舰船舷侧防爆结构在内部爆炸作用下破裂的数值模拟(英文)

文章通过应用MSC.Dytran中的多欧拉—拉格朗日耦合方法,对反舰武器战斗部进入舷侧防爆结构内部爆炸作用下其变形和破坏的情况进行数值模拟研究。用多欧拉域模拟结构内外空气中爆炸冲击波传播情况。用快速一般耦合方法计算结构和流体的耦合作用。模拟结果显示:在冲击波作用下,防护结构外层舱室变形、失效后破裂,冲击波通过破口流入内层舱室。由于文中考虑了结构破坏与爆炸冲击波的相互作用,使得数值模拟方法和结果更符合实际。通过对爆炸冲击波动能与结构吸能的研究发现,除了结构的直接吸收削弱了冲击波的动能以外,通过破孔和舱壁上预开的孔泻掉的能量相当于结构总吸能的46.7%。因此在舰船舷侧防护结构设计时考虑内舱壁的适当开孔并减小强度是有益和必要的。

起爆位置偏差对结构内爆炸荷载的影响分析

针对结构近距内爆炸试验所得的内爆炸荷载数据离散较大的特点,建立考虑起爆位置偏差影响的三维有限元内爆炸流场计算数值模型,对比试验数据验证了数值计算模型的合理性.采用数值方法计算了起爆位置有偏差时的内爆炸流场,对比分析了起爆位置偏差对结构近距内爆炸荷载的影响.结果表明:结构内爆壁面反射超压峰值对起爆位置偏差非常敏感,拟合得到了起爆位置偏差距离对超压峰值影响系数的经验计算公式;起爆位置偏差对冲量影响很小,其最大相对差值不超过2%.

结构内部爆炸冲击波载荷的相似特性

为验证空气中Hopkinson爆炸相似律在结构内爆条件下的适用性,在总结了国内外关于结构内部爆炸载荷常用模型及经典爆炸相似律基础上,利用LS-DYNA软件模拟分析了典型箱体结构内爆冲击波传播特性,并对3种几何相似箱体内典型位置的压力峰值与冲量值进行了对比。结果表明,内爆载荷具有多峰值与作用时间长的特点,其在箱体壁板中心位置压力峰值与冲量值均满足Hopkinson爆炸相似律,但在箱体棱、角等冲击波相互影响作用区域不满足Hopkinson相似律;不同尺寸箱体角隅位置压力峰值差异大于20%,差异随着箱内结构部位的复杂度增加呈现增大趋势;角隅处冲量值与相似比条件下的计算值误差约为1%,明显小于压力峰值差异。

爆炸荷载及爆炸对RC结构影响的研究

过去几十在爆炸荷载的结构分析和结构设计方面已经有着显著的发展。本文以大量系统的文献为背景,综合分析爆炸荷载的计算,爆炸对混凝土结构的影响和结构对爆炸响应分析。本文还介绍了几部设计手册作为分析爆炸荷载和混凝土结构爆炸响应的参考书,推荐几套计算程序可以作为分析和研究的工具。

一种爆炸复合结构结合状态的无损检测方法

随着爆炸复合结构在工程领域的广泛应用,对主导结构服役性能的界面结合状态进行有效识别的需求也日益迫切。针对爆炸复合结构界面结合状态复杂,振动信号具有非平稳性,难以提取特征信息的情况,提出了一种基于双树复小波包能量熵的爆炸复合结构结合状态识别方法。该方法的特色和核心是利用双树复小波包变换对采集的爆炸复合管的多模态混叠响应信号进行模态分离,实现状态特征信息的提取,通过能量熵指标对模态信号的能量分布特性进行描述,从而实现爆炸复合管不同结合状态的识别。将该方法应用于不同工况的爆炸复合管道结合状态识别,识别结果验证了该方法的有效性。

爆炸荷载及RC结构爆炸效应述评

爆炸在瞬间释放的巨大能量可能导致建筑物的严重破坏甚至灾难性倒塌,在造成巨大的经济损失的同时,还会威胁公众生命安全,甚至对人们心理产生不可避免的冲击。过去几十年,在爆炸荷载的结构分析和结构设计方面已经有着显著的发展。以大量文献为背景,综合分析了爆炸荷载计算,就爆炸对混凝土结构的影响和结构爆炸响应等研究现况进行了述评。

基于DTCWT和Laplace小波相关滤波的爆炸复合结构模态参数识别方法

精确提取结构模态参数是爆炸复合结构结合状态识别的重要基础,提出一种基于双树复小波变换(DTCWT)和Laplace小波相关滤波相结合的爆炸复合结构模态参数识别方法。利用DTCWT的抗频带混叠特性,对多模态混叠振动响应信号进行模态分离,得到一组单模态分量;将DTCWT与Laplace小波相关滤波提取模态参数法相结合,实现爆炸复合结构的模态参数提取。将该方法应用于爆炸复合管的实验数据,精确提取了其固有频率和阻尼比,精度明显高于直接Laplace小波相关滤波法。将该方法应用于生产线上不同结合状态的爆炸复合管,有效提取了不同状态管道的模态参数。

