船舶进气装置冲击波试验北大核心CSCD

为评估船舶进气装置承受爆炸冲击波的能力,进行冲击波试验研究。通过对比各爆室的不同装药量,发现冲击波超压峰值与爆室1的装药量成正比关系;冲击波波形与爆室2-爆室7的装药量有关,爆室2的装药量决定了冲击波的完整性。通过分析试验数据,结果表明：爆炸冲击波的冲击波冲量最大值滞后于冲击波超压峰值的最大值;进气装置可以承受超压峰值84.45 k Pa爆炸冲击波产生的15 260.84 k Pa·ms冲击波冲量的作用力。     

船舶进气装置冲击波数值模拟

为确定船舶进气装置承受冲击波的能力,建立二维有限元模型。通过采用AUTODYN程序对进气装置在冲击波载荷作用下的受力情况进行理论分析,得到爆炸冲击波对进气装置的冲击作用力,表明船舷侧的百叶窗式格栅对冲击波有明显的衰减作用。     

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.     

后燃烧效应对约束空间内爆炸载荷的影响规律

[目的]为了研究后燃烧效应对约束空间内炸药爆炸载荷的影响规律,[方法]将反应率模型耦合到可压缩欧拉方程中,并以源项的方式进行后燃烧能量的添加。采用五阶WENO有限差分格式和三阶TVD-RK格式对耦合方程空间项和时间项进行离散求解,自主编写约束空间内炸药爆炸后燃烧过程的二维数值计算程序。基于自主程序开展不同工况下内爆炸后燃烧效应数值计算,探讨内爆炸过程中反应速率及后燃烧能量大小对爆炸载荷的影响规律。[结果]研究表明:在后燃烧能量大小一定的情况下,反应速率常数增大时,冲击波到达时间提前,冲击波峰值、冲量均增大,准静态超压峰值保持不变;在反应速率常数一定的情况下,随着后燃烧能量的增大,冲击波峰值、冲量及准静态超压峰值均增大;后燃烧能量的加入能显著增强爆炸载荷强度。[结论]研究成果可为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

基于SPH方法的浅水爆炸研究

通过SPH方法,利用Fortran编程,首先对自由场中装药爆炸进行模拟,将结果与经验公式对比,验证Fortran程序的有效性和正确性。然后对浅水爆炸问题进行数值模拟,再现浅水爆炸的基本物理现象,研究浅水爆炸相对于无限水域爆炸所独有的压力和冲量特性;通过对浅水爆炸不同参数的研究,给出了不同爆深对压力和冲量的影响,分析水底泥沙密度对冲击波压力的影响,给出不同泥沙密度下浅水中压力的变化规律。研究表明,浅水爆炸同时受到水面和水底的作用,水面效应使压力曲线产生截断效应,底部效应会增加压力脉宽。随着爆深的增大,压力曲线逐渐由削弱峰值、削弱脉宽过渡为增大峰值、增大脉宽,冲量逐渐增大,水冢逐渐减小;随着泥沙密度的增加,浅水中压力峰值增大,作用脉宽也增大,直达波、水面反射波以及水底反射波的相互作用更加明显。本文研究旨在揭示上述问题的作用机理,总结规律性结论,为舰船水下爆炸结构响应预报和舰船结构的防护设计提供参考。     

内爆下爆距对舱壁变形挠度影响的数值模拟研究

为了研究舱内爆炸时爆距的改变对远爆端和近爆端舱壁变形挠度的影响,运用有限元分析软件建立舱室内爆的仿真模型,分析了爆距变化后舱壁的变形情况及非舱室中心爆炸时舱内冲击波的分布及压力的作用情况。结果表明,在爆距比L_1/L_21时,远端舱壁的变形挠度总大于近端舱壁,两舱壁的变形挠度差随L_1/L_2的增大而增大。当爆距L1增大时,远端舱壁的变形挠度基本呈线性增加,挠度增量约为爆距增量的11%,而近端舱壁的挠度变化不明显;当爆距比L_1/L_21时,舱内爆炸后作用于远端舱壁的冲击波为初始冲击波与来自近端舱壁及四周刚性舱壁的反射冲击波相互作用而形成的叠加波。远端舱壁的冲量总大于近端舱壁的冲量,且两侧舱壁的冲量差值随着L_1/L_2的增大近线性增加。结果可为内爆下舱壁的防护研究提供一定的参考。     

