破片—冲击波复合作用对舰船弹药舱弹药冲击起爆技术的研究
物理与未来-展望物理在未来发展中的重要性
信息技术中的物理原理
1 2 3
半导体技术
物理学中的固体物理、量子力学等原理为半导体 技术提供了基础，推动了集成电路、微处理器等 电子器件的发展。
光通信技术
利用光的干涉、衍射等物理现象，实现高速、大 容量的光通信，推动了互联网、云计算等信息技 术的发展。
量子信息技术
基于量子力学原理的量子计算、量子通信等技术 ，有望在未来实现更高效的信息处理和传输。
然界的奥秘。
推动技术创新
物理学的研究成果将不断推动技 术创新，为人类社会带来更多的 科技进步和产业升级，提高生产
力和生活质量。
解决重大问题
物理学将致力于解决人类社会面 临的重大问题，如能源危机、环 境污染、气候变化等，为人类的
可持续发展做出贡献。
02
物理学在科技领域的应用
能源开发与利用
01 02
生物医学工程中的物理应用
生物电信号测量
利用物理学中的电学知识，测量生物体内的电信 号，如心电图、脑电图等。
生物力学研究
应用力学原理和方法，研究生物体的力学性质和 行为，如骨骼强度、肌肉收缩等。
生物光学应用
利用光学原理和技术，研究生物体的光学性质和 行为，如荧光显微镜、光学成像等。
物理疗法与康复医学
• 理论创新与突破：随着实验数据的不断积累，理论物理学需要不断创新 和发展，以更好地解释实验现象和指导新的实验探索。
• 跨学科合作与交流：物理学的发展需要与其他学科进行广泛的交叉融合 ，如数学、计算机科学、化学等，以共同推动科学进步。
• 社会应用与价值体现：物理学的研究成果不仅具有学术价值，还有广泛 的应用前景，如推动技术创新、解决社会问题等。因此，如何将物理学 研究与实际应用相结合，体现其社会价值，也是未来物理学发展面临的 挑战之一。
破片和冲击波对相控阵雷达天线罩的复合毁伤研究-论文
１１６
爆 破
２０１４年 ３月
２．２ 破 片侵彻 靶板 的有 限 元模型 由于结 构 的 对 称 性 ，为 节 省 计 算 内存 ，在 ＡＵ—
ＴＯＤＹＮ中建立 四分 之 一 的 ３Ｄ对 称有 限元 模 型 ，单 位为 ｉｎ、ｋｇ、１ＴＩＳ。根 据试 验 结 果 可 知 ，１００个／ｍ 破 片数 量足 够考 察此 类 尺寸 的雷 达天线 罩在 战斗部 动 态飞 散角 内遭 受破 片穿 孔 毁 伤 情 况 Ｊ。建 立 ６ ｍｍ 厚 、０．５ ｍ ｘ０．５ １３１的 铝板 ，１００个／ｍ 、冲击 速 度 为 １２５０ Ｉｎ／ｓ、边 长 为 １２ ｍｍ 的 方形 钨 破 片模 型 。铝板 与破 片有 限元 模 型 的网 格 划 分 尺寸 均 为 ３ ｍｎｌ。用 Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｂｌａｓｔ压 力 加 载 方 法 ，在 距 靶 板 中 心 位 置 １ ｍ处 加 载 ２ ｋｇ的 ＴＮＴ爆 炸荷 载 。铝板 四周 施加 固 定边 界 条件 和无 反 射边 界 条 件 ，在铝 板 上 取 ３个 不 同的观 测点 。其 中 Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｂｌａｓｔ的压 力 加 载 方 法 由式 （２）确定 ¨
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｄａｍａｇｅ ｅｆｌｂｃｔ ｏｆ ｐｈａｓｅｄ ａｒｒａｙ ｒａ（ｈ）ｍｅ ｂｙ ｆｒａｇｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｄｙｎａｍｉｃ ｓｏｆ ｔｗａｒｅ ＡＵＴＯＤＹＮ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｅｓｔａｂｌｉｓｈ ａ ｆ ｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｏｄｅｌ ｗｉｔｈ ａｎ ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔａｒｇｅｔ ｂｙ １００／ ｍ ｄｅｎｓｉｔｙ ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｆｒａｇｍｅｎｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ．ａｎｄ ｔｈｅ ａｎａｌｙｔｉｃａｌ ｂｌａｓｔ ｍｏｄｅｌ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｌｏａｄ ｓｐｈｅｒｉｃａｌ ｓｔｒｅｓｓ ｏｎ ｔｈｅ ｔａｒ— ｇｅｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｔｈｅ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｄａｍ ａｇｅ ｂｙ ｆｒａｇｍ ｅｎｔ ｂｅｆｏｒｅ ｔｈｅ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｒｅａｃｈｉｎｇ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｗａｓ ｓｔｕｄｉｅｄ；ｔｗｏ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｄａｍａｇｅ ｗａｙｓ ｆｏｒ ｐｒｅｐｕｎｃｈｅｄ ｈｏｌｅ ａｎｄ ｆ ｒａｇｍ ｅｎｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｗｅｒｅ ｓｉｍｕｌａｔｅｄ ａｎｄ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｅｘ— ｐｅｒｉｍｅｎｔ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｉｎｇｌｅ ｆｒａｇｍｅｎｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｔａｒｇｅｔ ｄｉａｍ ｅｔｅｒ ｗａｓ ２ ｍｍ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｅｘｐｅｒｔ— ｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ；ｔｈｅ ｆｒａｇｍｅｎｔ ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ ｌａｒｇｅｔ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｓｔｒａｉｎ ｗａｓ ０．１７５ ｌａｒｇｅｒ ｔｈａｎ ｔｈａｔ ｏｆ ｐｒｅｐｕｎｃｈｅｄ ｔａｒｇｅｔ，ａｎｄ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄａｍａｇｅ ｗａｓ ｍｏｒｅ ｏｂｖ ｉｏｕｓ．Ｔｈｉｓ ｍｏｄｅｌ ｐｒｏｖｉｄｅｄ ａ ｎｅｗ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｆ ｏｒ ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｄａｍａｇｅ ｂｙ ｆｒａｇｍ ｅｎｔ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ． Ｋ ｅｙ ｗ ｏｒｄｓ： ｒａｄａｒ ｄａｍａｇｅ；ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ ｔａｒｇｅｔ；ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ；ｆｒａｇｍｅｎｔ；ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ ｄａｍａｇｅ
破片尺寸对空爆冲击波及破片传播过程的影响仿真分析
郑红伟， 陈长海， 侯海量， 朱锡， 李典
同的情况下， 改变单个预制破片尺寸， 研究破片群单个破片尺寸对冲击波及破片自身传播过程的影响。 ［结果］ 结果表明， 预制破片群会阻碍破片正后方冲击波的传播， 较大程度地降低冲击波的强度和传播速度； 在破片群 总质量相同的情况下， 单个破片尺寸对冲击波传播的影响差异不大； 破片群的单个破片尺寸越小， 破片群获得 的初始总动能越高， 但破片速度衰减越快。 ［结论］因此， 在空爆冲击波和高速破片联合作用的研究中， 应主要考 虑爆炸产生的破片尺寸差异对高速破片载荷的影响。这一结论可为战斗部空爆载荷特性及载荷联合作用研究 提供参考。 关键词 ： 爆炸力学； 空爆冲击波； 高速破片； 数值仿真； 破片尺寸 中图分类号 ： U661.43； O383+.3
元分析程序进行仿真计算。建立边长为 50 mm 的方
碎形成破片， 壳体周围空气在爆轰作用下形成冲
形炸药在空气域中的爆炸模型， 定义方形炸药边 长与网格尺寸比值为网格密度， 分别计算网格密 度为 2， 4， 6， 8， 10， 20 的仿真模型， 其 1/8 模型见图 1。
Air TNT
等［11］及陈亚红等［12］对破片初速度做了大量研究，
10 5 0
D P m /MPa
寸的影响及炸药填装方式， 模型网格密度应尽可
进行解耦处理， 将联合载荷看做 2 种载荷分别进 互作用的传播过程研究较少， 而不同尺寸破片在
行研究。考虑到有关空爆冲击波与高速破片相 此过程中的作用存在一定差异， 破片与冲击波相 互作用的传播过程是一个非常复杂的物理与力 学过程， 采用理论方法分析研究比较困难， 故本 文将采用数值模拟的方法， 建立有限元分析模型， 探究破片尺寸对冲击波和破片传播过程的影响 规律。
冲击波和气泡作用下舰船结构动态响应的数值模拟
