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A CombustionModel for Explosive Charge Affected by a Bottom Gap in the Launch Environment

Computer Modeling in Engineering & Sciences 2024年第2期138卷 1207-1236页

作者： ShiboWu Weidong Chen Jingxin Ma Lan Liu shengzhuo lu Honglin Meng Xiquan Song College of Aerospace and Civil Engineering Harbin Engineering UniversityHarbin150001China General Department of Experimental Technology Beijing Institute of Structure and Environment EngineeringBeijing100076China Department of Economics Kunlun Energy Holding Company LimitedBeijing100101China

Launch safety of explosive charges has become an urgent problem to be solved by all countries in the world aslaunch situation of ammunition becomes ***, the existing numericalmodels have differentdefects. This paper formulates an efficient computational model of the combustion of an explosive charge affectedby a bottom gap in the launch environment in the context of the material point method. The current temperatureis computed accurately from the heat balance equation, and different physical states of the explosive charges areconsidered through various equations of state. Microcracks in the explosive charges are described with respectto the viscoelastic statistical crackmechanics (Visco–SCRAM) model. Themethod for calculating the temperatureat the bottomof the explosive charge with respect to the bottomgap is described. Based on this combustionmodel,the temperature history of a Composition B (COMB) explosive charge in the presence of a bottom gap is obtainedduring the launch process of a 155-mm artillery. The simulation results show that the bottom gap thickness shouldbe no greater than 0.039 cm to ensure the safety of the COM B explosive charge in the launch environment. Thisconclusion is consistent with previous results and verifies the correctness of the proposed model. Ultimately, thispaper derives amathematical expression for themaximumtemperature of the COMB explosive chargewith respectto the bottomgap thickness (over the range of 0.00–0.039 cm), and establishes a quantitative evaluationmethod forthe launch safety of explosive *** research results provide some guidance for the assessment and detectionof explosive charge safety in complex launch environments.

关键词： Combustion model explosive charge safety launch environment bottom gap temperature

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底隙对装药发射安全性影响机理的数值模拟研究

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爆炸与冲击 2024年第3期44卷 131-143页

作者：吴世博陈卫东路胜卓吴培文孙明武焦子腾哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为研究底隙对装药发射安全性的影响机理,基于物质点法建立了冲击载荷下受底隙影响的热-力-固耦合装药燃烧模型。该模型模拟的PBX装药底部温度与实验结果基本一致,验证了模型的正确性。采用该模型模拟了不同底隙厚度时Composition B(COM... 详细信息

为研究底隙对装药发射安全性的影响机理,基于物质点法建立了冲击载荷下受底隙影响的热-力-固耦合装药燃烧模型。该模型模拟的PBX装药底部温度与实验结果基本一致,验证了模型的正确性。采用该模型模拟了不同底隙厚度时Composition B(COM B)装药的炮弹发射过程,分析了装药温度变化规律。结果表明:发射过程中,COM B装药温度从底部到顶部逐步降低,装药底部最可能出现点火反应;装药底部温度随着底隙厚度的增加而升高。弹底载荷峰值为324.7 MPa时,COM B装药处于安全状态的底隙厚度不超过0.062 cm。底隙中的空气在发射过程中被压缩,其温度极速升高,导致相邻的装药底部易出现点火反应。

关键词：底隙装药发射安全性物质点法

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Dynamic response of fixed-roof oil-storage tank structure under blast loading

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Journal of Southeast University(English Edition) 2012年第1期28卷 58-63页

作者：路胜卓王伟哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090

In order to investigate the damage and deformation mechanism of large scale steel fixed-roof oil-storage tanks under the combustible gas explosion, a series of explosion experiments of scaled models are conducted. The l： 25 scaled numerical models of oil-storage tanks with a capacity of 5 000 m3 are also set up by ANSYS/LS-DYNA software, and their damage processes under the blast impact are numerically simulated. Both the experimental results and the numerical simulations show that the blast loading curve displays a pressure jump instantaneously at the moment of contact with the experimental models, and the overpressure peaks at the stagnation area of the outer surface on the blast side. The yield range first appears at the stagnation area and then propagates to the neighboring parts, and the irregular plastic hinge circle obviously appears around the deformation area, which results in the concaved buckling of the tank inner surface. During the whole process, the inner liquid not only impacts on the structures, but also absorbs and consumes part of the blast energy.

关键词： fixed-roof oil-storage tank combustible gasexplosion numerical simulation and analysis impact loading dynamic strain

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大型浮顶储油罐爆炸动力响应及破坏机理

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哈尔滨工业大学学报 2014年第10期46卷 23-30页

作者：张博一李前程王伟路胜卓哈尔滨工业大学结构工程控制与灾变教育部重点实验室哈尔滨150090 哈尔滨工业大学土木工程学院哈尔滨150090 哈尔滨工业大学航天学院哈尔滨150001 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨150001

为研究大型浮顶储油罐结构在可燃气体爆炸作用下的变形破坏机理,根据Von Mises屈服条件和强度理论,建立了储油罐结构在爆炸荷载作用下的广义屈服函数和失效破坏准则,利用显示非线性动力有限元软件LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对爆炸作... 详细信息

