混凝土/土双层介质中爆炸毁伤效应研究

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在国防和国民经济建设中很多领域涉及地下爆炸问题如钻地弹爆炸毁伤、地下军火库的设计、矿山开采和隧道开挖等。炸药在地下爆炸是能量迅速释放的过程,爆炸产生的冲击波和爆轰膨胀产物瞬时作用在周围介质,使得地下和地表结构受到冲击并发生破坏。因此研究地下爆炸毁伤效应及其破坏机理,为国防工业和国民经济建设中的地下爆炸问题提供理论参考,具有较大的科学研究意义和工程应用价值。本文根据爆炸理论设计了混凝土/土双层介质靶,开展了炸药在不同深度的爆炸毁伤实验,研究了地下爆炸的毁伤机理,建立了双层靶爆炸毁伤数值计算模型,分析了爆炸深度、混凝土厚度和药量对爆炸毁伤效应的影响。具体如下:(1)根据脆性材料在冲击波作用下的破坏理论,设计了混凝土/土壤双层介质靶体,制定了爆炸毁伤实验方案,开展了不同深度下的爆炸毁伤实验,得到了爆炸冲击波和爆轰膨胀产物作用下的破坏模式,分析了应力波和爆炸产物在毁伤效应中所起的作用。(2)基于实验工况和流固耦合原理,建立了混凝土/土双层介质流固耦合数值计算模型,采用ALE算法研究了实验工况下的爆炸毁伤破坏模式,并与实验结果对比验证,得到了爆炸毁伤过程中应力变化曲线,结合实验结果,分析了爆炸毁伤过程中的破坏机理。(3)开展了混凝土/土双层介质中爆炸毁伤效应的参量化数值计算分析,分析了混凝土厚度、埋深和药量对混凝土/土双层介质爆炸毁伤效应的影响。结果表明,混凝土靶面产生的粉碎区半径随混凝土厚度和炸药埋深的增加而减小,随炸药药量的增加而增大;作用在混凝土板下表面的应力波幅值受混凝土层厚度影响较小,随炸药埋深的增大而减小,随炸药药量增加而增大。
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