近场近地爆炸下建筑柱爆炸荷载分布规律及简化模型

为了快速评估近场近地爆炸荷载下建筑柱的动力响应和破坏模式,通过数值仿真方法,探究了近场近地爆炸工况下冲击波在建筑柱迎爆面的分布规律,并提供了该工况下的爆炸荷载简化模型。为此,首先利用已有实验数据验证数值模型,并建立典型近地近场爆炸工况的数值模型,然后研究比例爆距和比例爆高对建筑柱冲击波特征参数的影响规律,最后拟合出柱迎爆面反射冲量和正相超压持续时间的计算公式,将柱迎爆面各点爆炸荷载转化为等效三角形荷载模型,为工程实践中建筑柱遭受近场近地爆炸作用下的抗爆设计提供荷载输入。研究结果表明:当比例爆高小于0.3 m/kg1/3、比例爆距在0.4~0.6 m/kg1/3范围时,最大反射冲量沿柱高可简化为三折线分布;当比例爆距在0.6~1.4 m/kg1/3范围时,最大反射冲量沿柱高可近似简化为双折线分布;在同一比例爆距和比例爆高工况下,随着炸药当量的增加,柱迎爆面相同比例高度处反射超压峰值保持不变而反射冲量正比于当量的立方根。

运动炸药近地爆炸冲击波场特性研究

为研究运动炸药近地爆炸冲击波场分布特性,运用AUTODYN软件对不同运动速度炸药近地爆炸过程进行数值仿真,地面超压峰值仿真结果与等效经验公式计算值符合程度较好。通过对扰动压力场、爆炸初始压力场以及地面特征位置峰值超压的对比分析,得到炸药运动速度对近地爆炸冲击波场分布的影响规律。研究结果表明:炸药运动速度对地面冲击波峰值超压有增益作用,随着炸药运动速度的增加该增益作用增强;炸药运动速度对地面峰值超压的增益作用随比例距离的增加逐渐减弱,3倍比例距离外可认为无明显差异。

近地爆炸冲击波传播特性数值模拟与应用

建立了特定当量的TNT自由场和近地爆炸模型,通过对比自由场冲击波超压经验公式,验证数值模拟的准确性。在近地爆炸模型中,分析了冲击波的传播过程、空气冲击波的传播特性和三波点移动路径,可为弹药热烤试验中冲击波超压传感器的布置和数据分析提供参考。

近地爆炸地面冲击波传播规律的数值研究

针对近地爆炸严重威胁地面人员和建筑安全的问题,利用ANSYSY/LS-DYNA软件对炸药近地爆炸进行数值仿真,仿真结果与叶晓华公式和GB6722—2003公式吻合较好。结果表明:在马赫反射区,同一波阵面上地面部分的压力明显高于空中部分;地面冲击波的超压随着距离增大不断减小,衰减趋势随着高度增加逐渐变缓;同一单元的超压与高度成反比关系,且高度的影响随距离增大不断减弱。

近地空中爆炸作用下钢框架结构冲击响应

采用多物质欧拉与拉格朗日耦合算法,对框架结构和混凝土地面采用Lagrange单元、空气和炸药采用多物质ALE单元,建立流固耦合有限元模型,对一个五层的钢框架结构在近地爆炸作用下冲击压力波的传播过程、结构冲击响应和变形以及破坏过程进行了数值模拟。数值模拟分析结果表明,拉格朗日-欧拉耦合算法较好地模拟了爆炸冲击波在介质中的传播和作用在结构上的爆炸荷载效应。在爆炸近区,空气爆炸冲击波的衰减速率快;爆炸产生强烈的冲击波首先使钢框架结构正面的柱和梁柱节点区产生很大的塑性变形,钢框架柱在发生爆炸的瞬间失去承载能力,最终导致建筑物整体倒塌。考虑结构变形和流体荷载间的相互影响可以较真实地模拟结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌过程,为研究结构在爆炸荷载作用下的连续倒塌提供了有效手段。

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。

圆柱装药近地空爆冲击波峰值超压空间转换模型

为研究近地空爆冲击波峰值超压空间数值关系,基于镜像法、角等分和超压归一化思想,确定了冲击波空间传播界线,建立了混合流场中超压的理论计算方法。首先,利用三波点轨迹与爆高水平线交点、虚拟爆源、真实爆心三者连线构成的几何约束以及马赫反射终点条件,确定了冲击波流场分布界限。其次,等分测点角度,并基于超压归一化值分段线性假设构建归一化值方程。然后将归一化值方程扩展为圆柱装药长径比、爆高、当量、测点角度和比例距离的函数。最后,基于控制变量法,利用符合经验公式和实爆结果的圆柱装药近地空爆AUTODYN-2D数值模型的计算结果代入上述函数求解。结果表明:以长径比、比例爆高、比例距离和测点角度为输入参数的峰值超压空间转换模型可描述圆柱装药近地空爆峰值超压的空间数值关系,转换效果良好。

关于天基探测近地核爆瞬发辐射的思考

分析探讨了利用瞬发辐射天基探测核爆炸(包括空间核爆和近地核爆)的可行性,概略估算了近地核爆某些瞬发辐射粒子(含X,γ射线及中子等)自爆点垂直传播至同步探测卫星处的传输总衰减倍数A及相应的辐射厚度B和物理衰减因子Aph等。得出结果:利用γ射线与中子可探测高于10km的核爆;利用10keV X射线可探测高于40km的核爆炸,利用1keV X射线可探测高于80km的核爆炸。

爆坑尺寸的计算与试验研究

为了研究爆坑尺寸与爆炸位置和爆炸当量的函数关系,归纳了国内外炸药近地面爆炸成坑效应研究情况,分析了爆炸形成的爆坑尺寸计算公式和适用条件,并将野外爆炸试验的数据与计算公式及相关文献给出的试验结果进行对比,分析了结果偏差所产生的原因。结果表明:爆坑尺寸计算公式需考虑爆炸高度的影响,还应结合一定次数的场地试验来得到不同场地上爆炸成坑尺寸与爆炸当量和爆炸高度的函数关系,并且考虑炸药种类;同时爆坑试验结果离散性大,爆坑尺寸计算公式应采用上下限的形式。