为研究大型浮顶储油罐结构在可燃气体爆炸作用下的变形破坏机理,根据Von Mises屈服条件和强度理论,建立了储油罐结构在爆炸荷载作用下的广义屈服函数和失效破坏准则,利用显示非线性动力有限元软件LS-DYNA,采用ALE流固耦合算法,对爆炸作用下容积为15×104m3的大型浮顶储油罐结构的罐壁位移、加速度、应力、应变等动态力学响应进行了数值模拟,计算结果表明:浮顶油罐的失效破坏模式为迎爆面顶部罐壁产生内凹塌陷和屈曲变形,迎爆面中部驻点区首先屈服并带动相邻部分达到屈服状态,同时在变形区周围明显形成不规则的塑性铰环,导致罐壁产生内凹屈曲.爆炸作用下,罐内液体既对罐壁产生一定的冲击作用,也能吸收和耗散部分爆炸能,储罐内液面较高时能提高油罐结构的抗爆能力.

关键词：浮顶储油罐可燃气体爆炸冲击失效准则动力响应

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粘弹性统计裂纹模型的炸药安全性分析

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哈尔滨工程大学学报 2019年第3期40卷 495-500页

作者：严涵于艳春陈卫东路胜卓哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001 东北农业大学水利与土木工程学院黑龙江哈尔滨150001

为更好的模拟炸药装药在发射环境下的安全性问题,本文基于粘弹性统计裂纹模型,结合JWL状态方程,采用有限体积法自编程序计算了炸药在模拟的弹底压力作用下内部的应力和温度的变化情况,及在不断增大的弹底压力加载下炸药的起爆情况,确定... 详细信息

为更好的模拟炸药装药在发射环境下的安全性问题,本文基于粘弹性统计裂纹模型,结合JWL状态方程,采用有限体积法自编程序计算了炸药在模拟的弹底压力作用下内部的应力和温度的变化情况,及在不断增大的弹底压力加载下炸药的起爆情况,确定了起爆的临界弹底压力,并初步估算了炸药的点火温度。计算表明:由于考虑了炸药内部的裂纹,炸药模型在弹底压力的加载下会产生裂纹损伤功,使炸药整体温度升高;炸药内部的应力变化与弹底压力的变化趋势基本一致,说明计算结果是可信的;炸药模型不变,不断的增大弹底压力,在初始压力为0. 505 MPa,峰值压力为1. 635 GPa的弹底压力作用下,在反应17 ms左右时温度突然急剧增大,说明炸药发生了点火反应,从而确定了该弹底压力为炸药起爆的临界弹底压力,并初步估算了炸药的点火温度在700～800 K。研究结果表明:本文提出的算法初步确定了炸药点火的临界弹底压力,并初步估算了炸药的点火温度:可为炸药的安全性评估提供参考。

关键词：爆炸力学粘弹性统计裂纹模型有限体积法炸药装药弹底压力点火反应

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可燃气体爆炸对刚壁冲击特性的实验研究

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哈尔滨工程大学学报 2011年第8期32卷 1001-1006页

作者：路胜卓王伟张博一张春巍哈尔滨工业大学土木工程学院黑龙江哈尔滨150090

为研究可燃气体爆炸对石油化工设施及建筑结构的冲击荷载特性,利用可燃气体爆轰实验装置,通过乙炔/空气混合气体沿管道爆轰产生的冲击波对实验平台刚壁的冲击实验,分别测得壁面超压时程曲线以及刚壁和爆轰管道的振动加速度时程曲线.通... 详细信息

为研究可燃气体爆炸对石油化工设施及建筑结构的冲击荷载特性,利用可燃气体爆轰实验装置,通过乙炔/空气混合气体沿管道爆轰产生的冲击波对实验平台刚壁的冲击实验,分别测得壁面超压时程曲线以及刚壁和爆轰管道的振动加速度时程曲线.通过对超压和振动加速度时程曲线的分析,研究可燃气体爆炸对结构的冲击荷载及其引发结构振动响应的规律.实验发现,混合气体中的乙炔浓度是影响爆炸冲击荷载及结构振动响应的主要因素,冲击波在内壁正反射区域产生的超压荷载峰值高达1.4 MPa,并且正反射区域的超压峰值始终大于其他斜反射区域.同时,爆炸冲击波引发实验平台和爆轰管道产生强烈振动,平台刚壁振动加速度峰值高达1 684 m/s2.