钢筋砼结构爆炸后碎块抛射和散布的研究

为了解结构发生突发性爆炸后,对周围环境及生命财产安全所造成的危害,综合应用各种计算机数值仿真技术,对爆炸中所产生的碎块在空气中的飞行过程及其散布特性进行了数值模拟。数值模拟以LS-DYNA程序对结构的爆炸实时响应模拟结果为基础,采用自行编写的C++程序进行碎块飞行和散布的计算。碎块自由飞行时所受到的空气阻力与其速度的平方成正比,在各试验结果的基础上,对碎块的阻力系数提出合理的假设,并应用于阻力公式及运动方程。在进行碎块散布特性的统计分析时,提出了一些重要的统计分析数据项及方法,这些统计结果和方法将有助于理性地了解结构物爆炸所造成的危害。

基于SPH-FEM耦合算法的爆炸螺栓结构接触面刚度仿真分析

由于爆炸螺栓结构接触面复杂,接触面特性直接影响机械结构整体特性,为确保机械结构工作稳定性,提出基于SPH-FEM耦合算法的爆炸螺栓结构接触面刚度仿真分析。分析爆炸螺栓在施加扭矩以及压力、位移过程中各个部件的应力变化情况,构建带有防松垫圈的爆炸螺栓结构有限元模型。采用SPH-FEM耦合算法,计算爆炸螺栓结构模态,对爆炸螺栓结构模态进行有限元分析。向爆炸螺栓结构中的螺母施加预紧扭矩,获得不同预紧力下爆炸螺栓结构中各个部件的应力变化曲线。利用动力学仿真分析爆炸螺栓结构,计算不同爆炸螺栓预紧力下结构的接触面刚度。实验结果表明,随着爆炸螺栓预紧力的增大,结构受到的应力也随之增大,螺母的最大应力值发生在螺纹的顶部,防松垫圈的最小应力值出现在爆炸螺栓螺杆的根部,并且随着施加扭矩预紧力的不断增大,爆炸螺栓结构的接触力也在逐渐增大,最大值接近经过理论计算得到的预紧力值,不同爆炸螺栓预紧力下的接触面刚度随预紧力的增大而出现非线性增大。

水下远场爆炸下船舶结构响应计算有限元建模方式影响分析

利用有限元软件ABAQUS,针对船舶结构和设备采用不同建模方式,建立4种水下远场爆炸载荷作用下全船结构冲击响应计算的有限元模型,对比分析船体结构局部与总体冲击响应。结果表明:船舶骨材结构与设备的建模方式对结构局部冲击响应如加速度、应力等影响很大,而对结构的总体响应如剖面弯矩等刚性安装设备采用质量点均摊的方式处理以减小建模的工作量。对于大型的弹性安装设备,需采用质量点和弹簧单元仔细建模。

结构爆炸毁伤的浸没多介质有限体积物质点法

结构在爆炸载荷作用下的毁伤现象涉及强非线性激波、固体结构极端变形和破坏破碎、强流固耦合,给数值计算方法带来了极大的困难与挑战.针对结构爆炸毁伤问题,建立了浸没多介质有限体积物质点法(iMMFV-MPM),采用基于黎曼求解器的多介质有限体积法(MMFVM)模拟爆炸产物和空气的多介质流体,采用物质点法(MPM)模拟固体结构,并将提出的基于拉格朗日乘子的连续力浸没边界法(lg-CFIBM)扩展到多介质流体中以处理流固耦合边界条件.该算法在每个时间步严格满足流固耦合界面处的速度边界条件及动量守恒方程,不需要重构流固耦合界面,能够有效地模拟近场爆炸下爆炸产物与结构的相互作用、激波与结构的相互作用和演化以及结构的动态断裂和拓扑变化.利用iMMFV-MPM对近场爆炸下方形钢筋混凝土靶板的失效模式、外爆载荷下建筑物的毁伤现象以及多腔室内爆炸试验进行了模拟,模拟结果与相关实验数据吻合良好,验证了所建立的流固耦合算法的有效性及精度.

地幔内超高压矿物的爆炸

在西藏雅鲁藏布江缝合带的蛇绿岩的豆荚状铬铁矿中 ,首次发现硅酸盐包裹体具有爆炸结构。在矿石薄片中普遍见到这种高能硅酸盐包体的爆炸结构。在爆炸结构中 ,铬尖晶石被炸落成不规律的显微碎块 ,具有尖锐棱角 ,碎块大小不一 ,堆积在硅酸盐包体内。此外 ,许多张性显微裂隙围绕爆炸的硅酸盐包体呈蛛网状分布。推断爆炸前的原生矿物是含水的镁硅酸盐和镁铝硅酸盐矿物。当这种高能级的超高压含水矿物受地幔柱带动超过“水线”时发生爆炸和放水作用 ,同时产生地震。

基于结构内爆炸的抗爆隔墙厚度计算

建筑结构内部发生爆炸时,结构物要承受空气冲击波和准静态气体压力的双重荷载作用,由于受到周围墙体的限制,作用荷载得以加强。本文通过讨论结构内部爆炸荷载的计算方法,给出了结构内部爆炸荷载的计算公式,提出了内爆炸作用下抗爆墙设计的计算方法,为建筑物结构抗爆设计提供设计依据。