水下爆炸冲击波和气泡脉动的数值模拟研究

运用AUTODYN程序对水下爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟研究.首先模拟了无限水域中的水下爆炸冲击波,然后将深水爆炸简化为一维问题,采用一维方法对深水爆炸冲击波和气泡脉动进行了数值模拟,并将模拟结果与经验公式和实验结果进行了比较.模拟结果表明,AUTODYN能准确模拟近场水下爆炸冲击波和深水爆炸气泡脉动过程,计算得到的近场水下爆炸冲击波峰值压力和比冲量、水质点速度、气泡最大半径、脉动周期、二次压力波的峰值压力和比冲量等特性参数均与经验公式、理论公式和实验结果吻合良好.远场的冲击波峰值压力的计算值小于经验值,而且计算误差随着爆距的增加而增大.最后总结了模拟结果,得出了对工程应用有益的结论.     

炸药背基对爆炸冲击载荷的影响分析

针对一固支方板结构建立自由场爆炸和背基爆炸2种计算模型,通过改变炸药质量和相对爆距等参数,对比不同工况下2种爆炸模型中目标方板所受到的爆炸冲量,结果表明,与自由场爆炸相比,背基爆炸的爆炸冲量会显著增强。冲量增强因子仅与相对爆距有关,与炸药质量无关。当相对爆距增大时,冲量增强因子先随其增大而减小,当相对爆距超过一个临界值后,冲量增强因子为一定值。根据计算结果,提出冲量增强因子的经验计算公式,以方便工程应用。     

冲击波作用下变形圆板表面载荷研究

为了能够快速确定爆炸冲击波作用下变形圆板表面的载荷大小,首先,通过数值模拟方法探究了爆炸冲击波与固支圆板的相互作用过程,获取了变形圆板表面爆炸载荷的分布规律。然后,引入量纲分析,探究了圆板半径、厚度、爆心距圆板的距离、目标点距圆心的距离以及TNT当量等因素对变形圆板表面爆炸载荷的影响。最后,结合数值仿真和量纲分析,推导了变形圆板表面任意一点处爆炸载荷（最大冲量）的计算公式。结果表明,在变形圆板表面,爆炸载荷的分布非均匀,圆板中部压力峰值和冲量较边缘高;推导的公式能够较好快速计算出圆板表面载荷。研究结果可为相关防护结构设计和安全评估提供快速简单的参数输入。     

典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性

[目的]为研究典型舱内爆炸载荷对加筋板的毁伤特性,将舱内爆炸载荷分为初始爆炸冲击波载荷和准静态气压载荷,利用有限元分析软件LS-DYNA开展爆炸载荷下固支单向加筋板毁伤特性的数值模拟。[方法]主要模拟载荷冲量相等和载荷峰值相等时固支单向加筋板的变形特性,以及加筋板分别在初始爆炸冲击波载荷、准静态气压载荷及2种载荷联合作用下的毁伤特性,并分析上述载荷作用下加筋板的变形特点。[结果]结果表明:当作用在加筋板上的冲量相等、载荷作用时间小于0.05倍垂向一阶自振周期时,加筋板的最终挠度值处于最大值附近;当载荷峰值相同时,存在饱和冲量值,达到饱和冲量值以后,载荷作用时间不再影响加筋板的最终变形。[结论]在舱内爆炸载荷作用下,加筋板的最终变形不是2种载荷作用下的简单叠加,2种载荷的联合作用会增强毁伤效果。     