冲击波和气泡作用下舰船结构动态响应的数值模拟王诗平;孙士丽;张阿漫;陈海龙【摘要】针对水下爆炸载荷、瞬态流固耦合效应在舰船水下爆炸数值模拟中的困难,在现有水下爆炸载荷计算模型(Geers and Hunter)的基础上,结合边界元法,修正水下爆炸气泡载荷计算方法.针对用二阶双渐近法(the second-order doubly-asymptotic approximation,DAA2)在处理低频大幅运动流固耦合问题时的局限性,提出非线性双渐近法(nonlinear doubly-asymptotic approximation,NDAA),计入了舰船大幅低频运动、自由面效应等非线性因素,并与结构有限元程序相结合,形成一套适合于工程应用研究的舰船水下爆炸数值模拟程序.数值模拟结果与实验结果的平均误差在16.8％左右,说明NDAA方法可为冲击波和气泡对舰船结构毁伤数值模拟提供参考.%Aimed at the difficulties of underwater explosion load and instantaneous fluid-structure interaction in the numerical simulation of dynamic response of warship structures, based on the Geers-Hupter model, a modified model for calculating the underwater explosion bubble load was proposed by combining with the boundary element method. To overcome the shortcoming of the second-order doubly-asymptotic approximation (DAA2) method in treating the fluid-structure interaction with low frequency and large amplitude motion, a nonlinear double asymptotic approximation (NDAA) method was presented by considering the nonlinear factors such as the violent low-frequency response of the warship and its free surface effect. And a code was developed by combining the presented NDAA method with the finite element code to numerically investigate the dynamic response of warship structuressubjected to underwater explosion Shockwaves and bubbles. The mean error between numerical and experimental vertical vibration velocities at the different positions is about 16. 8% , and it displays that the presented NDAA method is feasible.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2011(031)004【总页数】6页(P367-372)【关键词】爆炸力学;非线性双渐近法;边界元法;舰船;水下爆炸;冲击波;气泡【作者】王诗平;孙士丽;张阿漫;陈海龙【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O382.1水下爆炸主要包括冲击波和气泡［1-13］，通常冲击波对舰船结构造成严重的局部毁伤，气泡对舰船造成总体和局部双重毁伤。
冲击波和破片复合作用下炸药起爆数值模拟
冲击波和破片复合作用下炸药起爆数值模拟
孙宝平;段卓平;张震宇;刘彦;黄风雷
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2013(0)S1
【摘要】为研究炸药在冲击和破片复合作用下的起爆反应特性,采用三项点火-增长反应速率模型和欧拉算法模拟炸药起爆反应,得到破片撞击未损伤炸药起爆临界速度在497~500m/s之间,与实验吻合较好;通过改变三项点火-增长反应速率模型中的表面燃烧项系数G1模拟损伤炸药起爆反应。
研究结果表明,三项点火-增长反应速率模型中的表面燃烧项系数G1能反映冲击损伤炸药颗粒尺寸变化对炸药起爆感度的影响。
【总页数】7页(P40-46)
【关键词】爆炸力学;起爆;破片撞击;损伤装药;冲击载荷
【作者】孙宝平;段卓平;张震宇;刘彦;黄风雷
【作者单位】北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室;国防科学技术大学理学院技术物理研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TQ560.1
【相关文献】
1.多层盖板炸药在钨破片撞击下起爆数值模拟研究 [J], 赵海军;卢永刚;梁斌
2.破片冲击起爆带间隙薄盖板炸药数值模拟研究 [J], 赵海军;卢永刚;冯小伟;梁斌
3.垫层对破片冲击起爆带壳炸药影响的数值模拟 [J], 张涛;刘雨生;高志鹏;杨佳;刘艺;谷岩
4.钨合金破片对屏蔽B炸药撞击起爆数值模拟 [J], 仝远;李德贵;聂源;金桂玉;迟德建
5.钨合金破片对屏蔽B炸药撞击起爆数值模拟 [J], 仝远;李德贵;聂源;金桂玉;迟德建
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爆炸性武器破片与冲击波复合伤发生情况初探_杨志焕
20(1)
8
8(4)
5(5) 3
注 :括号内为内脏破裂或穿孔发生数 。
3 破片与冲击波复合伤发生情况 34 只动物中 , 发生单纯破片 伤 2 只 , 单纯 冲击
伤 15 只 , 破片与冲击波复合伤 16 只 , 仅 1 只动物未 见体表和内脏损伤 。 破片与冲击波复合伤的发生率 为 16/34(47 .06 %)。如将包括复合伤的动物计算在 内 , 则破片伤的发生率为 18/ 34(52 .94 %), 冲击伤的 发生率为 31/ 34(91 .18 %)。 结果详见表 3 。
材料和方法
1 实验动物和致伤方法 实验 动物 为成 年山 羊 34 只 , 雌 雄 不限 , 体重
(16 .3 ±1 .7)kg 。 动物保持清醒状态 , 用木桩绳索自 然体位直立固定 , 均右侧朝向爆心 , 分别布放于离爆 心 3 .0 ～ 20 .0m 距离处(见表 1)。
实验用弹药为两型 4 枚爆炸型武器 , 以下简称
(第三军医大学大坪医院野战外科研究所 , 重庆 400042)
摘要 : 目的 探讨爆炸性武器 破片与冲击波复合 伤发生情况和损伤特 点 。 方法 山羊 34 只 , 用装药 量 2kg 和 30kg 的战斗部进行静爆 , 观察现场 至伤后 24 小时动物存 活情况 , 形态学改 变和破片与 冲击波复合 伤的发生率 。 结果 现场死亡 15 只 , 伤后 24 小时内死亡 3 只 , 死亡率 为 18/ 34(52 .94 %)。 形态 学改变主要 表现为软组织挫 伤或缺损 , 体腔破 裂 , 肢 体断离缺失 , 肢体 骨折 , 心 、肺 、胃肠 道 、肝 、肾等 内脏器官 不同程度 出血 , 甚至发生肺破裂 , 胃肠道穿孔和肝 、肾破 裂 。 破片与冲 击波复合 伤的发 生率为 16/ 34(47 .06 %)。 结论 爆炸性武器所致破片与冲击波复合伤具有发生率高 、伤情重 , 死亡 率高的特点 , 早期 救治的重点 是及时有效 地处理肺损伤和内脏器官破裂与穿孔 。
爆炸冲击波与破片联合作用下泡沫夹芯板的毁伤特性研究
驱动预制破片的方式实现了爆炸冲击波和破片群
联合作用于泡沫铝靶板，分析了面板、泡沫铝芯层
和背板的破坏模式和前后靶板的整体变形，分析
板
裂的 程 机理
1实验研究
1.1实验装置 边界条件对爆炸载荷作用下板的响应有十分
期&2020-01-15 蔡林刚（1993—）男，硕士生，主要研究领域为舰船抗爆/抗冲击
国防基d研究项目（B1420133057）、国家自然科学基金（11302259）、非线性力学国家重点实验室开放基金（LNM201505）、中央 高校基本科研业务费专项资金（2014-yb-20）资助
0. 694 GPa,屈服强度为7. 5 MPa.面板、芯层和
背板使用环氧树脂胶粘 >
1.3 试验工况
比不同药量、不同爆炸距离对耦合毁
伤效果的影响,分别
20 g装药和50装药
的实验，对应的破片数量分别为17和21个，共开
展了 5组实验.具体工况见表1.
表1 试验工况
工
药：/g
/mm
1
20
100
2
20
蔡林刚12 杜志鹏1 李晓彬2!张 磊1 李 营1 （海军研究院1 北京102401）（武汉理工大学交通学院”武汉430063）
摘要：开展了泡沫铝板在空中爆炸冲击波与高速破片联合作用下的动态响应与毁伤实验，分析了
不同爆炸距离对泡沫铝靶板穿孔分布特性、芯层毁伤特点、背板毁伤形态的影响，讨论了背板花瓣
形破口的形成机理.研究表明：装药驱动预制破片一种产生爆炸冲击波和破片联合载荷的有效方
面板 度
心在空爆
用 的效
特性，研究指出面板厚度显著影响芯层破坏效果;
Radford等）78分析了泡沫铝弹体撞击模拟局部 爆炸 的 ， 研究 部高 击
爆炸冲击波和高速破片载荷的复合作用特性及判据研究
can be used to
determine
if
there is multiple
impact of
shock waves and high
certain blasting distance，and calculate the blasting distance interval requiring to consider the multiple impact.
