爆炸分离冲击下中远场连接界面多点时域载荷反演方法研究

目的建立产品在爆炸分离冲击剖面下,中远场关键连接界面上多点激励时域载荷历程的识别方法,并分析评估结构的动力学响应特性。方法采用结构动力学分析方法,基于杜哈梅积分离散化,建立时域范围内产品上多个测点(包括多个自由度)与关键界面上受到的力载荷之间的传递函数,进而通过载荷识别获得该力激励,特别是在载荷识别过程中采用最速下降法克服识别算法的不适定性,最后通过有限元方法分析得到识别载荷作用下的结构响应,为评估结构动力学响应提供依据。结果反演获得了爆炸螺栓盒与产品连接关键界面上多点多个自由度的时域载荷,该载荷所产生的响应仿真值与多个测点实测数据吻合,并分析获得了结构的动力学响应分布。结论提出了一种针对爆炸载荷传递路径上中远场关键界面的多点动力学载荷的识别方法,并通过数值仿真验证了该方法的有效性,可支撑结构的动力学响应评估。

双孔装药结构爆炸分离钛合金板的研究

为了探究双孔装药结构下爆炸分离钛合金板的最佳装药直径,采用数值模拟结合具体试验的方法,对不同孔径的钛合金板分离情况进行对比分析。通过观测点飞散速度并结合强度准则判断钛合金板的断裂情况,分析了双开孔结构钛合金板的断裂分离过程。结果表明:对于厚度为23 mm的TC4钛合金板,装药孔直径的大小直接影响了爆炸分离的效果。当单个装药孔的直径不小于4.75 mm时,钛合金板均能被完全分离。随着装药孔直径的增加,钛合金板受损越严重,额外附加动能也越大。在使用连续耦合装药方式下,相较于相同剩余厚度的单孔装药结构,双孔装药结构可以在减小一半装药量的同时,更有效地利用炸药的爆炸能量,达到分离钛合金板的目的。在一定范围内,可为航天器的级间分离提供新的技术方案。

爆炸分离冲击仿真分析以及冲击响应谱低频调节试验方法

本文介绍了爆炸分离冲击试验工程中所遇到的问题以及对试验件造成的影响,通过分析级间分离实测数据与工程试验测试数据的差别,找出优化试验系统的方法。通过仿真软件对2种火工爆炸分离冲击环境模型进行数值模拟,对2种仿真试验结果进行比对。试验结果表明通过增加试验系统的配重质量,可以有效降低爆炸分离冲击响应谱的低频量级,以达到试验控制的目的,能有效、真实地模拟级间分离的爆炸冲击环境。

基于物质点法的单开孔爆炸分离数值模拟

为了研究采用单开孔装药结构下爆炸分离钛合金板的过程,基于物质点法建立了钛合金爆炸分离的数值模型,利用Petri网进行建模分析,通过Fortran程序语言自编物质点程序对爆炸分离过程进行了仿真,将程序计算结果与现有商用软件AUTODYN以及真实试验结果进行对比,得到了不同时刻下钛合金板应力分布状况,分析了板材断裂过程。通过运用Mises屈服准则进行断裂判定,并对比了模拟与试验的板材损伤程度。结果表明:物质点法适用于爆炸分离试验,其模拟结果与试验结果基本吻合,采用单孔14 mm炮孔直径进行爆炸分离时,钛合金板能被完全分离,且板材两侧损伤较大。

实测爆炸分离冲击数据的分析和处理

由于爆炸分离冲击环境的频带宽(可到100 kHz)、加速度大(可到300 000gn),常常导致测量数据失真。对实测的爆炸分离冲击数据应分析、确认、修正后才能使用。分析了放大器的压摆率对信号频率的限制,讨论了某实测爆炸分离冲击信号零漂产生的原因,应用小波分析的方法对失真的冲击波形进行了分解和重构,提取了真实的爆炸分离冲击信号。

爆炸分离装置中保护罩安全性能分析

运用冲击动力学理论,对爆炸分离装置中保护罩结构断裂现象进行理论分析;建立爆炸分离过程的物理模型,分析保护罩内侧裂纹产生机理;导出了保护罩壳体安全系数η的解析表达式。同时,根据量纲分析得到相同的结论。并分析了各个参量对保护罩安全性的影响权重。分析表明提高壳体材料的强度极限和失效应变有利于提高保护罩壳体的安全性。

统计能量分析法在爆炸分离冲击响应预示中的应用

针对复杂结构的爆炸分离冲击问题,文章采用统计能量分析方法对其响应进行了计算分析。首先对切割索产生的连续载荷进行了离散处理,然后基于统计能量分析并结合虚拟模态综合法,对航天器分离过程中的冲击响应进行了预示。得到的结果符合爆炸分离冲击环境下结构响应特征及其传递规律,对航天器抗冲击设计与评估具有一定的参考价值。

