高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应实验研究

为了研究高速弹体对钢筋混凝土靶的侵彻/贯穿效应,以100 mm口径滑膛炮作为发射平台,驱动10 kg级卵形弹体以820~1195 m/s速度撞击强度为31.0~43.6 MPa的钢筋混凝土靶,获得了弹体侵彻/贯穿钢筋混凝土靶的终点弹道实验数据,并对弹体的侵彻/贯穿深度、靶板侧面自由面效应、弹体的变形进行了详细分析。结果表明:弹体的侵彻/贯穿深度为2.2~2.8 m,部分经验公式预估的侵彻/贯穿深度与实验结果吻合较好;当靶面相对尺寸较小且弹速较高时,靶板侧面自由面效应比较明显;当弹速达到1195 m/s时,弹体开始由刚体向半流体转变。

焊接薄壁弹体侵彻多层钢筋混凝土靶实验研究

为研究焊接薄壁侵彻弹体的技术可行性,进行了有限元数值仿真,并参考数值仿真结果设计了一组对比实验,利用100mm口径滑膛炮作为发射平台,开展了焊接薄壁弹体侵彻多层钢筋混凝土靶实验。通过实验对比分析了4种不同焊接薄壁弹体的结构响应和靶板破坏情况,优选出了较佳的头部焊接工艺和位置,并对尾部连接方式的强度进行了考核。研究结果可为焊接薄壁弹体的结构设计提供参考。

封闭空间内水层对爆炸载荷特性影响的实验研究

采用球对称爆炸装置,在球形容器中开展了炸药与水之间有空气间隙(层)的置水爆炸实验,根据实测的激波走时、压力和冲量等数据,对容器内置水爆炸载荷形成机制进行了分析,并探讨了爆炸过程中空气间隙与爆轰产物和水之间的作用机理。结果表明:置水爆炸时容器内壁受到的载荷主要包括幅值较低的前导空气冲击波和雾状水滴的持续撞击作用,有空气间隙的置水爆炸可以降低反射压力、准静态压力和冲量,空气间隙有利于水对爆炸载荷的消减效果。

硬岩中的可重复使用抗爆洞室结构设计技术

在原岩中直接进行化爆模拟试验是研究地震耦合效应的重要方法,但存在爆心附近原岩介质状态改变或地震传播路径变化的问题,从而导致地震信号质量差、工程代价高。为此,提出了在地下洞室中构建可重复使用钢纤维混凝土衬砌结构的抗爆设计思路。采用数值模拟方法,对结构损伤破坏的高风险区域及破坏形式进行了预测;根据数值模拟结果,制定了针对性结构设计方案。在设计建设的密闭设施内重复开展了数百公斤级TNT当量化爆试验,通过爆后壁面破损情况对比、钻孔取样与钻孔摄像观测,证实多次爆炸未对衬砌与原岩界面产生明显影响;相似事件在同一台站的地震信号表现出了较高稳定性和重复性,证明该抗爆结构达到了预期设计目标。该工作可为类似抗爆设施建设提供工程实例与技术参考。

黄土和砂土岩中填实爆炸辐射弹性波的对比研究

研究地下爆炸弹性区的震动特性,关键是获得场地介质与爆炸能量耦合作用下辐射弹性波的实验参数。对于不易加工成大尺寸模型的砂土岩,为研究其填实爆炸下辐射弹性波的特征,采用0.125 g TNT微型炸药球作为爆炸源,以塑性区可置换的?1 370 mm×1 200 mm黄土样品作为提供应力波传播路径的载体,用波阻抗近似相等的重塑黄土和砂土岩样品分别作为源区介质,对比分析了两种介质中微药量填实爆炸辐射的弹性波传播特征。实验结果表明:在测试范围内,两种介质中填实爆炸激发的弹性应力波粒子速度(位移)峰值的衰减规律、波形的主频变化规律一致;砂土岩中爆炸辐射的弹性波粒子速度(位移)峰值整体高于黄土、粒子速度波形的半高宽和主频低于黄土;砂土岩中爆炸耦合的向外传播的弹性波能量比黄土大。实测结果反映,黄土和砂土岩中填实爆炸弹性波能量耦合强度的差别。

弹体高速侵彻陶瓷复合厚靶的计算模型研究

针对平头弹高速撞击陶瓷复合厚靶的问题,以集中质量法为基础并考虑靶体的内摩擦效应对Fellows模型加以改进,建立侵彻过程的理论计算模型并利用Matlab编程求得不同撞击速度下弹体侵彻复合靶体的侵彻深度,模型得到了试验结果和数值计算结果的验证。参数分析的结果表明,陶瓷厚度的增加可提高复合靶体的抗侵彻能力,但随着初始撞击速度的提高,弹体的侵彻深度增长曲线趋于平缓。

挤压态和时效态U-Ti合金动态压缩及绝热剪切性能研究

用分离式霍普金森压杆(SHPB)实验装置对挤压态和时效态U-Ti合金进行动态压缩和剪切加载,获得其Johnson-Cook(J-C)本构模型,利用光学金相显微镜观察试件剪切前后的显微组织。结果表明:两种合金均表现出应变率强化效应,屈服应力随应变率的增加而增加;时效态比挤压态的U-Ti合金屈服应力高、绝热剪切敏感性高;时效态U-Ti合金强迫剪切区内出现白亮色的绝热剪切带(ASB),宽度为微米量级,ASB充当裂纹相互连接的桥梁,观察到裂纹尖端沿ASB边缘扩展,结合ASB的典型显微结构,推测在冲击载荷下,ASB边缘强度最低。

