲击波作用下折叠式夹层板结构的永久变形进行研究。同时,利用ABAQUS软件对试件进行数值仿真分析,进一步研究结构损伤变形过程及失效机理,讨论芯层高度对夹层板结构抗爆性能的影响规律,并与试验结果进行比较。总结不同芯层高度夹层板在远场爆炸冲击载荷下的抗爆性能评估指标。结果表明,结构沿横向和纵向具有不同的变形模式,在实际应用中,需要依据相应标准选择合适的芯层高度。本文研究成果可为舰船结构损伤评估与抗爆结构设计提供参考。

倾斜式防爆墙抗爆性能有限元数值分析与实验验证

采用数值模拟和试验研究方法研究了倾斜式防爆墙的抗爆性能。首先基于LS-DYNA软件建立不同倾斜防爆墙的有限元数值分析模型,分析了不同倾斜角度对爆炸冲击波传播规律,防爆墙爆炸冲击反射波和墙后绕射波压力峰值的影响。最后选择70°倾斜防爆墙作为典型的倾斜式防爆墙开展了试验研究。数值分析结果表明:防爆墙体倾斜角度每减少10°,同爆距下爆炸冲击波到达防爆墙的时间延长0.1~0.5 ms,迎爆面上反射压力峰值降低0.5~1 MPa。实验表明:5 kg药球爆炸时70°倾斜防爆墙上爆炸冲击波反射压力实测时程曲线与数值模拟时程曲线基本吻合,引爆面上最大反射压力峰值为2.04 MPa,实测消波系数为80.6%,比数值模拟值提高了13.7%。70°倾斜式防爆墙能够阻挡5 kg药球间距2 m三次累计爆炸冲击。

折叠式夹层板水下爆炸防护性能数值仿真分析

以某舰船船底板架为应用对象,以等质量为设计原则,设计了V-I、V-IV、U-I、Y-I、X-II及CT-I型六种夹层板的结构型式及尺寸。利用有限元软件MSC.Dytran数值仿真分析各种类型夹层板在水下爆炸冲击载荷下的动态响应特性,得到各种夹层板的动态响应特性及变形模式。通过流-固耦合压力峰值、比冲量、塑性位移及结构吸能等力学性能的分析,比较这六种夹层板结构的防护性能。研究表明,夹芯层结构变形模式是决定夹层板防护性能的关键因素;夹芯层结构减小了传递到上面板的冲击载荷,对减小结构变形起积极作用,改善了上面板的冲击环境。夹芯层结构的吸能效率较高,夹芯层塑性压皱变形吸收了大部分能量,起到很好的防护作用。六种夹层板的动态力学性能参数随冲击因子变化均呈现出相似的趋势,其中X-II、U-I、V-I型夹层板结构的防护性能较优,CT-II、V-IV、Y-I型夹层板结构的防护性能相对较差。

冲击载荷下矿用移动式救生舱动态响应的数值模拟

矿用救生舱作为煤矿井下重要的逃生装备,舱体的抗爆炸冲击性能直接决定矿工的生命安全。为了评估某型移动式救生舱的动强度,建立舱体在瓦斯爆炸载荷作用下的全尺寸有限元模型,采用ABAQUS动态显式算法对舱体的整体和局部动态响应进行了分析,按照国家暂行规定获得了舱体正面和侧面承受最大峰值压力分别为0.72 MPa和0.36 MPa,研究结果为舱体的改进设计和安全使用提供科学依据。

高强度水下爆炸等效冲击波加载特性研究

为了实现实验室范围内的高强度水下爆炸冲击波加载,在现有非药式水下冲击波加载装置的基础上,对加载水舱的结构进行了改进,并利用实验和仿真相结合的方法对非药式高强度水下爆炸冲击波等效加载特性进行了研究,分析了飞片及活塞的质量对加载冲击波强度和衰减时间常数的影响规律,确定了该方法所产生的高强度水下冲击波加载特性。进而利用该装置对0.5 mm厚铝合金靶板进行了水下冲击波加载实验。实验结果表明,改进后的非药式水下爆炸冲击波等效加载装置能够对目标结构进行有效的高强度水下冲击波加载。

爆炸冲击下钢制浮顶储罐破坏的数值模拟

为获得大型钢制浮顶式储罐结构在爆炸冲击作用下的破坏机制,采用理论分析、缩比模型爆炸模拟试验与数值模拟结合的方法,研究浮顶储罐结构的破坏特征和内力变化过程。结果表明:由于爆炸冲击波的瞬间冲击作用,罐壁沿环向形成巨大的压缩内力,迎爆面罐壁顶部屈服导致罐体失稳破坏;浮顶罐的结构破坏经历了弹塑性动力响应过程,最终形成迎爆面罐壁的内凹塌陷和屈曲变形;并且,罐壁的内力以拉压力和产生弯矩的内力为主,但拉压作用更为明显,罐壁沿其环向处于受压状态,沿轴向处于受拉状态。

