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舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究

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收稿日期院2018-04-26基金项目院国防基础研究项目渊No.B1420133057冤曰国家自然科学基金渊No.51509196冤曰中央高校基本科研业务费专项资金渊No.2014-yb-20冤作者简介院李营渊1988-冤袁男袁博士后袁E-mail:liying@whut.edu.cn曰张磊渊1972-冤袁男袁高级工程师袁博士生导师曰杜志鹏渊1977-冤袁男袁高级工程师袁博士生导师袁通讯作者袁E-mail:duzp7755@163.com遥

舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究

李营1袁2袁张磊2袁杜志鹏2袁赵鹏铎2袁任宪奔1袁方岱宁1渊1.北京理工大学先进结构技术研究院袁北京100081曰2.海军研究院袁北京100161冤

摘要院文章设计了典型多舱结构模型袁开展了多舱结构在舱内爆炸作用下的毁伤特性实验袁测量了爆炸破片和冲击波载荷袁并用高速摄像机记录了爆炸毁伤过程袁分析了塑性变形尧毁伤模式等结构毁伤特点遥结果表明院渊1冤舱内爆炸作用下结构受爆炸冲击波与破片群联合作用袁且舱内爆炸载荷包含明显的准静态压力段曰渊2冤紧贴战斗部的舱壁发生花瓣状破口并将压力泻到相邻舱室袁较近结构受冲击波与破片联合作用效果明显曰渊3冤加强筋较好地限制了爆炸破口袁但变形梯度较大的地方易产生裂纹曰渊4冤内爆炸作用下普通舱门是舱室结构薄弱环节袁须重点关注遥关键词院舱内爆炸曰毁伤特性曰耦合效应曰准静态压力曰舱门曰爆炸破片中图分类号院U663.9O383+.1文献标识码院Adoi:10.3969/j.issn.1007-7294.2018.08.009

Experimentinvestigationondamagecharacteristicofcabinsunderwarheadinternalblast

LIYing1,2,ZHANGLei2,DUZhi-peng2,ZHAOPeng-duo2,RENXian-ben1,FANGDai-ning1

(1.InstituteofAdvancedStructureTechnology,BeijingInstituteofTechnology,Beijing100081,China;2.NavalResearchAcademy,Beijing100161,China)

Abstract院Multi-cabinstructurewasdesignedunderwarheadinternalblast,andfragmentsandblastwaveloadingweremeasured.Atthesametime,plasticdeformationandfailuremodeswereinvestigatedbyhigh-speedcamera.Theresultsshowthat:(1)Cabinsbearcombinedeffectofblastwave,fragmentsandquasi-staticpressureinespecial;(2)Therewouldbepetallingintheclingingbulkhead,thatwouldventblastloadingtoadjacentcabin;(3)Stiffenersenhancestrengthofbulkheadsanddecreaseblasthole,butthosewouldcauselocalcracks;(4)Traditionalhatchdoorsareweakpartsofcabinunderinternalblast.Keywords:internalblast;damagecharacteristic;combinedeffect;quasi-staticpressure;hatchdoor;fragments

0引言

反舰导弹尧舰炮是舰船面临的重要水上武器威胁袁其毁伤舰船结构的主要途径是侵彻舷侧外板后进入舱室内部爆炸袁即舱内爆炸[1]遥在舱内爆炸作用下袁舰艇结构承受爆炸冲击波和爆炸破片的联合载

文章编号院1007-7294渊2018冤08-0993-08第22卷第8期船舶力学Vol.22No.82018年8月JournalofShipMechanicsAug.2018994船舶力学第22卷第8期

荷作用袁会发生较为严重的损伤尧甚至造成舰毁人亡的灾难[2]遥舰船结构设计时如何评估舱内爆炸的毁伤特性及有针对性地开展结构设计袁成为学术界和舰船设计者广泛关心的问题遥国内外学者高度关注舱内爆炸作用下的舰船结构毁伤问题遥西方海军强国由于军事保密等原因袁公开发表的舰船舱内爆炸方面的文献非常少院美国UFC海陆空三军通用规范[3]对内爆炸载荷简化方法进行了叙述曰Aderson等[4]给出了内爆炸准静态压力的计算公式曰芬兰海军[5]也高度关注内爆炸作用下舰船结构的变形袁并对使用Abaqus软件采用简化载荷进行了舰船评估遥在国内袁侯海量等[6-7]分析了舱内爆炸载荷的特点袁并通过数值仿真手段讨论了结构的破坏模式袁研究表明舱内爆炸时角隅处载荷强度远大于其他位置袁舱内结构破坏的主要模式为沿角隅位置发生撕裂等曰Yu等[8]研究了箱型梁对舱内爆炸作用的剩余极限强度的影响遥在舰船设计领域应用极为广泛的劳式船级社规范[9]中明确规定袁内爆炸载荷包含冲击波渊包含准静态压力冤及爆炸破片遥上述研究主要采用的是数值分析方法袁舱内爆炸毁伤的实验数据较少遥另外袁研究主要关注了爆炸冲击波的影响袁没有考虑爆炸冲击波与破片群的联合作用袁毁伤特性及毁伤模式的预测也需要实验验证遥本文设计了典型多舱结构模型袁开展了多舱结构在舱内爆炸作用下毁伤特性的实验研究袁并用高速摄像机记录了爆炸毁伤过程遥分析了爆炸破片和冲击波载荷特点袁塑性变形尧毁伤模式等遥研究结论为舰船结构抗舱内爆炸设计提供了参考遥

