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水下爆炸下高拱坝坝面冲击荷载特性研究

水利学报 2024年第5期55卷 607-618页

作者：黄宇峰卢文波王高辉王洋刘杰武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

确定爆炸荷载是高拱坝抗爆性能评估和抗爆设计的前提。为此,开展了高拱坝水下爆炸模型试验,并结合数值模拟方法,研究了高拱坝水下爆炸冲击荷载特性。以原型拱坝按1∶200缩比设计和制作了拱坝模型,测量了水下爆炸作用下库中以及拱坝表面... 详细信息

确定爆炸荷载是高拱坝抗爆性能评估和抗爆设计的前提。为此,开展了高拱坝水下爆炸模型试验,并结合数值模拟方法,研究了高拱坝水下爆炸冲击荷载特性。以原型拱坝按1∶200缩比设计和制作了拱坝模型,测量了水下爆炸作用下库中以及拱坝表面的冲击荷载;采用Abaqus软件进行了拱坝水下爆炸数值模拟,结合试验数据验证了数值模拟的可靠性。研究结果表明,高拱坝水下爆炸冲击荷载可分为三个部分:首波爆炸冲击荷载、岸坡反射爆炸冲击荷载以及基底反射爆炸冲击荷载;对于库中起爆工况,高拱坝中心区域受到首波冲击的影响较大,而底部和靠近岸坡的区域则受到反射波的冲击较大,反射波在这些区域引起了较大的速度响应,在高拱坝的抗爆设计以及性能评估中,应考虑反射爆炸荷载的影响。研究成果可为高拱坝抗爆设计以及抗爆性能评估提供参考。

关键词：高拱坝水下爆炸坝面冲击荷载反射波模型试验

远场水下爆炸冲击作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法

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工程力学 2024年第3期41卷 73-81页

作者：黄宇峰卢文波王高辉陈明严鹏武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 武汉大学水工岩石力学教育部重点实验室湖北武汉430072

高坝大库的抗爆与防护是国防安全的重要研究课题。该文针对远场水下爆炸冲击作用下混凝土重力坝的稳定安全评价问题,研究了远场水下爆炸冲击波的传播及其与坝体的相互作用过程;基于波动理论和平面波假设,建立了重力坝爆炸动应力场的简... 详细信息

高坝大库的抗爆与防护是国防安全的重要研究课题。该文针对远场水下爆炸冲击作用下混凝土重力坝的稳定安全评价问题,研究了远场水下爆炸冲击波的传播及其与坝体的相互作用过程;基于波动理论和平面波假设,建立了重力坝爆炸动应力场的简化理论计算模型,最终建议了一种远场水下爆炸冲击波作用下重力坝动力稳定性的简化时程分析方法;同时结合工程实际,采用该方法对某混凝土重力坝的动力稳定性进行了分析。结果表明:在远场爆炸冲击荷载作用下,重力坝的稳定安全系数呈现出先增后减再增并最终保持恒定的变化规律;下游坝面反射形成的拉伸波与剪切波的共同作用是导致建基面稳定安全系数降低的主要原因。

关键词：混凝土重力坝水下爆炸坝体动应力动力稳定性时程分析

不同长径比柱形炸药水下爆炸气泡动力学行为特性

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火炸药学报 2024年第1期47卷 51-63页

作者：刘元凯秦健迟卉孟祥尧文彦博黄瑞源南京理工大学瞬态物理国家重点实验室江苏南京210094 海军研究院北京100161 防化研究院北京102205 福州大学土木工程学院福建福州350116

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同长径比的柱形装药在固支方板下爆炸气泡动力学行为;对质量2.5g、长径比分别为1∶1和2∶1的TNT炸药进行了水中固支方板下的爆炸实验,利用高速摄影记录爆炸气泡演化图像;使用ABAQUS软件对长径比... 详细信息

采用实验与数值模拟相结合的方法,研究了不同长径比的柱形装药在固支方板下爆炸气泡动力学行为;对质量2.5g、长径比分别为1∶1和2∶1的TNT炸药进行了水中固支方板下的爆炸实验,利用高速摄影记录爆炸气泡演化图像;使用ABAQUS软件对长径比为5∶1、10∶1、20∶1的柱形装药,在竖直与水平设置条件下的水下爆炸气泡演化过程进行了数值模拟。结果表明,炸药长径比为1∶1和2∶1时,爆炸气泡演化现象无明显差别。当药柱竖直放置时,由于炸药长径比不同导致的爆炸气泡初始形态差异,会在气泡演化过程中迅速消弭;但长径比与起爆位置都对射流速度有不同程度的影响;当药柱水平放置时,起爆点位置会影响气泡的对称性和水射流形态;药柱端部起爆时,气泡膨胀过程的形态略微不对称,水射流向起爆点方向偏移;炸药长径比越大爆炸水射流在气泡内部越宽,并且水射流的载荷越小;药柱中心起爆时,爆炸气泡产生竖直向上的水射流,不发生偏移。