3 . 中国人民解放军91189部 队 ，江 苏 连 云 港 222041)
摘 要 ：为探讨爆炸冲击波和高速破片对固支方板的复合作用特性，设 计 端 部 预 制 破 片 的 T N T 近 爆试验。分析
了大尺度薄板在不同载荷情况作用下的毁伤形貌，根据试验结果提出了结合载荷强度和作用时间来判定是否发生复合作
第 38卷第3 期
振动与冲击
JOURNAL OF VIBRATION AND SHOCK
Vol.38 No.3 2019
爆炸冲击波和高速破片载荷的复合作用特性及判据研究
郑 红 伟 陈 长海2& 侯海量2& 朱 锡 2& 黄晓明3& 李 茂 2 ( 1 . 海军驻国营四三一厂军事代表室，辽 宁 葫 芦 岛 125 004;2 .海 军 工 程 大 学 舰 船 工 程 系 ，武 汉 430033;
l l 基 金 项 目 ：国 家 安 全 重 大 基 础 研 究 （6 33050 03 ) ; 国 家 自 然 科 学 基 金
(1. Military Representative Office of Navy in No. 431 Plant，Huludao， Liaoning 125004，China； 2. Department of Naval Architecture Engineering， Naval University of Engineering， Wuhan 430033，China；
预制破片对战斗部冲击起爆数值模拟
采用非 线 性 动 力 学 分 析 软 件 AU TOD YN 及
Lee E L 和 Tarver C M 的点火 - 增长模型对破片
冲击引爆战斗部进行数值模拟. 计算模型如图 1
所示 ,图 1 (a) 为带测点的网格图 ,图 1 ( b) 为材料
图. 巡航导弹的战斗部内装药直径相当大 ,在数值
模拟时 ,对计算网格大小做适当调整 ,但不影响计
的比值 ,α值取值在 0～1 之间.α= 0 , 表示未发生任 压力及α值随时间的变化 , 从图中可以看出 , 该战斗
何化学反应 ;α= 1 ,表示完全反应.
部被 1 500 m/ s 初始速度的破片冲击时不会发生冲
图 2～图 4 是典型的计算算例 ,破片采用直径为 击起爆 ,压力变化小 ,α值未达到 1 就发生衰减.
算的准确性. 破片材料选择为钢和钨合金 ,形状为
球状和柱状 ,直径为 7 mm 、9 mm 、11 mm 、13 mm 、
15 mm不等 ;被起爆战斗部壳体材料为硬铝和钢 ,
壳 体 厚 度 为 11 mm 、13 mm 、16 mm 、18 mm 、
21 mm 、25 mm 不等 ,装药为 B 炸药和 PBX9404 .
收稿日期 :2007 - 09 - 04 基金项目 “: 973”预研基金项目 作者简介 :江增荣 (1979 - ) ,男 ,博士 ,研究方向为毁伤效应工程.
的点火 - 增长模型对高速预制破片冲击起爆战斗部 进行数值模拟 ,对反导导弹破片冲击起爆巡航导弹 战斗部的影响因素进行探讨.
1 破片冲击起爆战斗部机理
b, a, x , G1 , c, d , y , G2 , e, g , z 为常量. 由式 (1) 可得出三
冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性
第35卷第1期爆炸与冲击V o l.35,N o.1 2015年1月E X P L O S I O N A N DS HO C K WA V E S J a n.,2015D O I:10.11883/1001-1455(2015)01-0116-08冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性*侯海量,张成亮,李茂,胡年明,朱锡(海军工程大学舰船工程系,湖北武汉430033)摘要:为探讨导弹战斗部近炸下舰船夹芯复合舱壁结构设计方法,采用T N T和预制破片近炸实验研究了典型夹芯复合舱壁结构在冲击波与高速破片联合作用下的破坏效应,分析了冲击波和破片联合毁伤载荷,指出了钢质面板和抗弹层的破坏模式,阐述了夹芯复合舱壁结构的防护机理㊂结果表明:预制破片装药近炸下,破片能远大于冲击波能,是防护结构的主要设计载荷;前面板主要是抵御冲击波,其变形破坏整体为挠曲大变形,局部为集团破片冲塞破口㊁破片穿孔和撞击凹坑;背板以挠曲大变形吸能为主;陶瓷材料碎裂严重,部分陶瓷碎片反向飞溅撞击前面板;纤维增强复合材料发生了纤维断裂㊁基体开裂㊁整体弯曲大变形及分层等破坏,抗弹层应避免产生穿透性破坏㊂关键词:爆炸力学;毁伤特性;冲击波;高速破片;夹芯复合舱壁中图分类号:O383;O344.7国标学科代码:13035文献标志码:A半穿甲导弹依靠初始动能,侵入舰体内部爆炸,形成内爆冲击波和高速破片,对舰艇结构及人员设备形成联合毁伤,对爆炸冲击波和高速破片联合作用的防护问题已成为舰船结构防护领域的研究热点㊂早期针对战斗部爆炸产生的冲击波与高速破片对结构的毁伤研究,主要是将其解耦成爆炸冲击波载荷作用下结构的破坏[1-4]和高速破片穿甲破坏[5]分别研究,理由是两者在空气中的初始速度及速度衰减率不同,多数情况下它们不同时作用于结构㊂近年来,人们逐渐认识到爆炸冲击波与大量高速破片对结构的破坏具有叠加增强效应,文献[5-6]采用带壳装药模拟半穿甲导弹战斗部进行舱内爆炸实验,发现高速破片密集作用区各弹孔间的边界会被冲击波撕裂而相互连通,形成长大破口;文献[7-8]指出密集高速破片同步侵彻会使结构产生集团冲塞破口㊂为抵御爆炸冲击波和高速破片联合毁伤作用,人们提出多种防护结构形式[9-11],其中以陶瓷㊁纤维增强复合材料芯层和金属面板组成的夹层结构最典型,并认为陶瓷㊁纤维增强复合材料可抵御高速破片的侵彻[12-14],金属面板主要抵御冲击波的破坏[9]㊂本文中以陶瓷㊁高强聚乙烯㊁芳纶纤维增强复合材料为抗弹层,船用钢为前㊁后面板,制作典型夹芯复合舱壁结构模型,采用铸装T N T和预制破片模拟战斗部近炸载荷,开展联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性实验㊂1实验模型为模拟舰船重点舱室夹芯复合舱壁结构在半穿甲导弹近炸下的变形和破坏,设计制作了2种面密度ρA(分别为40㊁50k g/m2,实际测试略有区别,见表1)共4种典型夹芯复合舱壁结构模型(见图1)㊂模型均由前后面板㊁抗弹层及隔温层组成;前㊁后面板均为1和2mm厚Q235钢(模型2后面板为两层1mm叠放);抗弹层和前㊁后面板间为隔温层,采用陶瓷棉或气凝胶毡(其密度分别为316和210k g/m3),一方面可防止爆炸高温气体对抗弹层材料产生烧灼破坏,另一方面为前面板及抗弹层提供变形空间,忽略其强度作用㊂模型芯层结构组成见表1㊂*收稿日期:2013-04-11;修回日期:2014-09-06基金项目:国家自然科学基金项目(51209211,51179200)第一作者:侯海量(1977 ),男,博士,高级工程师,h o u9611104@163.c o m㊂表1模型芯层结构组成T a b l e 1C o r e s t r u c t u r e s o f e x pe r i m e n t a lm o d e l s 模型前隔温层抗弹层后隔温层ρA /(k g ㊃m -2)110mm 陶瓷棉10mm 高强聚乙烯纤维(UMW P E )增强层合板10mm 陶瓷棉15.7523mm A l 2O 3陶瓷,9.4mm 芳纶纤维(T w a r o n )增强层合板10mm 陶瓷棉25.45320mm 气凝胶毡10mm 高强聚乙烯纤维(UMW P E )增强层合板10mm 陶瓷棉17.08410mm 陶瓷棉3mm A l 2O 3陶瓷,高强聚乙烯纤维(UMW P E )增强层合板10mm 陶瓷棉27.42 Q 235钢密度7.85g /c m 3㊁弹性模量210G P a ㊁泊松比0.3㊁屈服强度235M P a ㊁抗拉强度400~900M P a ㊁失效应变22%㊂A l 2O 3陶瓷材料密度3.89g /c m 3㊁纯度99%㊁抗弯强度320M P a ㊁弹性模量300G P a ㊁维氏硬度1520N /mm 2㊁断裂韧性大于3.8M P a ㊃m 1/2㊂UMW P E 层合板密度970k g /m 3㊁弹性模量30.7G P a ㊁拉伸强度950M P a ㊁压缩强度537M P a ㊁延伸率4.0%;芳纶层合板密度1.25g /c m 3㊁弹性模量18.5G P a ㊁抗拉强度426M P a ㊁压缩强度570M P a ㊁延伸率1.9%㊂为有效模拟冲击波载荷在角隅部位的汇聚作用以及复合舱壁结构的边界条件,模型1以纵舱壁为基础,设置复合夹芯舱壁结构,其结构与文献[15]中模型相同㊂图1模型结构F i g .1S t r u c t u r e s o f e x p e r i m e n t a lm o d e l 2 实验方法模型2~4采用特制夹具夹持(见图2(a ))㊂预制破片由2mm 厚Q 235钢线切割加工而成,单颗尺寸为5mmˑ5mm ,质量约0.35g ,采用双面胶紧密粘贴在T N T 药柱底面(见图2(b ));单个T N T 药柱粘贴的预制破片数约90颗㊂单发T N T 药柱重200g ,采用3发 品 字形布置;采用3发电雷管于装药尾端同时引爆㊂炸药底部距复合抗爆舱壁前面板表面中心334mm ㊂图2实验布置及装药F i g .2S e t u p a n d c h a r g e p h o t oo f t h e e x p e r i m e n t 711 第1期 侯海量等:冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性3 实验结果及分析3.1 联合毁伤载荷分析爆炸初始时刻,爆轰波和爆炸产物将驱动预制破片迅速向外飞散,其速度可按装药驱动整体平板运动的相当速度计算[16],其平均速度v 0=2E 161+1+2M æèçöø÷W éëêêùûúú31+M æèçöø÷W -1+M {}W -0.5(1)式中:2E 为装药的格尼系数,对于T N T 装药,2E =2.37k m /s ;M ㊁W 分别为破片的总质量和参与驱动预制破片的炸药质量,W =ρM πD 2h M /12;ρM ㊁h M 分别为驱动破片部分炸药的密度和高度[16],h M =(D /2)1+1+D /2()h []2-0.