大型浮顶式储油罐的爆炸破坏机理实验

利用可燃气体爆轰实验装置,通过乙炔/空气混合气体沿管道稳定爆轰后形成的冲击波对浮顶式储油罐模型的冲击实验,分别测得模型壁面上的超压荷载、动态应变及振动加速度时程曲线。通过对比分析,研究了大型浮顶式储油罐在爆炸冲击荷载作用下的动态响应特性及其破坏机理。在可燃气体爆炸荷载作用下,储罐结构在变形过程中诱发罐内液体产生压缩波并对罐壁形成强烈冲击,背面液体传导的冲击压力与正向冲击波压力量级相同,荷载作用时间大于冲击波。同时,在位于迎爆区域的储油罐内壁,顶端位置处于受拉状态,且拉伸变形最大,为整体结构抗爆的最薄弱部位。

直列式爆炸箔点火及相关技术研究进展

从直列式点火系统构成、许用点火药硼-硝酸钾(Boron-Potassium Nitrate,BPN)的燃烧机理和新制备工艺以及国内外直列式爆炸箔点火相关标准三个方面,综述了直列式爆炸箔点火及相关技术的发展现状及应用。直列式点火系统有多功能多任务需求,因此作为控制模块的电子安全与解除安保装置呈现出编程寻址、多点协同的发展趋势,系统中各元件通过小型化和低能化减少系统装置所占空间。BPN通过新制备工艺进行组分粒度微纳米化,生成核壳结构,优化BPN燃烧性能、吸湿性和安定性等。总结并对比了国内外直列式爆炸箔点火相关标准。分析了直列式爆炸箔点火尚需研究的问题:冲击片直接点火BPN机理和BPN组分粒度对冲击点火感度的影响;BPN隔板点火的影响因素和规律;多种隔板点火结构的性能比较;BPN新制备方法及其对性能的优化。

一种直列式起爆装置的结构设计与性能研究

为了满足现代武器对火工品的高安全性和高可靠性的需求,对一种直列式起爆装置的结构进行了优化设计,并通过仿真计算和试验测试研究了爆炸箔组件、发火件工艺、装药结构、起爆电路等对起爆装置相关性能的影响。结果表明:通过桥箔-基板一体化、原位合成飞片及光刻无限加速膛设计,提高了起爆装置中冲击片雷管爆炸箔的能量利用率。采用HNS-IV+JO-9两级输出装药结构与起爆系统匹配后,能够满足预设1.3 kV电压可靠起爆、输出钢凹深度不小于0.3 mm的要求。

综合管廊燃气爆炸冲击波压力及动态响应研究

采用流固耦合算法,建立6种体积甲烷-空气混合燃气在综合管廊内发生爆炸的有限元模型,计算空气冲击波峰值压力、混凝土管廊的应力和位移时程曲线。并对各空气单元的压力峰值进行统计分析,提出相同燃气体积距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值曲线的数学解析式。对6种工况下管廊内距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值进行拟合,提出不同燃气体积、距燃气边缘不同距离的空气冲击波超压峰值曲面的数学解析式,并应用该曲面公式进行综合管廊燃爆响应分析计算并与原流固耦合模型的计算结果进行对比。结果表明利用冲击波超压峰值曲面解析式和在管廊内直接加载相结合的方法,在计算管廊节点最大位移、混凝土有效应力峰值和钢筋轴向及Mises应力峰值方面与流固耦合算法结果差异较小,可以满足工程实践的要求。

直列式引信爆炸箔起爆系统的设计与仿真研究

爆炸箔起爆系统（Exploding Foil Initiator System，EFIs）的发展已有40多年的历史，目前小型化、低能化以及抗冲击能力成为该技术研究的热点。爆炸箔起爆系统是直列式电子引信的关键部分，主要用于起爆冲击片雷管，它是继EBW雷管起爆器之后的新型起爆系统，具有传统起爆系统无法比拟的优点。爆炸箔起爆系统主要由高压充电电源以及放电回路两部分组成。对于两部分的研究侧重点不同，对于高压充电电源主要关心如何实现其小型化与高效率，而对于放电回路则主要关心如何实现其低能化与高可靠性。

中空式注吹塑机爆炸事故原因分析

2012年3月的一天，浙江某地一吹塑企业的一台注吹塑机在运行过程中突然发生爆炸。爆炸冲击波造成注吹塑机配电控制柜报废及密闭设备用简易房坍塌、厂房部分门窗玻璃破坏等财产损失；由于事故设备在爆炸前处于自动运行模式的无人监管状态，故人员方面仅造成一人受伤。