舱室内爆下舰船结构损伤的一种计算方法

为了评估舱室内爆多载荷耦合作用下舰船结构的损伤范围,设计了大尺度舱段模型,并开展了舱室内爆毁伤试验,试验后测量了舱室结构的破坏范围及破坏模式,分析了舱室内爆多载荷耦合作用下舰船结构的损伤机理,据此建立了舱室内爆下舰船结构损伤的计算方法。结果表明:(1)舱室内爆下形成的强冲击波载荷和准静态压力载荷可对舰船结构造成大范围的损伤,形成多种破坏模式;(2)舱室内爆下准静态压力载荷是舱室结构损伤破坏的主要毁伤元;(3)建立的舱室内爆载荷下结构损伤变形计算方法可同时考虑强冲击载荷和准静态压力载荷对结构的损伤破坏,理论计算结果与试验结果吻合较好。

舱室内爆载荷燃烧增强效应试验及仿真研究

[目的]TNT炸药在密闭空间中发生爆炸时,其爆轰产物的燃烧效应不可忽视,为准确分析TNT炸药在密闭空间中的爆炸载荷,需要探究爆轰产物燃烧释放的能量与药量体积比的关系。[方法]首先开展5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境密闭空间中的爆炸试验,然后基于化学反应分析、能量守恒、等熵假设3种不同的方法计算5种不同药量体积比对应的爆轰产物燃烧能量,并基于有限元分析软件ANSYS/AUTODYN开展考虑燃烧效应的密闭空间内爆炸数值计算。[结果]准静态压力仿真结果与试验结果的对比表明:3种方法中,通过化学反应计算得到的燃烧能量理论值可作为上限值,能量守恒法的准确性依赖爆炸后混合气体的绝热指数,等熵假设法仿真值与试验值误差稳定在4%~7%之间;不同的燃烧能量释放历程会影响反射冲击波压力,但不改变最终的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船抗爆结构设计及毁伤评估提供更精确的输入载荷。

DNTF基层状复合温压装药爆炸过程及能量释放特性

为探究3,4-二硝基呋咱基氧化呋咱(DNTF)对层状复合温压装药爆炸释能过程的影响,制备了外层装药具有不同铝粉含量(60%~94%)和不同DNTF含量(0~40%)的多种双层复合装药,采用密闭罐体进行了氮气与空气环境下的爆炸试验,并基于准静态压力与有效机械能的关联性,获得了装药在不同反应阶段的输出能量,同时结合爆炸火球的演变,分析了不同装药的铝粉后燃烧过程。结果表明,当外层装药的DNTF为40%时,其被冲击分散后,散布的DNTF颗粒极易点火并迅速增长,提升了铝粉无氧燃烧速率与云团边缘铝粉有氧燃烧速率,爆轰及无氧燃烧释放的机械能之和比同组分均匀装药提升12%;当外层装药中的DNTF由同比例的聚四氟乙烯(PTFE)替代时,铝粉抛撒后的燃烧速率大幅降低,与外层装药含DNTF的复合装药相比,释放的总机械能下降约22%,冲击波超压、温度也下降显著;当外层装药全部为铝粉时,高浓度的铝粉云团发生持续时间长且剧烈的有氧燃烧,释放的总机械能下降仅为5%,但爆轰及无氧燃烧释放的机械能之和却下降32%,冲击波超压峰值下降幅度较大。可见,复合装药外层中的DNTF组分对于提升铝粉云团的燃烧速率及爆炸早期的能量释放速率具有重要作用。

有限空间炸药装药内爆炸威力的评估方法综述

通过分析有限空间内爆炸过程和能量释放特点以及自由场与有限空间内爆炸的能量输出特性,讨论了冲击波压力-冲量、屋顶举起位移、准静态压力和冲量-准静态压力4种内爆炸威力评估方法的适用性,提出应当使用冲击波峰值压力和冲量评估炸药爆轰释放的能量、准静态压力评估炸药内爆炸释放的总能量、屋顶举起位移和冲量-准静态压力权衡的方法评估炸药内爆炸的综合威力性能。附参考文献27篇。