{}5,D ㊁h 分别为装药直径和高度㊂冲击波对结构的作用与作用时间t +密切相关[17],由于舰船结构均为薄壁结构,通常t +远小于结构自身振动周期T ,即t +≪T ,冲击波对结构的破坏作用取决于其冲量i ,结构获得的冲击动能k e =8a b A 2i ρh Q 4/3r -2(2)式中:a ㊁b ㊁h 分别为结构的长㊁宽㊁厚;ρ为结构材料的密度;A i 为与装药有关的系数,对于T N T 装药,A i ʈ200~250;Q 为装药量,r 为距爆炸中心距离㊂由冲击波的基本关系[16]可知,冲击波速度D i =[(k +1)ΔP m (r )+2k P 0]/2ρ0(3)式中:k 为空气的绝热指数,一般取1.4;P 0为标准大气压;ρ0为未扰动的空气密度;ΔP m 为冲击波峰值超压,它是冲击波传播距离的函数,可由经验公式得到:ΔP m =0.00625r -4-0.3572r -3+5.5397r -2+14.0717r æèçöø÷-ˑ105P a 0.05ɤr -ɤ0.500.67r-3+3.01r -2+4.31r æèçöø÷-ˑ105P a 0.50<r -ɤ70.ìîíïïïï9(4)式中:r -=r /3m e ,m /k g 1/3,其中r 为距爆炸中心距离,m ;m e 为装药的T N T 当量,k g ㊂式(3)对时间积分即可得冲击波传播距离和时间的关系㊂冲击波对结构的作用时间t +=1.35ˑ10-3r 6m e s (5) 高速破片对结构的穿甲过程可近似认为是匀减速过程,因此破片穿甲时间t d =2b /(v i +v r )(6)式中:b 为靶板厚度,v i ㊁v r 分别为入射速度和剩余速度㊂图3冲击波及破片在空气中的传播与时间的关系F i g .3P r o p a g a t i o no f b l a s tw a v e a n d f r a g m e n t s i n t h e a i r a s a f u n c t i o no f t i m e 因此,实验工况中破片初速v 0=1726.0m /s ,破片总动能E 0=157.86k J ;取A i =225,可得作用于防护结构的冲击波能k e =37.4k J ㊂由此可见,夹芯复合舱壁结构受到的破片能约为冲击波能的4.2倍㊂由式(1)㊁(4)可知,爆炸初始时刻冲击波速度接近装药爆轰波速,远大于破片速度,两者在空中相遇位置距装药约0.714m (见图3),在此之前冲击波先于破片作用于结构㊂根据式(5)~(6),该区域内冲击波正压作用时间t +≪T ,但大于冲击波和破片到达的时间间隔Δt ,且有Δt +t d ≪t +,两者对结构的冲击作用将产生叠加效应㊂3.2 前面板的破坏复合抗爆舱壁前面板先受到冲击波的作用,后受到密集破片的侵彻作用,两者到达时间间隔为811爆 炸 与 冲 击 第35卷113.2μs ,小于冲击波的正压作用时间683μs ㊂由于前面板的固有振动周期远大于冲击波的正压作用时间,因而冲击波的冲量转化为前面板的动量;前面板运动的同时压缩隔温材料,随后密集破片对结构发生侵彻㊂据德玛尔公式[16]v c =K d 0.75b 0.7m 0.5c o s α(7a)v r =(v 20-v 2c )4m c o s α(4m c o s α+k πd 2ρt b )-1(7b )式中:v c 为极限穿透速度;K 为穿甲复合系数,通常取为67650;d 为弹丸直径;b 为前面板厚度;m 为单枚破片质量;v r 为穿透前面板后的剩余速度;α为入射偏角,k 为系数,通常取为0.8;ρt 为靶板金属密度㊂单颗尺寸为5mmˑ5mm ㊁质量约0.35g 的预制破片正射下,前面板极限穿透速度v c =558m /s ,剩余速度v r =1380.3m /s ,对应的破片穿甲时间为0.64μs ㊂单颗破片穿甲传递给前面板的动能E 1=[m v 20-(m c o s α+k πd 2ρt b /4)v 2r ]/2(8)因此,破片群穿甲通过剪切冲塞传递给前面板的总动能约16.52k J ,占破片总动能的10.5%,相当于冲击波传递到面板能量的44.1%㊂剪切冲塞传递的动能大部分集中于装药正下方的高速破片密集作用区(见图4),在半径R ʈ100mm 的圆形区域内穿甲破片约占总数的2/3㊂假设冲击波传递的动能均匀分布于前面板,破片穿甲传递的动能仅分布于弹孔四周,则前面板的密集作用区能量密度高达643.4k J /m 2,速度达404.9m /s ,而其他区域速度仅244.2m /s ㊂因此,该区域不仅形成大量密集穿甲破口㊁集团冲塞破口,各穿甲破口间边界还会撕裂连通形成大破口㊂密集作用区外,由单个或几个高速破片分散穿甲形成的侵彻弹孔或撞击凹坑,散布在大破口以外的整个前面板,其形状有较大差异,有圆形㊁椭圆形㊁方形以及2~3个弹孔叠加而成的穿孔,尺寸约2~8mm ,说明高速破片在侵彻前面板时的姿态有较大区别㊂穿甲传递给前面板的动能和冲击波动能叠加,使前面板产生挠曲大变形㊁边界撕裂㊁中部密集穿甲破口间边界撕裂连通形成大破口等破坏形式,其破坏程度随其变形空间的增大而增大㊂由图4可知,各模型前面板均发生了不同程度的大变形和撕裂破坏,其中模型3前面板变形空间最大,在3个边界和中部密集破口区均产生了较长的撕裂破口,最长达262mm ;模型1由于纵舱壁竖桁结构支撑刚度不足,在跨中位置失稳扭曲,复合夹芯舱壁整体发生了筒形凹陷变形,前面板中部褶皱变形,边界发生了3处撕裂破坏,最长约45mm ;模型2㊁4前面板变形空间较小,整体变形较小,仅在边界产生了塑性铰线㊂图4前面板毁伤情况F i g .4D a m a g e o f f r o n t p l a t e 911 第1期 侯海量等:冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性3.3 抗弹层的破坏抗弹层一方面会受到密集高速破片的侵彻,另一方面,当前面板变形空间不足时,会和抗弹层发生碰撞㊂高速破片侵彻下陶瓷层会形成锥形碎裂,高速破片的继续侵彻会使部分碎片反向飞溅[18];密集破片高速侵彻下锥形碎裂区将会相互交叠形成大面积碎裂区(见图5);同时产生大量反向飞溅碎片对前面板产生二次冲击,使之产生外翻变形(图4(b )㊁(d )),其中模型2中部大破口外翻高度达47mm ㊂弹体在侵彻陶瓷层的同时自身也会发生变形(图5(c )),模型4的陶瓷粉末中可观察到大量残余高速破片,其外形翘曲呈曲面,部分碎裂,表面泛蓝,表明侵彻过程中产生了很高的温度,致使弹材氧化㊂图5弹体及抗弹陶瓷层毁伤情况F i g .5D a m a g e o f f r a g m e n t s a n dA l 2O 3t i l e s 由于爆炸高温气体和密集高速破片穿甲过程中产生的高温,模型1中前面板密集穿甲破口正对区域,高强聚乙烯纤维增强抗弹层迎爆面存在大面积 灼烧 熔融破坏和大量的侵彻弹痕及弹孔(图4(a )),熔融区已无法观察到具体纤维结构;背面颜色泛黄,表明也受到爆炸高温气体影响,可观察到30处穿孔,最大穿孔直径28mm ,其中有12处穿孔正对背板撞击凹坑,18处正对花瓣开裂的边沿弹痕,在弹孔周围和弹孔之间未穿透的部分纤维已熔融破坏㊂模型3的抗弹层表面未见 灼烧 熔融现象,但密集穿甲区亦存在纤维熔融破坏(图6(b )),和高强聚乙烯纤维增强材料的单破片穿甲现象类似,主要由密集高速破片穿甲高温引起[11],表明气凝胶毡起到了较好的隔温效果㊂图6中R 表示半径㊂由于陶瓷抗弹层碎裂后,破片和陶瓷碎片共同侵彻后续纤维增强抗弹层,增大了侵彻面积,作用类似于卵形弹[18]㊂由图6(a)可知,纤维增强抗弹层迎弹面破孔尺寸均相对较大且无明显剪切断裂现象㊂模型2~4层合板均发生了大挠度弯曲变形(图6(c )~(e ));模型2背爆面有23处穿孔,伴随大面积分层;模型3背面有14个穿孔,其中3处可见嵌入破片,背板可见2处穿孔,模型4背面无穿孔,但两者背面均有大面积凸包(直径200mm 以上),表明密集作用区高速破片侵彻形成的分层区均已连通㊂图6纤维增强复合材料芯层毁伤情况F i g .6D a m a g e o f f i b e r r e i n f o r c e d c o r e 021爆 炸 与 冲 击 第35卷图7背板毁伤情况F i g .7D a m a ge of b a c k p l a t e 3.4 背板的破坏抗弹层在抵御密集破片的过程中,大量的侵彻动能以纤维断裂㊁基体开裂㊁分层㊁弯曲变形等形式吸收㊂此外,部分弹体动能转化为抗弹层的运动动能㊂当密集破片的速度大于抗弹层的弹道极限时,部分破片将穿透抗弹层并作用于背板;在后续抗弹层的碰撞挤压下背板发生大变形,其穿甲破口和撞击凹痕极易撕裂成裂纹,形成花瓣形大破口㊂由图7(a )㊁6(b )可知,模型1~2背板均形成了花瓣形大破口,裂瓣边沿均可见间隔分布的弹孔或凹陷弹痕,模型1㊁2弹痕总数分别为18和3㊂此外,模型1还存在筒形弯曲大变形,花瓣开裂破口最大直径为30c m ,花瓣数为4,裂瓣有不同的尺寸和翻转程度,最大根部直径23c m ,最大的翻转角大于90ʎ,底部地面上有一块从背板脱落的长约4c m ㊁宽约2.5c m 的大破片1块;模型2有整体大变形,固支边界存在明显塑性铰线,破口最大尺寸约24c m ㊂当密集破片的速度小于或接近抗弹层的弹道极限时,破片和抗弹层以相同速度运动,两者共同对背板产生碰撞㊁挤压,背板将发生大变形㊂由图7(c )~(d )可知,模型3~4的背板均发生了大挠度凹陷变形,最大挠度分别达68㊁64.5mm ㊂模型3中部产生了1条长约10c m 的裂纹,裂纹尖端有2处穿甲破口和1处撞击凹痕;模型4背板未发生弹体撞痕或穿甲破口㊂3.5 防护效能对比模型1~2有大破口和大量破片穿甲,未实现防护目的㊂模型2~4在模型1基础上对隔温层和抗弹层进行了改进;模型3接近临界破损状态;模型4背板无破损㊂从单位质量防护效能看,模型3最优㊂4 