蜂窝结构炸药及其应用

为了解决现行爆炸复合装药方式落后及炸药爆炸能量利用率极低的问题,使用了一种保证装药质量的蜂窝结构炸药,并将该蜂窝结构炸药应用于一次起爆可复合两块复合板的双面爆炸复合技术,由于受到蜂窝材料和双面复板的多向约束,使炸药的临界厚度显著降低,乳化炸药在5 mm厚时,仍可以稳定爆轰。成功地进行了以5 mm厚的蜂窝结构炸药用于2 mm厚的45#钢板和16 mm厚的Q235钢板双面爆炸复合可行性试验。结果表明,与现行的单面爆炸复合相比,在复合相同数量复合板的情况下,炸药的使用量节省了83%,炸药的能量利用率显著提高。试验前,对爆炸复合窗口及复板的碰撞速度进行了计算,得到了复板碰撞速度的上下限(192 m·s-1<vp<983 m·s-1)及两组实验中复板的碰撞速度1089,863 m·s-1,计算与试验结果一致性较好。

建筑结构抗爆设防性能目标研究

近年来建筑结构的爆炸事件频繁发生,而我国目前还没有统一的建筑结构抗爆设防目标。基于安全性风险评估理论,利用爆炸风险平均发生概率和爆炸风险破坏程度的等级划分,确定爆炸风险的平均影响程度。结合我国《建筑结构可靠度设计统一标准》和实际爆炸事件的特点,提出基于建筑结构重要性的抗爆设防等级分类方法,从而确定抗爆安全等级。根据我国国情综合考虑建筑结构抗爆安全等级和爆炸超压强度等级,确定不同类型建筑结构的抗爆设防指标。建立了以建筑结构设防目标作为工程抗爆设计的基础原则,通过对以往爆炸事件的统计分析,确定不同爆炸超压荷载对人员伤亡和建筑结构损伤程度的设防目标,为建筑结构抗爆设防指标提供一种新的方法。

建筑物内爆炸波的动压载荷研究

利用小尺寸箱体结构内小当量爆炸的实验结果,分析了结构内爆炸的动压结构,认为在爆炸当量与结构内密封空气质量之比较小的情况下,可以忽略结构内爆炸的准静态压力部分,而且动压部分主要是由结构内壁的一次反射波叠加形成的。对房间内爆炸和敞开空间中爆炸对楼板的冲击分别进行了数值模拟,得到了封闭和敞开情况下爆炸对于楼板的冲量之比约是2.5的关系,而Baker的三脉冲模型只有1.75倍。

爆炸荷载下沉箱重力式码头模型毁伤效应

在野外条件下开展了不同爆炸荷载条件下沉箱重力式码头模型毁伤效应实验,得到了沉箱重力式码头模型在1 kg TNT当量空中爆炸、水下爆炸以及结构内部爆炸后的毁伤模式,并针对不同毁伤模式给出了相应的抢修建议。实验结果表明:空中爆炸荷载下码头仅面板局部破坏形成爆坑;水下爆炸荷载下码头迎爆面及相近区域形成大量裂缝;结构内部爆炸荷载下码头仓格大变形破坏且中间面板被掀飞;从横向对比来看,在相同爆炸当量下空中爆炸荷载下码头毁伤程度最小,结构内部爆炸荷载下码头毁伤程度最大。

如何防止化学品爆炸事故

化学品的爆炸和燃烧极易对人体健康、厂房设施和环境造成重大损害,防止这类事故的发生是实验室工作和工厂生产管理的首要任务。具有爆炸和燃烧潜势的化合物在结构上具有一致的或者类似的特征,本文分析了它们的结构特征,列出了典型化合物,并提出预防化学品爆炸的措施。

爆炸纳米多晶金刚石之爆炸力学的创新理论与技术

叙述了在研究和生产爆炸纳米多晶金刚石中必须要发展和应用的爆炸力学中诸多的创新理论与技术:药柱在水中爆炸时,轴对称一维的飞片飞行速度计算公式;新的击波通过二相粉末时的压力计算模型;击波通过有空隙率的二相粉末时的空隙分配理论;粉体空隙内残存空气在击波作用下发生的绝热压缩理论;飞片下空气在高速飞片飞行过程中不能向侧向排出,最终产生绝热压缩的理论;击波在粉体中的追赶理论;石墨通过爆炸相变为金刚石的新结构位置转变模型的诸问题。

常温下脉冲激光沉积氮化硼薄膜研究

由于氮化硼特别是立方氮化硼 (c BN)的独特性质和广泛的应用前景 ,一直受到材料研究工作者的广泛关注。本研究利用脉冲激光在室温下沉积出立方氮化硼薄膜 ,傅立叶变换红外光谱和X射线衍射分析表明在所制备的氮化硼薄膜中 ,立方相的含量很高 ;同时 ,该研究还观察到了氮化硼的另一种高压相—爆炸结构氮化硼 (Explosive BN ,E BN)。本研究同时还讨论了氮化硼薄膜生长的原理。