关键词：爆炸力学水下爆炸柱形装药长径比固支方板爆炸气泡水射流

水下爆炸作用下悬浮隧道管体形状对结构响应的影响规律

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隧道建设（中英文） 2024年第6期44卷 1233-1240页

作者：罗刚杨云生严荔张宇航 AHMED MD Elias 刘凤玲长安大学公路学院陕西西安710064

为研究水下爆炸条件下断面形式对悬浮隧道结构响应和抗冲击性能的影响,采用LS-DYNA有限元软件建立圆形、椭圆形和长方形3种断面悬浮隧道的数值计算模型,进行动力响应数值模拟分析。对比分析3种断面悬浮隧道在爆炸作用下管体位移、压力... 详细信息

为研究水下爆炸条件下断面形式对悬浮隧道结构响应和抗冲击性能的影响,采用LS-DYNA有限元软件建立圆形、椭圆形和长方形3种断面悬浮隧道的数值计算模型,进行动力响应数值模拟分析。对比分析3种断面悬浮隧道在爆炸作用下管体位移、压力及有效应力的响应特性。结果表明:1)圆形断面悬浮隧道受爆炸影响的范围最小,位移、压力和有效应力峰值最低,安全系数最高,抗冲击波性能最优;2)椭圆形和长方形断面管体更易发生局部应力集中,尤其长方形断面的压力和有效应力峰值都高于圆形和椭圆形断面,抗冲击性能较差;3)椭圆形断面悬浮隧道的竖向位移要大于长方形断面,但长方形断面位移变形存在明显畸变。综合分析表明,圆形断面悬浮隧道的抗爆性能优于椭圆形和长方形断面。

关键词：悬浮隧道水下爆炸断面形式 LS-DYNA有限元软件结构响应抗爆性能

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水下爆炸多气泡耦合形态及载荷分布特性

兵器装备工程学报 2024年第6期45卷 10-18页

作者：谢洋洋孙岩青岛哈尔滨工程大学创新发展中心山东青岛266000

多爆源水下爆炸产生的气泡在相互耦合作用后,其形态演化以及脉动载荷分布特性与单个气泡相比存在着显著差异。基于超算工作站,由LS-DYNA有限元软件,建立了自由场中爆源中心距离为一个气泡最大半径R的三气泡及四气泡水平阵列三维模型,使... 详细信息

多爆源水下爆炸产生的气泡在相互耦合作用后,其形态演化以及脉动载荷分布特性与单个气泡相比存在着显著差异。基于超算工作站,由LS-DYNA有限元软件,建立了自由场中爆源中心距离为一个气泡最大半径R的三气泡及四气泡水平阵列三维模型,使用ALE算法计算分析了多气泡融合发展形态演变过程和融合气泡空间载荷分布情况。研究表明,多气泡融合后射流发生在气泡水平两端;融合气泡局部坍塌的不一致造成了三气泡融合气泡上方坍塌载荷较四气泡融合气泡坍塌载荷大,但是三气泡融合气泡总冲量始终小于四气泡融合气泡;对比单气泡,多气泡脉动周期增大,三气泡、四气泡第1次脉动周期与单气泡比值分别为137%、147%;多气泡脉动载荷显著增强,三气泡、四气泡中心上方距离R处脉动载荷峰值与单气泡同样位置处的脉动载荷峰值比值分别为400%、263%。

关键词：水下爆炸融合气泡气泡脉动载荷分布特性数值仿真

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水下爆炸气泡上浮量预报研究

兵器装备工程学报 2024年第5期45卷 112-118页

作者：张永坤张姝红陈高杰权琳 91388部队辽宁大连116041

采用理论分析与水下爆炸试验相结合的方法,对水下爆炸气泡上浮量进行了研究。首先,根据无量纲化气泡上浮量与脉动周期正比例关系,推导出了基于测量周期的气泡上浮量计算公式;根据气泡上浮量测量结果,对无限水域气泡上浮量计算公式进行修... 详细信息