防护机理分析反舰武器战斗部近炸将产生2种破坏载荷,其中高速破片属于局部集中强冲击载荷,冲击能量密集度很高;冲击波属于分布强冲击载荷,随空间距离呈指数关系衰减;两者联合作用将对结构产生严重毁伤㊂采用金属面板与抗弹层组成的夹芯复合舱壁结构抵御两者的联合作用,其防护机理包括:(1)前面板主要用于抵御爆炸冲击波,避免冲击波对抗弹层产生直接冲击,冲击波能将首先转化为前面板的动能,随后前面板变形过程中将再次转化为挠曲变形能㊁边界及密集穿甲区撕裂破坏能等;前面板应避免在边界产生整体性冲剪破坏,并有足够的变形空间,以免对抗弹层产生撞击㊂(2)高硬度陶瓷材料㊁纤维增强复合材料及其组合芯层结构主要用于抵御大量高速破片的穿甲破坏,一方面陶瓷碎裂,破片翘曲变形㊁破碎,以及纤维断裂㊁基体开裂㊁分层㊁弯曲变形等形式可吸收大量破片动能,另一方面部分高速破片冲击动能转化为抗弹层整体较低速运动动能,大大降低了其冲击能量密度㊂抗弹层应避免产生穿透性破坏,以免破片对背板产生撞击或穿甲破坏㊂(3)背板应有足够的强度,用以吸收剩余的冲击动能㊂背板主要以挠曲大变形进行吸能;当背板存在撞击凹痕或穿甲破孔时,凹痕和穿甲破孔极易成为裂纹源和扩展途径,并导致花瓣形大破口㊂121 第1期 侯海量等:冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性221爆炸与冲击第35卷5结论(1)预制破片装药近炸下,作用于结构的破片能远大于冲击波能,且密集作用于装药正下方,是防护结构的主要设计载荷;(2)近炸冲击波与高速破片联合作用下,夹芯复合舱壁前面板的变形破坏模式整体为挠曲大变形,局部为密集穿甲破口,包括集团破片冲塞破口㊁单个破片穿孔和撞击凹坑,变形空间较大时,边界和中部密集穿甲破口区还会发生撕裂破口;(3)密集破片侵彻下陶瓷抗弹层完全碎裂,部分陶瓷碎片反向飞溅撞击前面板,使前面板破口密集区进一步撕裂外翻;纤维增强复合抗弹材料除发生纤维断裂㊁基体开裂等破坏外,还产生了整体弯曲大变形,背面产生相互连通的大面积分层与凸包破坏;此外,近爆高温对高强聚乙烯防弹层的烧灼熔融会大大影响其抗弹性能;(4)背板的破坏主要是挠曲大变形,当背板存在穿甲破口或撞击凹痕时,易产生沿穿甲弹孔撕裂形成的花瓣型大破口;(5)夹芯复合舱壁结构设计中前面板应避免在边界产生整体性冲剪破坏,并有足够的变形空间,以免对抗弹层产生撞击;抗弹层应避免发生穿透性破坏,以免破片对背板产生撞击或穿甲破坏;背板应有足够的强度,用以吸收剩余的冲击动能㊂参考文献:[1]何翔,庞伟宾,曲建波,等.防护门在空气冲击波和破片作用下的破坏[J].爆炸与冲击,2004,24(5):475-479.H eX i a n g,P a n g W e i-b i n,Q u J i a n-b o,e t a l.P r o t e c t i v e d o o r d a m a g e db y a i r s h o c kw a v e a n d f r a g m e n t a r i s e n f r o me x p l o s i o n i n p r o t o t y p e t u n n e l[J].E x p l o s i o na n dS h o c k W a v e s,2004,24(5):475-479.[2] R u d r a p a t n aN S,V a z i r iR,O l s o n M D.D e f o r m a t i o na n df a i l u r eo fb l a s t-l o a d e ds q u a r e p l a t e s[J].I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g,1999,22(4):449-67.[3] C h u n g K i m Y u e nS,N u r i c kG N.E x p e r i m e n t a l a n dn u m e r i c a l s t u d i e so nt h er e s p o n s eo f q u a d r a n g u l a r s t i f f e n e dp l a t e s.P a r t I:S u b j e c t e d t ou n i f o r m b l a s t l o a d[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g,2005,31(1):55-83.[4] L a n g d o nGS,C h u n g K i m Y u e nS,N u r i c kGN.E x p e r i m e n t a l a n dn u m e r i c a l s t u d i e s o n t h e r e s p o n s e o f q u a d r a n g u-l a r s t i f f e n e d p l a t e s.P a r t I I:L o c a l i z e db l a s t l o a d i n g[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g,2005,31(2): 85-111.[5]侯海量.大型舰艇水上舷侧结构抗毁伤机理研究[D].武汉:海军工程大学,2006.[6]李伟,朱锡,梅志远,等.战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的试验研究[J].舰船科学技术,2009,31(3):34-37.L iW e i,Z h uX i,M e i Z h i-y u a n,e t a l.E x p e r i m e n t a l s t u d i e s o nd a m a g e e f f e c t o fm i s s i l ew a r h e a do nc a b i n s s t r u c-t u r eu n d e r i n t e r n a l e x p l o s i o n[J].S h i p S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,2009,31(3):34-37.[7] Q i a nL,Q uM,F e n g G.S t u d y o n t e r m i n a l e f f e c t s o f d e n s e f r a g m e n t c l u s t e r i m p a c t o n a r m o r p l a t e.P a r t I:A n a l y t-i c a lm o d e l[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g,2005,31(6):755-767.[8] Q i a nL,Q u M,F e n g G.S t u d y o n t e r m i n a l e f f e c t s o f d e n s e f r a g m e n t c l u s t e r i m p a c t o na r m o r p l a t e.P a r t I I:N u-m e r i c a l s i m u l a t i o n s[J].I n t e r n a t i o n a l J o u r n a l o f I m p a c tE n g i n e e r i n g,2005,31(6):769-780.[9]陈长海,朱锡,侯海量,等.近距空爆载荷作用下双层防爆舱壁结构抗爆性能仿真分析[J].海军工程大学学报,2012,24(3):26-33.C h e nC h a n g-h a i,Z h u X i,H o u H a i-l i a n g,e ta l.N u m e r i c a l a n a l y s i so fb l a s t r e s i s t a n c eo fd o u b l e-l a y e rb u l k h e a ds t r u c t u r e s s u b j e c t e d t o c l o s e-r a n g e a i r b l a s t[J].J o u r n a l o fN a v a lU n i v e r s i t y o fE n g i n e e r i n g,2012,24(3):26-33.[10] N u r i c kG N,L a n g d o nGS,C h i Y,e t a l.B e h a v i o u r o f s a n d w i c h p a n e l s s u b j e c t e d t o i n t e n s e a i r b l a s t-P a r t1:E x-p e r i m e n t s[J].C o m p o s i t eS t r u c t u r e s,2009,91(4):433-441.[11] K a r a g i o z o vD,N u r i c kG N,L a n g d o nGS.B e h a v i o r o f s a n d w i c h p a n e l s s u b j e c t t o i n t e n s e a i r b l a s t s-P a r t2:N u-m e r i c a l s i m u l a t i o n[J].C o m p o s i t eS t r u c t u r e s,2009,91(4):442-450.[12]王晓强,朱锡,梅志远,等.超高分子量聚乙烯纤维增强层合厚板抗弹性能试验研究[J].