关键词：可燃气体爆炸冲击波刚性壁面冲击荷载超压峰值振动加速度

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有限体积法的实体结构疲劳可靠性分析

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哈尔滨工程大学学报 2017年第9期38卷 1413-1419页

作者：于艳春李建操陈卫东路胜卓东北农业大学水利与土木工程学院黑龙江哈尔滨150030 滁州学院地理信息与旅游学院安徽滁州239000 哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了提高实体结构系统疲劳可靠性的计算效率,本文采用有限体积法研究了实体结构系统的疲劳可靠性问题。通过依据累积损伤模型对结构元件的疲劳可靠性进行分析,建立了实体结构系统的分析模型,分析了实体结构系统疲劳失效机理和判别方法... 详细信息

为了提高实体结构系统疲劳可靠性的计算效率,本文采用有限体积法研究了实体结构系统的疲劳可靠性问题。通过依据累积损伤模型对结构元件的疲劳可靠性进行分析,建立了实体结构系统的分析模型,分析了实体结构系统疲劳失效机理和判别方法。本文利用改进的分支限界法搜索了结构系统的主要失效模式,采用简化的疲劳可靠性分析方法计算了结构系统的疲劳可靠度。通过算例分析,得到的结构系统疲劳可靠度的计算结果在简单界值法的估算范围内,且随着疲劳载荷循环次数的增加可靠度不断减小。该计算结果的趋势是正确的、符合客观实际的,证明了提出方法的正确性,为结构系统疲劳可靠性分析提供理论基础。

关键词：有限体积法疲劳可靠性结构系统失效模式累积损伤分支限界法实体结构失效机理

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改进物质点法及其在爆炸与冲击动力学中的应用

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哈尔滨工程大学学报 2021年第11期42卷 1671-1678页

作者：陈卫东刘澜路胜卓吴世博马敬鑫吴培文哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了提高物质点法数值模拟爆炸与冲击动力学问题的计算效率和计算精确度,本文对物质点法进行了2项改进。第1项改进是构建物质点自由流出边界条件,该边界条件能够使物质点及其物理信息根据实际情况从背景网格边界自由流出;第2项改进是提... 详细信息

为了提高物质点法数值模拟爆炸与冲击动力学问题的计算效率和计算精确度,本文对物质点法进行了2项改进。第1项改进是构建物质点自由流出边界条件,该边界条件能够使物质点及其物理信息根据实际情况从背景网格边界自由流出;第2项改进是提出物质点自适应分裂改进方案,该改进方案能够使物质点根据分裂判定条件沿多个坐标轴方向同时进行自适应分裂。通过施加物质点自由流出边界条件,能够在保证数值模拟计算精确度的同时显著提高计算效率;通过实施物质点自适应分裂改进方案,能够显著提高数值模拟的计算精确度,因此经过这2项改进的物质点法能够更加适用于数值模拟爆炸与冲击动力学问题。

关键词：物质点法流出边界物质点分裂爆炸动力学冲击动力学近物面水下爆炸聚能射流数值模拟

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多管火箭弹射击精度的复合形法优化

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哈尔滨工程大学学报 2014年第9期35卷 1112-1116,1155页

作者：王巍陈卫东张宝财吴限德路胜卓于佳哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了提高多管火箭弹等武器射击精度,通过对多管火箭弹射击精度影响因素分析,在不改变武器发射系统总体结构、发射环境的前提下,采用复合形优化算法,以射击间隔和发射顺序为设计变量,建立了多管火箭弹射击密集度优化模型,形成基于复合形... 详细信息

为了提高多管火箭弹等武器射击精度,通过对多管火箭弹射击精度影响因素分析,在不改变武器发射系统总体结构、发射环境的前提下,采用复合形优化算法,以射击间隔和发射顺序为设计变量,建立了多管火箭弹射击密集度优化模型,形成基于复合形法的多管火箭弹射击密集度优化方法,为多管火箭武器的射击精度优化提供参考。优化仿真结果表明,优化后多管火箭弹射击密集度得到显著提升。

关键词：多管火箭复合形法射击密集度优化设计数值仿真射击精度

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拱顶储油罐爆炸作用下的动力响应数值模拟

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油气储运 2018年第6期37卷 644-650页

作者：路胜卓陈卫东王伟张文松哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院哈尔滨工业大学土木工程学院北京有色金属研究总院条件保障部

大型钢制储油罐在爆炸事故中极易遭受破坏,使得钢制储油罐结构的抗爆安全问题备受关注。基于此,根据柱壳理论建立了钢制储油罐结构的运动微分方程,并利用LS-DYNA非线性有限元计算软件,对容积为2×10~4 m^3拱顶式储油罐的爆炸破坏过程进... 详细信息

大型钢制储油罐在爆炸事故中极易遭受破坏,使得钢制储油罐结构的抗爆安全问题备受关注。基于此,根据柱壳理论建立了钢制储油罐结构的运动微分方程,并利用LS-DYNA非线性有限元计算软件,对容积为2×10~4 m^3拱顶式储油罐的爆炸破坏过程进行了数值模拟。通过缩比模型的破坏模拟试验对数值模拟结果的可靠性进行了验证,结果表明:在爆炸作用下,拱顶储油罐呈现弹塑性动力响应特性。受罐体轴向拉伸内力影响,顶部罐壁首先产生应力集中并引起结构强度失效,形成了迎爆面罐壁和部分拱顶内凹屈曲的破坏模式。由于爆炸冲击波和液体复合冲量的作用,失效区域带动相邻罐壁沿爆炸作用方向变形运动,最终导致罐体的失稳破坏。研究结果可为大型钢制储油罐的抗爆防护设计提供参考。

关键词：拱顶式储油罐爆炸荷载破坏机理数值模拟抗爆设计

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