强脉冲载荷作用下端盖法兰结构的螺栓预紧力设计方法

为研究承受强脉冲载荷的端盖法兰结构的螺栓预紧力设计方法,利用实验室霍普金森杆平台,基于液压原理设计了一套实验装置,并结合数值模拟结果,对强脉冲载荷下端盖法兰结构的动态响应进行研究。通过研究发现:由预紧力和脉冲载荷引起的螺栓总拉伸应变随载荷峰值变化的曲线上存在最小极值点,并总结了最小极值点随载荷峰值、载荷脉宽的变化规律,为强脉冲载荷下法兰结构和预紧力设计提供了依据。

低速弹体贯穿钢筋混凝土多层靶的破坏特性

为获取大尺寸弹体对4层钢筋混凝土薄靶的贯穿破坏特性,开展了实验与仿真研究。以300 mm口径平衡炮作为发射平台,驱动280 kg截卵形弹体以337 m/s低速正贯穿4层抗压强度为41.8 MPa的钢筋混凝土薄靶,发现靶板破坏区域由锥形前坑区和后坑区组成。在此基础上建立了弹体正贯穿钢筋混凝土薄靶的破坏模型,并对破坏特性相关因素进行了分析。建立了有限元数值仿真模型,采用有限元分析软件LS-DYNA对整个贯穿过程进行了计算。将数值仿真结果与实验结果进行了对比,结果表明:速度及动能消耗最大误差分别为0.82%和6.21%,一致性较好;建立的数值仿真模型可用于弹体对多层靶侵彻能力的预估。

爆炸载荷下飞机典型加筋结构毁伤特性

为了探讨爆炸载荷下飞机典型加筋结构的响应规律,开展了爆炸实验,获得了飞机典型结构表面的反射超压历程,加筋结构的应变、位移等结构响应数据。并结合实验结果建立了高置信度的有限元模型,研究了所选结构的变形分布规律和塑性毁伤特性。结果表明,对于本文中选取的飞机加筋结构,塑性变形除了会开始于常见的加强筋中点外,还会开始于加强筋与加强筋联结处、加强筋与外框联结处。这主要是受加筋板的双向拉伸变形和应力集中的影响。进一步总结了随冲击波正压时间增长,能够引发加筋结构塑性变形的有效冲量和反射超压峰值阈值。研究结果对飞机气动外形、抗爆能力设计具有重要意义。

聚能装药水下爆炸冲击波载荷规律

对聚能装药水下爆炸近区压力分布进行了实验研究,将其结果与数值计算结果进行比较,验证了计算模型及方法的可靠性;利用数值计算方法研究了聚能装药水下爆炸冲击波的分布规律、不同装药形式冲击波的传播以及能量的分布。结果表明:水中近场冲击波具有较强的不均匀性,侵彻体前端的水介质中有较强的压力扰动,对正向冲击波有增强作用,等压线呈不规则形状,近场冲击波阵面呈"梨形"演化。

基于光子多普勒测速仪的冲量传感器

比冲量测量是脉冲辐射和爆炸与冲击实验研究中非常重要的参数测试技术。对靶托-传信杆冲量传感器的测速方式进行改进,采用光子多普勒测速仪对传信杆自由面进行连续速度测量。对一定面密度的光敏炸药在脉冲光源起爆下产生的比冲量进行了测量。实验数据表明,该冲量传感器能够较全面地反映靶托-传信杆组件在爆炸冲量作用下的运动过程。最后指出了该传感器存在的问题和进一步改进的措施。

基于双光源干涉的PDV数据补偿方法

针对结构动态响应测试中的大量程负向速度测量问题,设计了基于双光源干涉的光纤速度干涉仪(PDV)测试系统,与单光源PDV系统相比,大幅拓宽了负向测速范围。但在爆炸实验中发现,由于光源波长波动产生了位移基线漂移和振荡问题。为此,引入一路参考反射镜,产生双光源干涉本底信号,用于补偿位移基线,并研究了数据补偿算法。经实验验证,补偿后的位移基线漂移量为微米级,双光源模式及补偿方法可行且有效。

球形爆炸容器内炸药爆炸形成的准静态气体压力

准静态压力是爆炸容器设计的重要参考数据。在球形爆炸容器内开展了爆炸加载实验,压力传感器采用齐平和导孔两种安装方式,均获得了准静态压力数据,且两组数据一致。理论推导了准静态压力的表达式,并通过拟合实测数据得到经验公式。研究结果表明:(1)爆炸冲击波在容器内部往返3次后,容器内气体压力进入准静态;(2)准静态压力与当量容积比近似呈正比例关系,比例系数为1.10 MPa·m^3/kg TNT。

球形爆炸容器应变增长现象的极限情况

应变增长现象威胁容器安全,研究应变增长现象的极限情况对爆炸容器的安全应用非常重要。本文中开展了球形容器爆炸加载实验,获得了应变增长系数达到6.1的应变数据,并利用数值模拟分析球壳弹性变形范围内振动模态叠加形成的应变增长现象的极限情况。研究表明:(1)应变增长现象符合几何相似律,影响应变增长的因素包括扰动源类型、扰动源半径与球壳半径之比、球壳厚度与球壳半径之比、第一个应变峰等,其中扰动源参数是主要影响因素。(2)当扰动源位移被完全约束、扰动源半径等于球壳半径时,球壳上可能的应变增长系数接近12。