爆炸与冲击,2009,29(1):29-34.W a n g X i a o-q i a n g,Z h uX i,M e i Z h i-y u a n,e t a l.B a l l i s t i c p e r f o r m a n c e s o f u l t r a-h i g hm o l e c u l a rw e i g h t p o l y e t h y l e n ef i b e r-r e i n f o r c e d t h i c k l a m i n a t e d p l a t e s[J].E x p l o s i o na n dS h o c k W a v e s,2009,29(1):29-34.[13] 梅志远,朱锡,张立军.F R C 层合板抗高速冲击机理研究[J ].复合材料学报,2006,23(2):143-149.M e i Z h i -y u a n ,Z h uX i ,Z h a n g L i -j u n .B a l l i s t i c p r o t e c t i v em e c h a n i s mo f F R C l a m i n a t e s [J ].A c t aM a t e r i a l C o m p o s -i t eS i n i c ,2006,23(2):143-149.[14] 侯海量,朱锡,阚于龙.轻型陶瓷复合装甲结构抗弹性能研究进展[J ].兵工学报,2008,29(2):208-216.H o uH a i -l i a n g ,Z h uX i ,K a nY u -l o n g .A d v a n c e o f b a l l i s t i c p e r f o r m a n c e o f l i g h t c e r a m i c c o m p o s i t e a r m o u ru n d e r t h e i m p a c t o f p r o j e c t i l e [J ].A c t aA r m a m e n t a r i i ,2008,29(2):208-216.[15] 张成亮,朱锡,侯海量,等.近距空爆载荷下抗爆舱壁变形破坏模式实验研究[J ].振动与冲击,2014,33(11):33-37.Z h a n g C h e n g -l i a n g ,Z h uX i ,H o uH a i -l i a n g ,e t a l .M o d e l t e s t s f o r d e f o r m a t i o na n dd e s t r u c t i o nm o d e so f ab l a s t -r e s i s t a n t b u l k h e a du n d e r n e a r d i s t a n c e e x p l o s i o n [J ].J o u r n a l o fV i b r a t i o na n dS h o c k ,2014,33(11):33-37.[16] 孙业斌.爆炸作用与装药设计[M ].北京:国防工业出版社,1987.[17] 吴有生,彭兴宁,赵本立.爆炸载荷作用下舰船板架的变形与破损[J ].中国造船,1995(4):55-61.W uY o u -s h e n g ,P e n g X i n g -n i n g ,Z h a oB e n -l i .P l a s t i c d e f o r m a t i o n a n dd a m a g e o f n a v a l p a n e l s s u b j e c t e d t o e x p l o -s i o n l o a d i n g [J ].S h i p b u i l d i n g o fC h i n a ,1995(4):55-61.[18] 侯海量,朱锡,李伟.轻型陶瓷/金属复合装甲抗弹机理研究[J ].兵工学报,2013,34(1):105-114.H o uH a i -l i a n g ,Z h uX i ,L iW e i .I n v e s t i g a t i o no nb u l l e t p r o o fm e c h a n i s mo f l i g h t c e r a m i c /s t e e l a r m o r [J ].A c t a A r m a m e n t a r i i ,2013,34(1):105-114.D a m a g e c h a r a c t e r i s t i c s o f s a n d w i c hb u l k h e a du n d e r t h e i m p a c t o f s h o c ka n dh i g h -v e l o c i t y f r a gm e n t s H o uH a i -l i a n g ,Z h a n g C h e n g -l i a n g ,L iM a o ,H uN i a n -m i n g ,Z h uX i (D e p a r t m e n t o f N a v a lA r c h i t e c t u r eE n g i n e e r i n g ,N a v a l U n i v e r s i t y o f E n g i n e e r i n g ,W u h a n 430033,H u b e i ,C h i n a )A b s t r a c t :I n o r d e r t o e x p l o r e t h e d e s i g nm e t h o d o f s a n d w i c hb u l k h e a d s u b j e c t e d t o t h e c l o s e b l a s t l o a d o fm i s s i l e -w a r h e a d ,e x p e r i m e n t sw e r e c a r r i e do u t t o i n v e s t i g a t e t h ed a m a g ee f f e c t o f s a n d w i c hb u l k -h e a d s u b j e c t e d t oc o m b i n e d i m p a c to f s h o c ka n df r a g m e n t su s i n g c a s tT N Ta n d p r e f a b r i c a t e df r a g -m e n t s .T h e c o m b i n e d i m p a c t l o a do f t h e s h o c ka n dh i g h -v e l o c i t y f r a g m e n t sw e r e a n a l y z e d .T h e f a i l -u r em o d e s o f s u r f a c e p l a t ea n ds a n d w i c hc o r eo f t h eb u l k h e a d w e r e p o i n t e do u t ,a n dt h e p r o t e c t i v e m e c h a n i s mo f s a n d w i c hb u l k h e a dw e r ea n a l y z e d .R e s u l t ss h o wt h a t t h e i m p a c te n e r g y a c t e do nt h e s t r u c t u r eb y t h e p r e f a b r i c a t e d f r a g m e n t s i s f a r l a r g e r t h a n t h a t o f s h o c ku n d e r t h e c l o s eb l a s t o f c a s t T N Ta n d p r e f a b r i c a t e d f r a g m e n t s ,a n d s h o u l db e t h em a i n l o a d i n t h e d e s i g no f t h e b u l k h e a d .U n d e r c o m b i n e d i m p a c to fc l o s e -i m p a c t w a v e sa n d h i g h -v e l o c i t y f r a g m e n t s ,t h ed e f o r m a t i o na n df a i l u r e m o d e s o f t h e f r o n t p l a t e i s l a r g e d e f o r m a t i o n ,c o m b i n e dw i t h l a r g e a m o u n t s o f p e r f o r a t i o nh o l e s ,i n -c l u d i n g l a r g e s h e a r i n g p l u g c a u s e d b y t h e d e n s e f r a g m e n t s ,p e r f o r a t i o n a n d c r a t e r s c a u s e d b y i n d i v i d u -a l f r a g m e n t s .L a r g ed e f o r m a t i o n i s t h em a i n f a i l u r em o d e so f b a c k p l a t e .A l 2O 3t i l e s a r eb a d l y f r a g -m e n t e d .P a r t o f t h e t i l e f r a g m e n t s s p l a s h e d r e v e r s e l y a n d i m p a c t o n t h e f r o n t p l a t e .F i b e r -r e i n f o r c e d c o m p