爆炸分离冲击环境的模拟试验技术进展

很多事实表明,由火工装置动作产生的爆炸分离冲击环境对航天器具有较强的破坏效应,引起了数量可观的航天器硬件故障。但由于分析技术的缺乏,设计者对试验具有强烈的依赖性。因此,爆炸分离冲击环境的模拟试验技术一直受到人们的关注。在简介爆炸分离冲击环境的基础上,对其模拟试验技术进行了较全面的总结和分析,包括标准波形模拟、电磁振动台模拟、火工装置模拟、机械碰撞装置模拟等等,最后讨论和展望了今后的发展趋势。

爆炸分离冲击数据的零漂校正

目的为消除爆炸分离冲击信号中的零漂趋势项,提出一种爆炸分离冲击数据处理方法。方法基于分段和线性拟合思想,获取测试数据的零漂趋势项。通过分析原始信号和校正信号的频谱相关性,定量讨论分段窗口数对试验数据有效性的影响规律,进而给出爆炸分离冲击加速度信号的校正原则。结果通过对试验数据进行有效性分析与校正,能够较好地抑制积分零漂,消除基线零漂趋势项对冲击谱的影响。结论该方法可提高试验数据的准确性和有效性。

一种电磁式爆炸分离冲击环境模拟试验技术研究

爆炸分离冲击是航天器所经历的最严酷的力学环境之一,为了避免一些箭载仪器设备或者结构在飞行中损坏,因此需要进行爆炸分离冲击环境试验。本研究针对航天产品爆炸分离冲击环境宽频响、高作用幅值的特点,提出了非接触式电磁激励响应板方式的爆炸分离冲击环境模拟试验方法,建立了电磁激励系统多物理场耦合模型,开展了电磁激励爆炸冲击环境模拟的试验研究,获得薄板在电磁加载过程中洛伦兹力和薄板响应的关系,揭示了采用该方法进行冲击环境预示与控制的机理,为实现电磁激励载荷作用下的结构响应的可预测提供了研究基础。

空空导弹爆炸分离冲击试验分析

目的获取某型空空导弹爆炸分离冲击试验的条件及方法。方法针对爆炸分离冲击环境高频响、高量级、短时间等特性,分析获取爆炸分离冲击信号的方法,以及相应的冲击响应谱、归纳数据处理方法。结果通过测试得到某型空空导弹的爆炸分离数据,进行了冲击响应谱和归纳分析,得到了不同测点位置爆炸分离冲击的特性。结论形成了一种适用于空空导弹的合理、易实施的爆炸分离冲击试验条件及试验方法。

双层响应板式爆炸分离冲击环境模拟试验研究

爆炸分离冲击环境是航天器所经历的最严酷的力学环境之一,为了避免一些箭载仪器设备或者结构在飞行中损坏,因此需要进行爆炸分离冲击环境试验。针对高量级爆炸分离冲击试验设计难、影响试验结果因素多的特点,作者提出了基于机械撞击方式的双层板式爆炸分离冲击环境模拟方法,同时该方法也适用于火工品激励方式的爆炸冲击模拟试验。本研究中首先建立双层板式爆炸冲击环境模拟装置的有限元分析模型,采用Latin超立方的试验设计优化方法,确定试验样点,并进行撞击过程的计算模拟,然后对有限元模型中的关键参数进行优化设计,使获得的计算结果和试验结果的偏差最小。最后,用有限元模拟结果对优化的设计进行了验证,结果表明基于优化的计算模拟时间被大大压缩,其可实现冲击环境模拟试验的预测,对关键参数的处理方法可以用于其它类型试验的试验装置设计中,并可以大大提高了整个试验的准确性和效率。

采用扩展有限元法的线式爆炸分离装置裂纹扩展分析

为了提高线式爆炸分离装置的安全性,本研究基于扩展有限元法,通过创建二维和三维动态裂纹扩展模型,探索了线式爆炸分离装置在爆轰波作用过程中的动态裂纹扩展和止裂机理。研究表明,分离壳体的裂纹扩展路径独立于裂纹初始角度;不考虑载荷时序时,二维和三维动态裂纹扩展的主方向分别沿着分离壳体的径向和环向;考虑载荷时序时,受不同区域应力波的联合作用,三维裂纹沿环向扩展的同时会沿着轴向扩展,但裂纹的扩展均不会影响到止裂槽以外的结构。所提方法和相应结论可为线式爆炸分离装置设计提供参考。

碳纤维复合材料编织板的爆炸分离研究

为探究碳纤维复合材料编织板的爆炸分离方法,通过C型聚能装药结构、线性聚能切割器2种切断方法进行试验探究,并利用AUTODYN软件进行数值模拟,分析切口处粒子飞散速度,结合Tsai-Wu张量强度准则分析复合板断裂程度。试验结果表明:C型聚能装药结构和线性聚能切割器均能成功切断复合板,C型聚能装药结构由一次强激波压缩切断复合板,切口较为平整;线性聚能切割器由于未设炸高,在未充分形成的射流和拉伸波的作用下,导致切口有较大损伤,没有C型聚能装药结构切口平整。模拟结果表明复合板在分离过程中经历了4个阶段,切口粒子形成2次峰值速度;由Tsai-Wu张量计算出复合板断裂完全,各个监测点的F值都比恰好断裂的时的F值大2~8倍左右,试验药量较大,应适当减少药量,为今后的优化试验奠定了基础。