舱室密闭空间中爆炸载荷燃烧增强效应试验研究

为研究梯恩梯(TNT)爆炸产物的燃烧释放能量对密闭空间中的爆炸载荷增强效应,开展7.50 g、11.25 g、15.00 g、22.50 g、30.00 g 5种不同质量的TNT分别在空气和氦气环境(抑制燃烧)密闭空间中的爆炸试验。通过压力、温度传感器及三维数字图像相关技术,得到爆炸载荷历程、准静态压力、封闭空间内气体温度、金属板试件的动态响应和最终变形等试验数据。对试验结果的分析和对比发现:TNT爆炸产物的燃烧效应对封闭舱室内的爆炸载荷与结构响应影响显著,5种不同质量TNT在氦气环境中爆炸的准静态压力、温度峰值相较对应的空气工况中的降幅分别在38.81%~46.85%和57.53%~76.35%;试件最终变形较空气工况的降幅在19.1%~48.9%;建议在结构内爆响应的计算评估中应考虑爆炸载荷燃烧增强效应的影响。

全封闭舱内爆炸载荷作用下薄板变形研究

在内爆炸载荷作用下,舱室内部长时程准静态压力载荷会对结构极限变形产生重要影响,使得其结构响应与敞开环境空爆下的情况有较大区别。计算分析了方形薄板在内爆炸载荷作用下动态响应,基于薄板在冲击载荷作用下的变形规律,提出了用于评估结构在内爆炸载荷作用下极限变形的无量纲损伤数。该无量纲损伤数考虑了舱室体积、炸药能量、结构几何尺寸及屈服强度等因素对内爆炸载荷作用下结构变形响应特性的影响。薄板变形的分析结果表明,结构极限变形与板厚比和无量纲损伤数之间存在明显线性关系,可通过拟合获得舱内爆炸载荷作用下结构极限变形的快速预报经验公式。提出的无量纲损伤数考虑了板大变形响应过程中的中面膜力效应和板厚影响,更加适合于分析薄板在内爆炸载荷作用下的塑性大挠度变形值。

缝槽水压爆破破岩载荷实验研究

针对缝槽爆破中以空气作为不耦合介质,其冲击波和准静态压力较小、炸药能量利用率低、破岩能力弱的问题,提出缝槽水压爆破方法.利用水的微压缩性,以及传能效率高等特点,以水作为炮孔不耦合介质,提升缝槽爆破破岩载荷,开展其爆破破岩载荷特征研究.通过自主研发的缝槽爆破载荷测试实验系统,分别开展缝槽空气不耦合爆破和缝槽水压爆破实验.结果表明:水作为缝槽爆破不耦合介质,其冲击波压力峰值约是缝槽空气不耦合爆破的35倍,冲击波压力上升沿更平缓,入射效率更高;其准静态压力峰值是缝槽空气不耦合爆破的37~46倍,水压爆破的准静态压力压降缓慢,保压时间更长.研究表明,缝槽水压爆破的炸药能量利用率高,爆炸载荷提升明显.上述研究成果有助于深入认识缝槽水压爆破破岩载荷特性,同时对该方法的工程应用提供理论和实验支撑.

水雾对舱内装药爆炸载荷的耗散效能试验研究

为了分析水雾对舰船舱内爆炸冲击波的耗散与衰减作用,通过舱内装药爆炸试验研究方法,在有限空间爆炸舱中心设置爆源,测量并对比在有无喷雾工况下舱内典型位置的壁压和准静态压力。结果表明:在水雾抑爆的舱内爆炸试验中,水雾对舱内爆炸载荷的准静态压力和超压峰值削弱作用明显,其中27.5 g梯恩梯爆炸角隅位置的初始冲击波超压衰减率为26.47%,二次反射冲击波波峰值衰减率达到27.27%,准静态压力衰减率达到31.82%;喷雾液滴分布特性相同情况下,随着装药量增加,水雾对冲击波和准静态压力的衰减效果不断降低。