o s i t e l a m i n a t e sw i l l g e n e r a t e l a r g ed e f o r m a t i o n i n c l u d i n g d a m a g e l i k e f i b e r s f r a c t u r e a n dm a t r i x c r a c k i n g .I n t h e d e s i g no f s a n d w i c hb u l k h e a d ,t h e f r o n t p l a t e s h o u l d a v o i d t r a n s v e r s e s h e a r i n g f a i l u r e a n dc o l l i s i o n o n t h e b u l l e t -r e s i s t a n t c o r e ,t h e b u l l e t -r e s i s t a n t c o r e s h o u l d a v o i d p e r f o r a t i o n f a i l u r e ,a n d t h eb a c k p l a t e s h o u l dh a v e e n o u g hs t r e n g t h t o a b s o r b t h e r e s i d u a l i m p a c t e n e r g y .K e y w o r d s :m e c h a n i c s o f e x p l o s i o n ;d a m a g e c h a r a c t e r i s t i c s ;s h o c k ;f r a g m e n t s ;s a n d w i c hb u l k h e a d (责任编辑 曾月蓉)321 第1期 侯海量等:冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性。
防空导弹反舰自适应起爆控制策略研究
2022年8月第50卷第4期Aug.2022Vol.50No.4现代防御技术MODERN DEFENCE TECHNOLOGY防空导弹反舰自适应起爆控制策略研究*张嘉伟，王闯，刘少波（北京电子工程总体研究所，北京100854）摘要：反舰作战时，为实现舰载防空导弹对舰面上舰桥、垂直发射装置等关键部位的有效毁伤，提出防空导弹反舰自适应起爆控制策略。
以“阿利·伯克”级驱逐舰作为典型舰船目标，基于防空导弹反舰模式的工作特点，充分利用弹上信息，建立由触发起爆、距离起爆和延时后限起爆组成的自适应起爆控制模型。
划分防空导弹对舰船目标的毁伤等级，通过仿真计算，研究了不同交会状态下的起爆条件和毁伤效果，验证了自适应起爆策略的有效性。
为拓展防空导弹的反舰作战能力，提高武器使用效率提供了技术支持。
关键词：防空导弹；复合引信；破片式战斗部；反舰作战；自适应起爆；毁伤评估doi：10.3969/j.issn.1009-086x.2022.04.007中图分类号：TJ761.1+3文献标志码：A文章编号：1009-086X（2022）-04-0052-10The Study on Adaptive Detonation Strategy for Anti-Air MissileAttacking WarshipsZHANG Jia-wei，WANG Chuang，LIU Shao-bo（Beijing Institute of Electronic System Engineering，Beijing100854，China）Abstract：In order to achieve effective destruction of key parts of the warship，such as bridge and vertical launcher，an adaptive detonation strategy for anti-air missile attacking warships is proposed. Taking the Arleigh Burke class destroyer as a typical target，based on the characteristics of the anti-air missile attacking warships，an adaptive detonation control model consisting of trigger initiation，distance initiation and delayed limited initiation is established by making full use of the information on the missile.The damage criterion of anti-air missile attacking warships is established，and the ini‐tiation conditions and damage effect，under different rendezvous condition are studied through simula‐tion calculation，and the effectiveness of adaptive detonation strategy is verified，which provides tech‐nical support for expanding the anti-ship combat capability of anti-air missile and improving the effi‐ciency of weapons.Keywords：anti-air missile；complex fuze；fragment warhead；anti-ship combat；adaptive detona‐tion；damage assessment☞飞行器技术☜*收稿日期：2021-11-26;修回日期：2022-03-14第一作者简介：张嘉伟（1992-），男，北京人。
高速破片与爆炸冲击波对钢板联合作用的数值模拟分析
(b) 钢板中心的方形区域变形
图 3 冲击波单独加载钢板形变情况
Fig.3 The deformation of steel plate under the action of shock
wave load alone
2.2 高速破片单独加载
由于战斗部采用一端中心点起爆方式，因此前期
爆轰波主要以球面波的形式传播，至后期，爆轰波基
WU Gang，WANG Xin，JI Chong，SUN Yu-xiang，ZHANG Kun，JIANG Tao (College of Field Engineering, Army Engineering University of PLA，Nanjing，210001)
Abstract：In order to study the characteristics of the combined effect of explosion shock waves and high-speed fragments on the steel structure, the finite element analysis software ANSYS/LS-DYNA was used, to carry out numerical simulation calculations of the combined effects of shock waves and high-speed fragments on 4340 steel plates with different thicknesses. The movement process of the prefabricated fragments driven by the charge was analyzed, and the deformation and failure of the steel plate under the action of shock wave load alone, fragments load alone, and shock wave and fragment coupling loads were explored. The results show that the main form of impact of the explosion shock wave on the steel plate is the overall deflection deformation of the steel plate and the large local deformation; the fragment group expands in a symmetrical layout, and the spatial shape is spread out in a parabolic form, the shock wave encounters the fragments to reflect and occur, the detour phenomenon causes the shock wave intensity of the steel plate structure to be significantly reduced; it is found that the coupling effect of the high-speed fragments and the explosive shock wave has a superimposed enhancement effect, which can effectively improve the comprehensive damage ability and local damage ability of the warhead.