1实验设置

1.1实验模型模型由3个4m伊2m伊2.5m的舱室组成袁共计12m伊2m伊2.5m袁材料为Q345钢遥上甲板厚10mm袁下甲板厚5mm袁横纵舱壁均为4mm袁强骨材采用T型材渊200伊80伊8伊6冤袁弱骨材采用L型钢渊60伊

20伊4伊5冤遥扶强材尧横梁尧纵桁等加强结构连接部分采用肘板加强遥

战斗部选用直径为130mm尧长度为450mm的圆柱形战斗部袁内部装药为TNT约6.23kg袁外部壳体厚度为20mm遥采用端部雷管引爆战斗部遥战斗部横向放置袁放置在1号舱室2号横舱壁中心处袁高度1.25m遥舱室和战斗部模型示意图如图1所示袁其中单舱几何模型图如图1渊a冤所示袁3舱室三维模型如图1渊b冤所示袁战斗部几何模型如图1渊c冤所示遥

渊a冤单舱几何模型前舱壁后舱壁横舱壁上舱壁第8期李营等院舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下噎995渊b冤3舱室三维模型渊c冤战斗部模型图1舱室及战斗部模型Fig.1Modelofcabinandwarhead

1.2实验测量

实验采用日本NAC/HX-3高速相机记录战斗部爆炸毁伤舱室的物理过程袁采样频率设置为每秒6000帧遥压力采用ICP型的PCB/101A02壁面反射压力传感器测量袁量程为34.5MPa遥高速采集仪采

用Genesis袁采样频率设置为1MHz遥为避开破片密集作用区袁分别在3个舱室后舱壁中心各设置1个压力传感器袁压力传感器设置如图2所示遥此外袁还设置了通断网靶测量爆炸破片的初始速度遥

根据以往经验袁带破片战斗部的压力测量是实验测量的难点遥测量导线外套金属软管提高电磁屏幕效果袁另外将金属软管放入厚壁钢管中防护内部导线遥经反复预备实验测试袁该设置对提高近场爆炸压力测量的有效数据率有明显效果遥

2实验结果及分析

2.1物理过程因高速相机采用手动触发袁对零时刻的判断与数据采集系统并未完全同步遥物理过程分析以首次看见火光作为初始时刻袁整个物理过程如图3所示遥0ms时袁从1号门缝隙可见较弱火光袁分析为战斗部内部装药爆轰袁战斗部壳体开始破裂袁爆轰产

物泻出遥1.17ms时袁上甲板出现火光袁表明破片已侵彻上甲板袁结合战斗部距离上甲板距离为1.25m袁推

图2测点布置Fig.2Positionofgaugepoints

450测爆炸破片速度约为1068m/s遥在此之前袁后舱壁后方已经出现光亮袁表明此时战斗部前端大质量破坏也已经侵彻后舱壁遥3.67ms时袁2号舱室舱门缝隙出现火光袁1号横舱壁开始出现火光袁判断为破片运动到1号横舱

壁袁并发生了侵彻作用遥结合战斗部距离1号横舱壁距离为4m袁推测爆炸破片速度约为1089m/s袁与通过甲板火光推测的破片初速度较为接近遥上甲板上方形成火球袁直径约为1.5m遥8.67ms时袁1号横舱壁出现大量破孔袁多处有火光及烟雾泻出遥前舱壁外板出现明显变形袁但竖向

加强筋此时依然起到了刚性边界作用袁前舱壁尚未发生明显整体变形袁表面变形成波浪状起伏遥1号舱门已经与舱壁发生了分离袁开始飞出遥2号舱门也已经开始和舱壁发生分离袁但尚未飞出遥上甲板火球进一步变大袁直径约为1.8m遥11.17ms时袁4号横舱壁开始有火光袁表明破片侵彻了4号舱壁袁结合战斗部与4号舱壁的距离约