密闭空间内爆炸载荷抑制效应实验研究

炸药在密闭空间内爆炸时的爆炸载荷与在敞开环境中有很大差异,在密闭空间内,TNT炸药的爆炸产物能够与周围空气充分混合并发生燃烧反应进而释放额外的能量,使密闭空间内的反射冲击波及准静态压力均明显增加。为探究不同气体环境对密闭空间内爆炸载荷的抑制效应,开展了3种不同药量的TNT分别在空气、水雾和氮气环境密闭空间内的爆炸实验研究,通过理论计算和实验对比分析了密闭空间内的爆炸载荷压力、温度及受载钢板试件响应特性。结果表明,水雾和氮气均能有效降低空间内的准静态压力和温度,对准静态压力的平均降幅分别为36.0%和51.7%,对温度的平均降幅分别为42.6%和40.3%;在水雾和氮气环境中的爆炸载荷作用下,钢板试件动态响应较空气环境中显著降低,其中160 g药量下,水雾和氮气环境中钢板试件的最终变形分别减少了15.9%和23.5%,氮气的减弱效果优于水雾;水雾和氮气均能及时有效地抑制封闭空间内的爆炸载荷,降低结构的损伤程度。

切槽爆破中切槽的导向机理

以爆炸理论和断裂力学为基础,探讨了切槽爆破中切槽的导向作用机理,阐明了切槽爆破中初始裂纹生成的定位性及其扩展的定向性,以及切槽中分面上裂纹优先扩展等保证破裂面得以精确控制的断裂特征。

结构内爆炸荷载作用下钢筋钢纤维混凝土抗爆墙设计探讨

基于内爆炸原理,分析了结构内爆炸荷载的组成,提出了内爆炸荷载作用下抗爆墙的解析计算方法,对钢筋混凝土抗爆墙设计进行优化;提出将钢纤维应用于抗爆墙设计,并结合实例对钢筋混凝土与钢筋钢纤维混凝土抗爆墙进行计算对比。结果表明:准静态气体压力使结构内抗爆隔墙所受荷载比建筑外抗爆墙高出25%以上;在相同距离、相同爆炸当量条件下,钢筋钢纤维混凝土比普通钢筋混凝土抗爆墙厚度减少11%。

不耦合装药系数对巷道光面爆破效果的影响分析

为使光面爆破达到较好的爆破效果,以岩石力学及爆炸气体冲击波理论为基础,分析了光面爆破施工中不同的不耦合系数对爆破效果的影响,推导出了不耦合系数的两个计算公式,其计算的数值分别是不耦合系数取值区间的上下线,最合理的不耦合系数应介于这个区间中,由于区间的上、下限非常接近,不耦合系数在此区间中取值便能满足光面爆破的需要,该计算公式可以作为有关爆破工程中选取不耦合系数的参考依据之一。

水压爆破时的准静压作用及其破坏判据

从理论上探讨了水压爆破时容器内的准静压力及其作用下容器壁内的准静态应力场。

水介质对舱内爆炸抑制作用的实验研究

为探索舰船抗舱内爆炸的机理和技术手段,设计了多舱室缩比模型,开展了有水和无水介质的爆炸实验,对比了爆炸当舱水介质对爆炸反应过程、邻舱冲击波峰值、比冲量及准静态压力的影响。研究结果表明:(1)水介质对舱内爆炸邻舱冲击波峰值、比冲量和准静态压力均有明显的衰减作用;(2)在一定区间内,炸药当量越大,水介质抑制内爆炸的效果越明显;(3)水介质能有效阻碍燃烧等爆炸后续效应,影响准静态压力形成。