舰船舱段模型在水下爆炸作用下的壁压分析

对舰船舱段模型进行了海上水下爆炸试验,试验的目的是测试药包处于不同水下深度时,舱段模型龙骨处冲击载荷的差别。试验时,测量了自由场压力和壁压。根据试验结果,给出了自由场压力与壁压实测曲线。同时,采用正向超压时间计算公式,和实测自由场冲击波长超压时间以及自由场压力峰值与壁压峰值进行了对比。最后利用matlab软件对自由场压力和壁压进行了定性分析。试验结果对海上水下爆炸理论分析和今后的海上水下爆炸试验均有一定参考价值。     

近自由面水下爆炸冲击波切断效应研究

近自由面水下爆炸形成的冲击波到达自由面时会反射稀疏波,并伴随着水面的上升、破碎和飞溅等复杂物理现象。文章基于无网格SPH方法建立了近自由面水下爆炸数值模型,开发了计算程序,模拟了冲击波和自由面反射的稀疏波的相互作用过程,分析了切断现象的特性、产生机理以及对冲击波参数的影响。研究发现,爆心正上方且距自由面较近处,稀疏波作用最强;近自由面爆炸冲击波冲量可衰减为无限水域爆炸的1/3左右。文中的研究旨在探索冲击波在自由面处的传播规律,并为近自由面水下爆炸载荷的确定提供参考。     

抛石基床水下爆破夯实的振动冲击监测与分析

针对港口码头抛石基床水下爆破夯实过程中的振动冲击问题,结合威海港国际客运码头工程实例,对基床爆夯产生的水中冲击波超压与质点爆破振动速度进行监测。通过对比,分析水中冲击波超压监测值小于经验公式计算值、水平径向质点振动速度监测值大于经验公式计算值的原因,研究水中冲击波超压与爆破地震波对临近已建成码头的作用和影响,利用监测数据拟合得到可供类似工程参考使用的水中冲击波超压经验公式,可为基床爆夯施工的安全技术工作提供参考。     

泄爆薄板厚度对舱室破坏及舱内载荷影响的数值仿真

[目的]为了研究DDG 1000驱逐舰所采用新型舷侧泄爆结构中泄爆薄板厚度对泄爆效果的影响,[方法]首先,通过实验数据验证仿真方法的可靠性;然后,运用有限元分析软件建立泄爆舱室的仿真模型,分析薄板泄爆结构的泄爆原理,研究不同薄板厚度下舱室破坏及舱内载荷的变化情况;最后,通过函数拟合,得到比冲量和挠度随泄爆薄板厚度变化的二次函数模型。[结果]结果表明:舱室的破坏失效最先发生在薄板和舱壁的连接处,并逐渐向舱壁边角扩大,且薄板厚度越小,越容易形成泄爆口;泄爆口的形成表现为薄板整体飞出舱体;泄爆结构的存在对初始冲击波超压的影响不大,但能有效降低舱内的准静态压力和比冲量;造成防护舱壁变形的主要因素是前期的初始冲击波和反射冲击波,而造成防护舱壁最终破坏的主要因素是长时间作用的准静态压力。[结论]研究结果可为舰船舷侧舱室等结构开展泄爆设计提供一定的参考。     

基于能量法的船用气囊爆炸模型及破坏研究

针对船舶上排下水橡胶气囊的爆炸问题,建立分析计算模型,将爆炸能量分为储存的内能和囊体变形产生的变形能。采用TNT当量模型,利用"虚拟距离"计算冲击波超压强度,并从爆炸冲击波影响的超压特点和囊体多种爆炸破坏方式2方面定量评估爆炸的危害性。通过改进气囊的结构形式来避免不利爆炸破坏形式的产生,界定爆炸的安全空间,为船用气囊的设计计算及工程施工安全评估提供分析方法。     