为8m袁计算得到平均速度约为716m/s遥表明战斗部爆炸破片侵彻多层舱壁后袁速度有了较为明显的降低遥1号舱壁开始发生整体变形袁1号横舱壁与前舱壁的交界处也开始发生变形遥前舱壁竖向加强筋开始发生弯曲变形袁板和加强筋的变形梯度减小遥此时袁上甲板火球直径增大为约2.2m遥16.17ms时袁1号横舱壁整体塑性变形基本形成遥前舱壁竖向加强筋发生更为明显的弯曲变形袁板

与竖向加强筋变形梯度进一步降低遥1号舱门与2号舱壁整体飞出袁且1号舱门位于2号舱门前方遥此时袁上甲板火球直径进一步增大约2.4m遥

0ms1.17ms

3.67ms8.67ms11.17ms16.17ms图3战斗部舱内爆炸毁伤过程Fig.3Processofwarheadinternalblast

996船舶力学第22卷第8期

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含能破片对模拟战斗部的引爆机理研究

含能破片对模拟战斗部的引爆机理研究

含能破片对模拟战斗部的引爆机理研究
本文通过对巡航导弹战斗部舱段结构和材料特性的详细分析和研究，确立了对巡航导弹战斗部舱段具有高效毁伤作用的爆炸式含能破片的设计方案，同时就该破片对巡航导弹模拟战斗部的机械毁伤和引爆毁伤两方面的机理进行了研究。

在机械毁伤方面，通过数值计算得到了破片对不同厚度的靶板和不同厚度模拟战斗部的极限穿透速度；在引爆毁伤方面，通过对大量数值计算结果的对比，得到了含能破片引爆模拟战斗部的一般规律；一系列的试验则验证了含能破片的设计方案和数值计算的结果。

在单个含能破片对模拟战斗部的引爆机理方面，通过对数值计算和试验现象与结果的分析，综合前人相关研究成果，提出了含能破片引爆巡航导弹模拟战斗部的新的机理——破片爆炸冲击波诱发热点假设。

战斗部破片毁伤能力的等级划分试验研究

战斗部破片毁伤能力的等级划分试验研究


（ 军 工程 大学 海
摘 要 ：为了合理设置舰船的轻型装 甲防护结构， 分析 了高速破片的飞散特性和穿甲性能。利用试验研究的方
法， 讨论 了典 型战斗部舱 内爆 炸环境 下 ， 高速破 片对舱壁 的毁 伤能力 ， 并将其划 分为 五个等级。对破片的毁伤能力进行等 级划分 ， 能够有效地指 导舰 船的轻型装 甲防护结构设计 ， 而可以减少舰船的毁伤 区域和人员 伤亡 ， 从 有力地保障舰船 的战
一
Ｎ（ ｍ ）＝Ｎ ｅ ｏ
ｍ ２ ｐ）
（） ３
３ 单枚 质量 在 ｍ ） 至 ｍ： 间 的累 计 数 目 Ｎ（ 之 ｍ
舱 室 内部爆 炸 ， 而 对 舰 船 结 构 和 工 作 人 员 进 行 最 大 从 程 度的 毁伤 。 战斗 部 爆 炸 后 ， 击 波 的 主 要 破 坏 效 应 冲 是摧 毁爆 炸点 附近 的人 员 、 备 和 隔舱 ， 其 作 用 范 围 设 但 较 小 ， 为装 药直径 的 １ 约 ０倍左 右 旧 。高速 破 片 对 人员 Ｊ
维普资讯
振
第２ ７卷第 ３期
动
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Ｊ ＯＵＲＮＡＬＯＦ ＶＩ ＲＡＴＩ Ｂ ＯＮ ＡＮＤ ＨＯＣＫ Ｓ
战 斗部 破 片 毁伤 能 力 的等 级 划 分试 验 研 究
李 伟， 朱 锡 ， 梅志远 ， 侯海量
船舶与动力学院 ， 武汉 ４０３ ） ３０ ３
伟 男， 博士生 ，９ ０年 １ １８ ２月生
Ｅ ＝÷ｍ ｒ
（） ７
维普资讯
振 动 与 冲 击
２０ ０ ８年第 ２ ７卷
在惯 性 力和 空 气 阻 力 的共 同作 用 下 按 一 定 规 律 飞 行 ， 直 到作用 于 装 甲板 架 上发 挥穿 甲效 能 。
战斗部侧弦攻击舰船内爆毁伤能力评估