爆炸分离碳纤维增强复合材料编织板

为了研究碳纤维增强复合材料编织板的爆炸分离,采用在复材板正反两面各加工一条凹槽并预埋导爆索的新思路,并将数值模拟与具体试验相结合,分别对凹槽开口处不添加约束介质、添加铜背皮约束和添加铅背皮约束下的复材板分离情况进行对比分析。通过Tsai-Wu张量强度准则,分别判断三种约束条件下复材板的损伤程度,并进一步讨论各条件下复材板表面单元的压力和速度随时间变化情况。结果表明:在两侧凹槽开口处覆盖金属背皮,成功分离了无介质覆盖凹槽的复材板,金属背皮可以延长爆轰产物的高压持续时间,提高表面单元粒子飞散速度,且铅背皮对爆炸能量的约束效果优于铜背皮,铅背皮约束作用下的复材板所受爆炸总能量是铜背皮约束的1.06倍,是无背皮约束的1.5倍。在一定范围内,可为航天器的级间分离提供新的技术方案。

爆炸分离冲击信号修正及结构状态分析

为了对爆炸分离冲击信号进行有效性分析及校正,进而对关键结构的状态变化进行分析,基于离散小波分解方法,对实测分离冲击信号及其速度积分进行校正,去除零漂趋势项。选取冲击结束后剩余自由响应阶段,对结构状态进行分析,基于冲击信号初始谱及剩余谱相关性分析,提出确定剩余自由响应阶段起始分析时间的确定方法。对该剩余响应信号结合频域窗滤波后进行谱分析,通过2轮试验中相同位置固有频率的改变,判断结构的状态变化。有效去除了某实测信号的零漂趋势项,确定了剩余自由响应阶段起始分析时间,基于频谱分析结果得到了某结构的状态变化。该分析可为复杂序贯试验过程中非平稳冲击情形下的关键结构状态监测及分析提供一种解决思路及方法。

级间分离装置地面爆炸分离试验冲击数据分析方法比较研究

为了获取级间分离装置地面爆炸分离试验高量级冲击数据的特征,以某火箭一二级分离装置为例,设计搭建了试验测试方案和测试系统。针对冲击数据出现的零漂问题,利用最小二乘法和小波分析分别进行了处理,并对典型测点冲击响应谱数据进行了归纳分析。结果表明:在整个时域历程中,以最小二乘法对原始数据进行去趋势项处理,能在一定程度上减轻原始数据零漂所引起的冲击响应谱低频数据过大的现象,而小波分析则可以较好地解决冲击响应谱低频数据过大的问题。从所有测点的冲击响应谱有效数据可以看出,各测点冲击响应谱数据变化趋势一致,法向冲击响应谱最大,切向冲击响应谱最小,轴向冲击响应谱介于两者之间,分析结果对获得箭体关键部位的冲击环境条件具有重要参考意义。

CFRP层合板爆炸分离损伤模式研究

爆炸分离技术已发展成为航空发动机包容试验中复合材料叶片飞断控制的关键技术,为探究不同埋药槽深对碳纤维增强复合材料层合板爆炸分离损伤模式的影响,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究层合板在爆炸作用下的损伤过程、加速度响应与动能变化趋势,分析了层合板爆炸分离的破坏模式和机理。结果表明:针对25 mm厚层合板,当两侧开槽深度为3 mm时,部分冲击波沿厚度方向形成压缩和拉伸波使纤维出现断裂损伤,部分反射拉伸波沿层间传播使层合板出现分层损伤,层合板未被切断;当两侧开槽深度增大到3.5 mm时,冲击波主要沿厚度方向形成压缩和拉伸波使纤维出现大面积断裂损伤,层合板被完整切断;爆炸产生的能量可以限制在局部范围内,传递给层合板的额外动能较小。该研究成果可为复合材料叶片的爆炸飞脱研究提供先验知识。

爆炸分离碳纤维复合板的装药结构设计

为研究碳纤维复合板爆炸分离过程,设计2种不同的装药结构,采用AUTODYN软件预先进行数值仿真,通过观测高斯点飞散速度和第四强度理论准则,判断碳纤维复合板断裂情况,并对碳纤维复合板破坏机理进行分析。进一步进行实地碳纤维复合板爆炸切断实验,结果表明断裂效果与仿真计算结果较为一致,有效证明了采用轴向钻孔的装药结构切断效果更优。

某爆炸分离装置分离过程仿真研究与设计改进

爆炸分离装置分离过程仿真需考虑材料破坏过程,将材料本构关系由弹塑性扩展至渐进式损伤断裂模型。为了模拟爆炸分离过程中各组件损伤破坏进程,首先将金属材料动态损伤本构引入Abaqus有限元分析平台,然后建立爆炸分离装置有限元分析模型,开展爆炸分离过程中各组件损伤破坏进程的精确模拟,复现地面试验情况,确定设计薄弱环节,预示结果与试验结果一致,证实了响应预示方法及计算结果的可靠性,为后续同类产品的设计与动态损伤破坏进程模拟提供了参考。