密闭空间内爆炸准静态压力理论计算研究

[目的]密闭空间内爆炸过程不仅涉及冲击波的传播和反射,还包含复杂的后燃烧效应。后燃烧效应既增强了冲击波强度,还会对最终准静态压力产生较大影响。为对约束空间内爆炸准静态超压进行预测,[方法]基于化学反应分析及能量守恒定律,推导给出一种考虑后燃烧效应内爆炸准静态超压峰值的计算模型,并将模型计算得到的准静态超压与相关文献的实验测量结果及经验公式的结果进行对比分析,以验证所提理论模型的可靠性和准确性。[结果]结果表明:理论模型计算的准静态超压峰值与文献的实验测量及经验公式的结果吻合较好;Anderson经验公式在药量体积比小于0.5 kg/m~3的爆炸工况下并不适用,文献[8]的拟合公式不能外推至药量体积比大于8.87 kg/m~3的爆炸工况下使用。[结论]研究结果可为更好地了解内爆炸后燃烧效应对准静态压力贡献的物理机制,以及为抗爆结构设计及毁伤评估提供一定的参考和指导。     

实尺度舰船舱内炮弹静爆试验方法

[目的]为提高舰船在舰炮攻击下舱室损伤特性的等效性,更好地反映实船舱内炮弹爆炸对船体结构、设备和人员的毁伤特性,[方法]采用实船舱室模型进行炮弹舱内静爆试验,以得到舱内静爆冲击波的超压、准静态超压、结构应变等数据处理方法,最终得到实验爆源、舱室结构、设备和人体模型的简化方法及设计制作要求。[结果]根据试验结果,总结出局部花瓣破口(Ⅰ)、边界剪切断裂(Ⅱ)和板架大变形(Ⅲ)3种舱室结构的损伤模式及其判据。其中,新提出的损伤模式Ⅰ的判据为爆距小于0.25倍板架宽且爆源能量大于板的弯曲塑性变形能。[结论]该研究将前人总结的矩形板架爆炸变形破损模式进行了拓展,所得结果可为舰船抗爆校核评估与防护设计提供参考。     

水下爆炸载荷的统计特性

为研究水下爆炸载荷的概率密度,选取炸药密度、水密度作为随机变量,基于乘同余组合发生器,利用Fortran语言编写随机数生成程序,产生100组随机变量的样本;采用有限元程序LS-DYNA对水下爆炸冲击波进行仿真计算,得到冲击波的峰值压力;并检验其是否服从正态分布,验证最大熵法程序的正确性,采用最大熵法拟合其概率密度函数,研究爆炸载荷的统计规律,得到不同爆距,不同时刻的冲击波峰值压力的概率密度。该方法可较好地解决爆炸载荷的随机数理统计模型,为进一步进行结构的可靠性分析提供理论依据。     

WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律研究

舰船舱室内爆炸载荷主要包含瞬态多峰值冲击波和持续时间较长的准静态超压,为了研究WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律,基于Fortran平台,采用3阶、5阶、7阶WENO有限差分格式,开发了高精度舱室内爆炸载荷三维数值计算程序。采用Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用等经典算例初步考察了各数值格式的计算性能。开展了封闭舱室、泄压舱室内爆炸载荷数值计算,探讨了WENO格式精度对舱室内爆炸载荷影响规律。研究表明:WENO格式精度对舱室内爆炸冲击波载荷影响较大,对舱室内爆炸准静态超压载荷影响较小。     

水下爆炸载荷的统计特性

为研究水下爆炸载荷的概率密度,选取炸药密度、水密度作为随机变量,基于乘同余组合发生器,利用Fortran语言编写随机数生成程序,产生100组随机变量的样本;采用有限元程序LS-DYNA对水下爆炸冲击波进行仿真计算,得到冲击波的峰值压力;并检验其是否服从正态分布,验证最大熵法程序的正确性,采用最大熵法拟合其概率密度函数,研究爆炸载荷的统计规律,得到不同爆距,不同时刻的冲击波峰值压力的概率密度.该方法可较好地解决爆炸载荷的随机数理统计模型,为进一步进行结构的可靠性分析提供理论依据.