舱内爆炸作用下固支方板的变形与破坏模式

舱内爆炸与自由场爆炸载荷特点明显不同,威力比同等当量下的自由场爆炸大得多。本研究制作了内爆炸载荷发生装置,开展了不同方板在舱内爆炸作用下的动态响应与损伤特性试验,对比了舱内爆炸载荷特点、板的塑性变形、板的损伤特点,讨论了无量纲数的适用性。研究表明:(1)舱内爆炸作用下角隅处的冲击波压力峰值明显大于其他区域,但各测点的冲量趋于一致;(2)炸药相对泄爆孔位置的不同,主要通过影响准静态压力改变方板的变形,初始冲击波的影响相对较小;(3)舱内爆炸作用下固支方板的破坏模式主要为Ⅰ类破坏和Ⅱ类破坏,即整体大塑性变形破坏和边缘拉伸失效。

舱内爆炸准静态压力形成机理的研究

舱内爆炸准静态压力载荷是反舰导弹半穿甲战斗部最重要的破坏载荷之一。基于炸药爆炸过程中的化学反应过程和状态方程开展了准静态压力的理论分析与预测,并通过模型试验验证预测公式的正确性,讨论了在有无氧气环境下的准静态压力。研究结果表明:(1)舱内爆炸与自由场爆炸有较大的不同,除了多次反射的冲击波外,还存在准静态压力;(2)基于状态方程提出的准静态压力计算方法具有一定的预测能力;(3)需要氧气支撑的后续燃烧效应对准静态压力的形成至关重要。研究结果能为舱内爆炸作用下的舱室毁伤防护机理的揭示和防护设计提供有效支撑。

改变应力状态的抗内爆炸舱壁

舱壁损毁是舱内爆炸破坏范围增大的重要前提。本文根据缩比模型实验结果划分了舱内爆炸作用下的舱壁破坏模式,采用考虑应变率效应的Cowper-Symonds本构关系建立了舱壁结构有限元模型,分析了其在内爆炸作用下舱壁变形的主要过程,对比了有无弧形边界过度时舱壁的变形、塑性变形及应力状态,讨论了新型舱壁抗爆炸破损的主要机理。研究表明:(1)舱内爆炸作用下舱壁结构有大塑性变形、边缘撕裂、整体倾覆和整体吹飞等4种破坏模式;(2)新型舱壁能有效提高舱壁的抗破损能力;(3)提高抗破损能力的机理主要有两个,分别为降低局部塑性变形和剪切应力、通过改变应力状态提高材料的临界失效应变。

舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究

文章设计了典型多舱结构模型,开展了多舱结构在舱内爆炸作用下的毁伤特性实验,测量了爆炸破片和冲击波载荷,并用高速摄像机记录了爆炸毁伤过程,分析了塑性变形、毁伤模式等结构毁伤特点。结果表明:(1)舱内爆炸作用下结构受爆炸冲击波与破片群联合作用,且舱内爆炸载荷包含明显的准静态压力段;(2)紧贴战斗部的舱壁发生花瓣状破口并将压力泻到相邻舱室,较近结构受冲击波与破片联合作用效果明显;(3)加强筋较好地限制了爆炸破口,但变形梯度较大的地方易产生裂纹;(4)内爆炸作用下普通舱门是舱室结构薄弱环节,须重点关注。

反舰导弹舱内爆炸作用下舰船结构毁伤机理研究进展

反舰导弹对水面舰艇最主要的攻击模式是它侵彻舷侧后在舱内爆炸。论文系统总结了在反舰导弹舱内爆炸作用下舰船舱室结构毁伤机理的研究进展,论述了两种最重要的舱内爆炸载荷—高速破片群和舱内爆炸压力,分析了船体材料本构关系和模型的发展历程,回顾了在爆炸载荷作用下舰船板/加筋板/舱室动态响应的规律和毁伤模式。最后提出了反舰导弹作用下舰船结构毁伤机理的研究建议。

光面、预裂爆破成缝原理

阐述了光面、预裂爆破成缝的几个主要因素；从理论上分析了形成定向裂缝与孔距长短、准静压力大小岩体结构复杂性等要素密切相关；论证了裂纹长度能否贯通与孔距远近的关系；裂纹的生长是从孔壁开始并非从两孔中间产生．