战斗部侧弦攻击舰船内爆毁伤能力评估


１ 舰 船 毁 伤 评 估 试 验 与 仿 真
１ ． １ 舱室 简化与搭建
以导弹侧 弦攻击舱 室 战斗部 水平 内爆 进行试 验 评估 。实验 以某 型 号 舰 船 为例 ， 进行 １ ： １ 原 结 构 简 化， 以５ ｍ× ９ ｍ 主攻 击 舱 室 为 目标 ， 舰船舱壁 由 ６ ｍ ｍ Ｑ ２ ３ ５钢 板搭 建 固定 于立 柱上 ， 调 整水 平 后周 边
文献标志码
Ａ
战斗 部侵 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 ， 其 毁 伤 评估 已成 为舰 船领 域 的研究 热 点 。Ｎ ｕ ｒ ｉ ｃ ｋ等¨ Ｊ 对 爆 炸载 荷作 用下 固支 方板 的破 坏模 式进 行 了实 验 研究 ， 结果 表 明 当加 强 筋 较 弱 时板 的撕 裂 发 生 在 固 支边 界 ， 而加 强筋 较 强 时 ， 板 将 沿 加 强 筋 发 生撕 裂 。 Ｓ ｅ ｈ ｕ ｂ ａ ｋ等 采 用板 架模 型对 双 向加 筋 板 的动 力 响 应做 了较 为 系统 的理论 和 实验 研 究 。Ｃ ｈ ｕ ｎ ｇ等人 和Ｌ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ等人 ＿ ４ 对 不 同加 筋 方式 在均 布 和局 部爆 炸载 荷作 用 下 分 别 进 行 了系 列 实 验 研 究 和 数 值 模 拟， 观察 到加 筋板 各 种 形 式 下 的失 效模 式 。易 亮 等 研究 了水 面舰 船 目标 毁 伤 效 果 的评 估 指标 ； 胡 玉 涛等 研 究 了 战 斗 部 外 爆 对 舰 船 毁 伤 快 速 评 估 算 法 ６ ； 侯博等设计 了舰船毁伤效果评估 系统 Ｊ 。卢 永 刚等 报 道 了舰 船 毁 伤 仿 真 评 估 方 法 。 王继 武 等报 道 了 目标 毁 伤 等 级 确 定 及 其 毁 伤 效 果 评 估 系 统 Ｊ 。侯 海量 、 朱 锡等 ｏ － 通过 对典 型半 穿 甲导弹 打 靶 实验 中舰 艇结 构破 坏模 式 的观察 ， 结合 数 值模 拟 。 分 析 了舱 内爆 炸 载荷 的特 征 以及舱 内爆 炸下 舱 室板
二次爆炸杀伤战斗部原理的实验研究

二次爆炸杀伤战斗部原理的实验研究

二次爆炸杀伤战斗部原理的实验研究
陈进;肖川
【期刊名称】《火炸药学报》
【年(卷),期】2010(033)002
【摘要】提出了二次爆炸杀伤战斗部的概念并阐述了其相关作用原理,用实验验证了二次爆炸杀伤战斗部原理的可行性.针对选定的炸药装药,设计了二次爆炸杀伤战斗部的实验弹结构,利用高速摄影机拍摄实验弹的爆炸过程,确定二级装药在一级装药爆炸作用下是否发生XDT或DDT、测量起爆延迟时间和二级装药发生爆轰时其距初始位置的距离.结果表明,当有机玻璃隔板厚度值为50～80 mm时,二级装药发生稳定的XDT或DDT,起爆延迟时间为2 125～11 000 μs,二级装药产生的位移为252～645 mm;采用钝感炸药装药,在特定的条件下会发生起爆时间更长的爆
轰.XDT或DDT原理可应用于杀伤战斗部技术,提高杀伤破片的分布密度和速度.【总页数】5页(P45-49)
【作者】陈进;肖川
【作者单位】西安近代化学研究所,陕西,西安,710065;西安近代化学研究所,陕西,西安,710065
【正文语种】中文
【中图分类】TJ55;O381
【相关文献】
1.舱室结构在战斗部舱内爆炸作用下r毁伤特性的实验研究 [J], 李营;张磊;杜志鹏;赵鹏铎;任宪奔;方岱宁
2.战斗部舱内爆炸对舱室结构毁伤的实验研究 [J], 李伟;朱锡;梅志远;侯海量
3.偏心起爆周向多爆炸成型弹丸战斗部实验研究 [J], 李鹏;袁宝慧;孙兴昀;李刚;李吉祯
4.一种杆式周向多爆炸成型弹丸战斗部仿真及实验研究 [J], 李鹏;袁宝慧;李刚;周涛;梁争峰;孙兴昀;任新联
5.管道内瓦斯爆炸引起沉积煤粉尘二次爆炸的实验研究 [J], 胡双启;尉存娟;谭迎新因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。