冲击波和破片联合作用下舱段毁伤效应分析
冲击波和破片联合作用下舱段毁伤效应分析
万文超;张兆龙;吕宁;蔡斯渊;洪旸
【期刊名称】《舰船科学技术》
【年(卷),期】2024(46)3
【摘要】为了研究冲击波和破片联合作用下船舶舱段的毁伤效应,首先在ANSA中建立舱段的有限元模型,设定材料模型、模拟舷侧破口、建立战斗部模型和耦合模型;之后在AUTODYN中对比分析了爆炸冲击波单独作用以及冲击波、破片联合作用2种情形下,船舶舱段的舱内爆炸载荷特性、舱室结构等效塑性应变及位移等数值结果的差异。
结果表明:考虑冲击波和破片的联合作用时,冲击波压力曲线的前期趋势与冲击波单独作用下大致相同,但由于冲击波从破口发生泄漏,舱室内压力会较早达到准静态压力状态。
同时,爆炸当舱的更多区域出现了大破口,毁伤主要表现为角隅大塑性变形以及边缘大面积撕裂,甲板和舷侧的最大位移和等效塑性应变也较冲击波单独作用大得多。
【总页数】9页(P19-27)
【作者】万文超;张兆龙;吕宁;蔡斯渊;洪旸
【作者单位】中国船舶及海洋工程设计研究院;中国船舶集团有限公司第七〇九研究所;武汉理工大学
【正文语种】中文
【中图分类】U661.43
【相关文献】
1.冲击波和高速破片联合作用下固支方板毁伤效应数值模拟
2.冲击波和高速破片联合作用下夹芯复合舱壁结构的毁伤特性
3.冲击波与破片联合作用下蜂窝夹层板毁伤研究
4.冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性
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含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究
含能破片冲击引爆屏蔽炸药研究何源;何勇;潘绪超;张先锋;赵晓宁【期刊名称】《南京理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(035)002【摘要】Based on the one-dimensional shock wave theory and the Wasley's shock initiation energy criterion, the process of energetic fragment impacted shielded high explosives is theoretically and numerically analyzed. Fragment styles, fragment sizes and shielded plate thicknesses are considered respectively. The results show that the critical initiation velocity of the steel shell fragments is larger than that of the aluminum shell fragments, and with the increase of the diameter of energetic materials and the decrease of the shielding, the critical velocity decreases. The theoretically calculated results agree well with those of the corresponding numerical simulation. The different damage mechanism of energetic fragments and inert fragments is found. The damage mechanism of inert fragments is a kinetic energy of impact, but that of the energetic fragment is an explosive chemical reaction energy. The explosive chemical reaction energy is caused by impacted shock waves.%基于一维冲击波理论和Walker与Wasley的冲击起爆能量判据,对含能破片冲击屏蔽炸药过程进行了理论与数值分析.分别考虑了破片类型、破片尺寸和屏蔽壳厚度对冲击起爆的影响.结果显示,钢壳破片起爆能力优于铝壳破片,临界起爆速度随着含能材料直径的增长和屏蔽壳厚度的减小而降低;理论模型与数值计算结果吻合较好.由实验研究发现,与普通惰性破片的毁伤作用机理不同,含能破片主要是利用冲击波能量引发含能物质反应,反应释放的化学能与冲击波能量叠加对目标进行毁伤;能量输出方式主要为化学反应能.【总页数】7页(P187-193)【作者】何源;何勇;潘绪超;张先锋;赵晓宁【作者单位】南京理工大学智能弹药技术国防重点实验室,江苏南京210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点实验室,江苏南京210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点实验室,江苏南京210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点实验室,江苏南京210094;南京理工大学智能弹药技术国防重点实验室,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】O381【相关文献】1.破片冲击引爆带金属壳体屏蔽炸药临界条件研究 [J], 熊冉;李孝玉;魏晗2.破片冲击起爆屏蔽B炸药比动能阈值研究 [J], 刘鹏飞;智小琦;杨宝良;李娟娟3.动能块对屏蔽B炸药冲击引爆效应研究 [J], 高鹏;徐豫新;赵春龙;王树山4.含能破片撞击引燃屏蔽炸药的实验研究 [J], 叶小军;李向东5.预制破片对屏蔽炸药冲击引爆研究 [J], 童宗保;王金相;彭楚才;谢君;周楠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
冲击波-破片群联合作用下舰船复合材料结构近场动力学损伤模拟
冲击波-破片群联合作用下舰船复合材料结构近场动力学损伤
模拟
马福临;杨娜娜;赵天佑;陈志鹏;姚熊亮
【期刊名称】《爆炸与冲击》
【年(卷),期】2022(42)3
【摘要】采用一种新兴的无网格法——近场动力学理论,模拟复合材料结构在冲击波-破片群联合作用下的损伤情况。
根据复合材料结构承受的载荷特性,分析冲击波-破片群联合作用下层合板及加筋板结构的损伤模式,考虑载荷作用次序等因素对于联合作用毁伤能力的影响规律。
结果表明:联合作用对复合材料结构的损伤程度主要与冲击波强度、破片群侵彻能力、作用次序有关,主要损伤模式为分层失效、基体损伤、剪切损伤以及结构大变形;对于层合板而言,在冲击波先作用的工况下,结构损伤程度更高,损伤范围更大;对于加筋板而言,由于加筋板的筋条能显著降低冲击波作用,进而降低冲击波对破片群侵彻能力的增强效应,最终影响联合作用的毁伤能力,因而在破片群先作用的工况下反而损伤更严重。
【总页数】12页(P86-97)
【作者】马福临;杨娜娜;赵天佑;陈志鹏;姚熊亮
【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院;上海无线电设备研究所
【正文语种】中文
【中图分类】O382
【相关文献】
1.湿热环境下复合材料冲击损伤的近场动力学模拟
2.破片冲击作用下舰船复合材料结构损伤的近场动力学模拟
3.空爆冲击波与破片群联合作用下聚脲涂覆陶瓷复合装甲结构毁伤特性
4.冲击波和破片群联合作用下高强聚乙烯/泡沫铝夹芯复合结构毁伤响应特性
5.破片群作用下复合材料层合板近场动力学损伤模拟
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the pdf全文杀伤破片侵彻击穿和引爆靶弹的分析与研究guide download
破片式战斗部， 在内部炸药爆轰作用下 （半） 预 制壳体会急剧膨胀破裂成大小可预控的破片， 以特 定速度向四周飞散， 构成威力巨大的破片场。杀伤 破片 （后简称破片） 能否实现击穿靶弹并引爆靶内装 药的毁伤效果决定于目标靶的状况和破片的形状、 质量、 速度以及碰靶姿态。 因此， 掌握破片对靶板的侵彻过程和穿靶能力， 估算穿靶后速度和确定能否引爆靶后装药， 对于战 斗部整体结构设计具有重要意义。在此方面， 国内 外作过一些研究， 但都没有形成统一的认识， 也没在 工程实践中得以推广。因此， 针对此毁伤机制， 推导 出一种切实可行的设计分析法是必要的。
! 计算模型与已知参数
! 1 ! 计算模型 5 1 5 1 5 破片 破片材料为 ! 尺寸为边长 5 $ 号钢， " : : 立方 体， 质量为! 5 ; " 1 3 5 1 5 1 ! 靶弹 在计算时 考虑取靶板的厚度! 基本与攻击靶 <， 弹壳体结构等效的厚度； 取靶板材料的屈服应力 " = 靶板， 大致与弹壳用碳素钢 （或普通低合金钢） 材料 相当； 靶弹装药为 ( , ( > ) ? @A " $ > 4 $ 1 5 1 5 1 # 材料各向同性强化模型 为了考虑材料在冲击载荷下的相关特性，计算
［ ］ ! 限速度定义则可得到破片的剩余速度为 ： ／ ／ ! !# ! ! !# ! （ （ ## $ $ % +$ ’） % +$ ’） $ )（ 8) ! ／ ##* #! #*" ,2 ,! !） 2 " 4 （ ） ! ( 7
／ ／ ， ／ ／ 这里 ! 和" 分别表示撞击 ! )! # ! ! * !# ! " ( ( 破片的初始长度和直径。由实验可以观察到， 一个 冲塞塞柱 （后简称塞柱） 将从孔中抛射出来， 塞柱直 径稍大于撞击破片的初始直径， 等于它通过板时已 经撞击镦粗的部分。两个主要过程消耗了撞击体的 动量， 其一是塞柱质量得到了加速度， 其二是克服塞 柱周围与板的剪切阻力。破片通过撞击在界面上发 生了很大的塑性变形， 即是如此， 在加速阶段末， 由 于回弹原因， 塞柱的速度大于撞击破片的速度。但 由于塞柱受到周围剪刀阻力作用， 破片仍旧能跟上 塞柱。实际测量表明它们之间的速度差很小。 当破片冲击靶板时， 破片的动量和能量将迅速 直接地传递给与破片接触部分的靶板。对于冲塞式 穿孔， 靶板的这部分材料— — —冲塞， 将以高于弹道极 限的速度从近乎静止的靶板中分离出去。最值得注 意的参数是弹丸和塞块的动量和能量。通常， 由于 靶板的质量 #$ 远远大于破片的质量 ##， 即 #$"
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破片—冲击波复合作用对舰船弹药舱弹药冲击起爆技术的研究舰船弹药舱系统是舰载武器总体设计中的一个重要组成部分,在舰船的系统设计时,应充分考虑舰船的战斗使命,即在不同的位置配置不同的弹药,作战方式是各不相同的。
因此,对舰载弹药的毁伤规律研究是舰船弹药舱安全性研究中重要的一部分。
本文首先分析美国“弗莱彻”级驱逐舰的弹药舱结构和舰载弹药的种类及“飞鱼”反舰导弹的战斗部结构,确定弹目参数;再对不同毁伤元对弹药的作用过程进行数值模拟;最后对不同的毁伤元参数、不同的作用环境下的作用结果进行对比分析。
研究结果表明:(1)破片毁伤元对弹药的作用主要是局部的破口侵彻,弹药在弹药舱内被侵彻的过程与在自由场下差别不大;破片的形状对起爆弹药具有一定的影响,破片与弹药的接触面积越小,弹药越不容易被起爆;(2)冲击波毁伤元对弹药的作用主要是整体的变形,弹药舱因冲击波的作用发生舱体的膨胀变形,炸药起爆点与弹药的相对位置和弹药与舱体的相对位置都对弹药的损伤有一定的影响,起爆点距弹药越远,弹药距离舱室越近,弹药越难被冲击波毁伤元起爆;(3)破片和冲击波复合作用对弹药的毁伤结果与破片和冲击波的作用顺序有一定的关系,一般情况下,毁伤的最终结果都与率先作用的毁伤元单独冲击弹药时的毁伤结果相似。