采用理论分析与水下爆炸试验相结合的方法,对水下爆炸气泡上浮量进行了研究。首先,根据无量纲化气泡上浮量与脉动周期正比例关系,推导出了基于测量周期的气泡上浮量计算公式;根据气泡上浮量测量结果,对无限水域气泡上浮量计算公式进行修正,得到了考虑边界条件影响下气泡上浮量计算公式。其次,基于测量周期计算得到了水下爆炸气泡上浮量,经与试验测试结果进行比对,两者吻合较好;基于上浮量、冲击波峰值计算得到了气泡脉动实际峰值,进而得到了气泡脉动实际峰值与测量峰值之间的比例系数;基于测量冲击波峰压和修正后气泡峰压计算得到了上浮量,并由于脉动周期测量值计算得到的上浮量进行比较,两者平均误差仅为3.68%。最后,考虑边界条件的影响,对小当量装药的上浮量进行了测试,试验测试与理论计算结果平均误差为7%。研究表明:底部的存在使气泡周期变大,底部的吸引作用使上浮量变小,导致上浮量计算结果存在一定偏差;空化作用的影响,导致气泡脉动峰压测量值偏大;理论计算值与试验结果偏差在工程允许范围内,表明了论文中提出的计算模型可应用于工程实际。

关键词：水下爆炸气泡上浮量气泡峰压试验

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水下爆炸气泡射流载荷及对结构毁伤研究进展

舰船科学技术 2024年第1期46卷 1-7页

作者：孙远翔刘新陈岩武王成北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室北京100081

气泡射流载荷是造成水下结构毁伤的重要因素。本文从水下爆炸气泡射流产生的实验装置和条件、气泡射流载荷特性及其对结构的毁伤等方面对国内外相关领域的研究进行综述,总结气泡射流实验技术和数值模拟现状,梳理气泡射流载荷特征及其对... 详细信息

气泡射流载荷是造成水下结构毁伤的重要因素。本文从水下爆炸气泡射流产生的实验装置和条件、气泡射流载荷特性及其对结构的毁伤等方面对国内外相关领域的研究进行综述,总结气泡射流实验技术和数值模拟现状,梳理气泡射流载荷特征及其对结构毁伤的影响规律,为水下武器的研制及舰船抗爆能力的提升提供参考。

关键词：水下爆炸气泡射流载荷实验研究结构毁伤

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高速相机水下爆炸抗冲击防护装置研制与应用

工程爆破 2024年

作者：黄雪峰初建鹏周方毅盛振新海军潜艇学院中国船舶科学研究中心

随着对水下爆炸现象的深入研究，需要对气泡运动及毁伤过程进行清晰地观测，目前一般在爆炸水箱外部利用高速相机通过观察窗拍摄爆炸过程，易受边界条件影响且观测范围有限。鉴于此，设计了高速相机水下爆炸抗冲击防护装置，采用有限元... 详细信息

随着对水下爆炸现象的深入研究，需要对气泡运动及毁伤过程进行清晰地观测，目前一般在爆炸水箱外部利用高速相机通过观察窗拍摄爆炸过程，易受边界条件影响且观测范围有限。鉴于此，设计了高速相机水下爆炸抗冲击防护装置，采用有限元软件计算分析的方法校核了水下爆炸冲击载荷下防护装置强度和相机安全性。在此基础上，开展了水下爆炸试验，成功拍摄了气泡运动的演化过程，实现了将高速相机直接放入水中观测爆炸现象。结果表明：抗冲击防护装置能够对高速相机进行有效防护；入水移动式水下爆炸高速摄像系统能够清晰拍摄装药水下爆炸气泡运动过程且可根据观测需要在水中灵活移动获得理想拍摄效果。该装置可为水下爆炸规律的试验研究提供技术支撑。

关键词：水下爆炸高速相机防护装置气泡运动

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邻空气域装药水下爆炸压力场特征研究

兵工学报 2024年

作者：杨科周章涛马宏昊姚象洋傅力衡徐庆涛沈兆武中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室中国科学技术大学中国科学院材料力学行为和设计重点实验室中国船舶科学研究中心

为控制炸药水下爆炸能量分布，实现定向打击，研究一种典型炸药-空气柱形装药结构爆炸压力场分布特征。通过实验与数值模拟探究含不同尺寸空气域结构水下爆炸的压力和比冲量分布情况，发现空气域对炸药水下爆炸具有定向增强效应。模拟... 详细信息

为控制炸药水下爆炸能量分布，实现定向打击，研究一种典型炸药-空气柱形装药结构爆炸压力场分布特征。通过实验与数值模拟探究含不同尺寸空气域结构水下爆炸的压力和比冲量分布情况，发现空气域对炸药水下爆炸具有定向增强效应。模拟结果表明，空气域会导致爆轰产物冲击空气-水边界，空气域方向近场峰值压力增强现象；伴随气泡形态变化，形成隔绝能量的花瓶状气泡，使空气域后方出现比冲量增强现象；上述增强现象均随着距离增加而逐渐消失，其中比冲量增强效应的影响范围更广。研究结果表明，空气域的存在可以显著增强该方向近场范围内的毁伤效果。

关键词：水下爆炸装药结构气泡形态能量分布