球形和等长径圆柱装药在爆炸近区内载荷差异的实验研究

为了研究爆炸近区内装药形状对爆炸载荷的影响,运用压杆法测量了爆炸容器内壁的压力。通过实验发现,对于圆柱装药径向方向上的正反射爆炸载荷,等长径圆柱装药的压力峰值、冲量与相同当量下球形装药对应量的比最大超过2。还通过实验验证了数值模拟,并运用数值模拟获得2种装药形状下爆炸载荷的静水压、密度、粒子速度,得到爆炸近区内2种装药形状载荷的差异以及该差异随爆心距离的变化规律。

PVDF传感器在爆炸近区超压测量中的应用研究

凝聚相炸药爆炸产生强冲击波、电磁脉冲和光热效应,爆炸近区测试环境非常复杂,常规压阻式硅压力传感器难于满足测试要求。为准确测量装药近区爆炸参数给工程防护结构的爆炸毁伤评估提供参考依据,基于PVDF压电薄膜制作压力传感器,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)对自制传感器进行标定;进行TNT化爆试验对自制PVDF传感器测试效果进行考核,并提取试验结果与AutoDyn软件计算结果进行比较。对比表明:测量值与计算值偏差小于10%,爆炸近区超压的试验测量可采用防干扰处理后的PVDF压电传感器解决。

爆炸近区流场的数值模拟方法研究

提出了一种用于模拟爆炸近区炸药、爆轰产物、空气等相互作用流场的数值方法。在欧拉型方法中引入了一种炸药、爆轰产物、空气3种组分的混合模型,该模型中炸药及爆轰产物采用Jones-Wilkins-Lee(JWL)状态方程,空气采用理想气体状态方程,在固相与气相间满足等压假设和体积可加性,气相组分间满足等温假设和分压定理。该模型无需迭代求解,计算效率较高。化学反应率采用"点火—生长"模型,采用AUSM+-up格式计算通量。计算了空气中球形TNT装药的爆炸问题,可以清晰地看到爆轰波在流体界面上发生的透射、反射等一系列复杂作用过程。计算得到的超压峰值在直至距药球表面5 cm的位置都与实验结果符合良好,冲击波到达时间、超压比冲量等与现有实验结果也符合较好,验证了本方法的有效性和准确度。

爆炸近区荷载模拟试验技术研究进展

精确制导武器的发展,实现了对目标的精准定位、精确打击,直接将战场重要防护目标置于弹药近区爆炸作用范围内。爆炸近区能量密度大、荷载峰值高、加载速率快,呈现出强烈的非线性,已不能利用相似律等现有理论进行分析,而已建试验设备远不满足实现爆炸近区荷载精确模拟的条件。系统总结分析了在实验室环境下采用非爆炸手段模拟爆炸近区荷载的最新研究进展,指明高速驱动液压撞击是目前爆炸近区荷载模拟更为有效的试验技术,具有明显优势,以期为爆炸近区毁伤效应试验技术研究提供参考。

地下拱形结构近区爆炸荷载分布数值分析

钢筋混凝土拱形结构作为防护工程的主要结构形式,其在爆炸荷载作用下的表面荷载分布直接影响着结构的毁伤破坏。鉴于近区爆炸荷载的非均布特性给试验量测分析带来的困难,利用数值软件AUTODYN研究了顶爆条件下装药量、爆距对拱形结构荷载分布的影响。结果表明:装药量及爆距对结构表面荷载分布形式有较大影响,在爆距一定的情况下,随着装药量的增加,拱形结构表面峰值超压非线性分布显著;在装药量不变时,随着爆距的减小,拱形表面荷载的类三角形分布形式趋于明显。

近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏与动态响应的数值模拟

民用建筑中广泛使用的砌体填充墙在爆炸荷载作用下产生的碎块严重威胁着建筑物内部人员和设备的安全。尤其是近区爆炸作用下,墙体会产生更为严重的局部破坏,碎片飞散速度更快,但已有的相关研究工作仍旧较少。基于已有普通黏土烧结砖填充墙的近区爆炸试验,开展了近区爆炸作用下砌体填充墙损伤破坏和动态响应的数值模拟,对比验证了Load Blast法、任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Eulerian,ALE)法和冲量法模拟近区爆炸荷载作用、预测墙体损伤破坏和动态响应的适用性。通过冲量法进一步讨论了相同比例距离下的爆炸距离、砌块砂浆界面黏结强度以及砌块材料模型的影响。结果表明:近区爆炸中,相同比例距离下,墙体损伤通常随爆炸距离增加而加剧,由局部破坏向整体坍塌破坏模式发展;墙体的抗爆性能随砌块砂浆黏结强度增强而得到强化,主要受剪切失效应力控制;MAT_BRITTLE_DAMAGE和MAT_WINFRITH_CONCRETE模型较MAT_SOIL_AND_FOAM模型预测效果更好。

爆炸荷载下深地下硬岩的动力模型及其数值分析

为了提高深地下硬岩爆炸近区岩体动力行为预测的可靠性和准确性,引入改进的C.C.Grigorian模型,详细推导了本构方程的积分。基于LS-DYNA9703D二次开发平台拟制用户子程序,计算了岩体耦合装药时高围压条件下球状药包中心起爆时爆炸近区的岩体动力响应。研究了不同围压时空腔壁上质点永久位移规律,揭示了围压、岩体抗压强度与空腔半径变化之间的关系,并与类似试验结果及弹性模型、弹塑性模型的计算结果进行了对比分析。结果表明,改进的C.C.Grigorian模型的计算结果与实验符合较好,适用于高围压水平下的爆炸近区计算;爆炸空腔膨胀受围压约束显著,相对空腔半径和围压与岩体强度之比近似成线性关系。

压力测量中一种隔振措施的试验研究

爆炸近区试验中,强烈的瞬时振动常对测量冲击波压力的传感器造成严重干扰甚至将其损坏。为避免这种现象,设计了一种灵活性较好的隔振结构,通过现场爆炸试验,将采取隔振措施的传感器和非隔振传感器获取测试数据进行比较,并利用某级间段爆炸分离试验进行验证。结果表明:该隔振措施效果显著,能够抑制部分或完全消除振动噪声的干扰。

填充式野战防护装置抗爆性能试验研究

采用接触爆炸与近区爆炸的试验方式，对填充式野战防护装置的抗爆性能进行了系统研究。通过不同当量集团装药对试件的接触爆炸与近区爆炸冲击试验，分析了填充式野战防护装置抗榴弹瞬发引信一发直接命中的能力；并验证了植物土填充的野战防护装置替代轻型野战工事防护层的可行性，为填充式野战防护装置的作战应用提供参考依据。