论文部分内容阅读
密闭结构内爆炸冲击波流场及其冲击波传播规律特征相比空气自由场中的要复杂的多,其内壁载荷的分布特征也随之变得更复杂。在军事建筑和实际生活中,存在舰船舱室、地下指挥所、地下防御场所等大量的扁平结构,这类扁平结构一个方向的尺寸远小于其他两个方向的尺寸。研究这类结构中爆炸发生后冲击波传播规律,为内壁载荷分布特征计算提供理论依据,进而为其防护设计提供参考,具有重要的理论研究意义和实际应用价值。本文通过扁平长方体装置内爆炸试验,分析了密闭结构内爆炸冲击波的传播规律和壁面载荷分布规律;同时在内爆炸试验的基础上利用LS-DYNA软件进行了不同工况下扁平长方体空间内爆炸的数值模拟,并结合冲击波传播理论对实验和数值模拟结果进行了定性和定量的分析。本文的主要研究内容以及结论如下:(1)在已有冲击波传播理论的基础上,开展了扁平长方体密闭空间内爆炸试验,得到不同药量不同装药位置下各测点的超压时程曲线,分析得出:测点的超压时程曲线不再是单峰脉冲,而是呈现多峰性,首个超压峰值不再是最大,具有周期性的宏观脉动现象。在角隅和棱线附近超压衰减缓慢,作用时间增加。同时在某些测点首峰后又紧接着出现一个脉冲起跳,呈现出典型的双峰结构。由于上下壁面反射增强作用,这些测点在进行经验公式估算时,会出现实测值约为目前经验公式估算值的2倍。(2)在试验的基础上,利用LS-DYNA软件对炸药在扁平长方体空间的内爆模拟,再现了冲击波在密闭空间形成和反射叠加以及追赶的过程。同时利用实验数据标定各种仿真参数,模拟计算了不同药量不同装药位置上各测点的超压时程曲线.从冲击波传播传播以及反射叠加角度,分析不同路径下各测点的超压时程曲线,同时考虑了药量改变和装药的位置变化对冲击波传播规律的影响。计算结果表明:冲击波的压力在某些路径并没有随着距离的增加而逐渐下降,而是入射压力先下降后上升。同时某些测点的超压曲线也出现了和实验观察到的时间间隔很短的双峰结构,随着距离增大双峰结构消失。对于棱线附近的测点,冲击波由于多个壁面的约束,更加容易发生叠加汇聚,使得传播相同距离后衰减的幅值更小。在装药位置发生改变时,尤其炸药在角隅处爆炸时,在相同药量下冲击波传播到相同距离测点时的入射超压会是其他起爆位置处的几倍。通过冲击波在整个扁平结构的传播压力云图,发现冲击波由于上下壁面的反射增强作用,反射冲击波会逐渐追赶上入射冲击波,追赶上又经历一个动态的超越和平衡之后,后期以近似平面波的形式向前传播。(3)开展了扁平结构冲击波传播的理论分析,结合实验和数值模拟结果,确定了冲击波在传播过程的增强机制为上下壁面的马赫反射叠加机制,并建立了扁平结构中冲击波马赫反射叠加理论,理论计算结果与实验以及数值模拟结果符合较好。