结构内部爆炸冲击波载荷的相似特性

发布时间：2021-11-21 15:18

　　为验证空气中Hopkinson爆炸相似律在结构内爆条件下的适用性,在总结了国内外关于结构内部爆炸载荷常用模型及经典爆炸相似律基础上,利用LS-DYNA软件模拟分析了典型箱体结构内爆冲击波传播特性,并对3种几何相似箱体内典型位置的压力峰值与冲量值进行了对比。结果表明,内爆载荷具有多峰值与作用时间长的特点,其在箱体壁板中心位置压力峰值与冲量值均满足Hopkinson爆炸相似律,但在箱体棱、角等冲击波相互影响作用区域不满足Hopkinson相似律;不同尺寸箱体角隅位置压力峰值差异大于20%,差异随着箱内结构部位的复杂度增加呈现增大趋势;角隅处冲量值与相似比条件下的计算值误差约为1%,明显小于压力峰值差异。 

【文章来源】：火炸药学报. 2019,42(06)北大核心EICSCD

【文章页数】：6 页

【图文】：

立方体内壁面压力载荷模型

霍普金森1915年最早提出了Hopkinson比例定律,也叫立方根比例定律,如图2所示。立方根比例定律指出:如果两块同种炸药,装药的几何形状彼此相似,尺寸不同,在相同大气中爆炸时,在相同的比例距离 Ζ=R W 3 处就会产生相似的爆炸波,其中R为空间距离,W为炸药的当量。Hopkinson比例定律表明,在无约束的大气中爆炸时,产生的爆炸载荷相似,但是在结构内部的约束环境下,其爆炸载荷是否还相似尚未见相关文献报道。本研究拟利用数值模拟方法对这一问题进行分析。

文献[9]报道了箱形结构内爆实验,并给出了典型位置的内爆载荷压力—时程曲线。本实验参考文献[9]建立模型,模型长1250mm、宽750mm、高625mm,材料为Q235钢。装药采用晶态TNT,悬挂在模型中心,装药质量分别为18g和33g,密度为1.61g/cm3。依据实验,利用对称性建立1/2结构模型,如图3所示。基于映射网格划分材料单元,钢箱采用SHELL163壳单元类型;炸药、空气采用SOLID164八节点实体单元类型。炸药和空气网格采用任意拉格朗日欧拉算法,钢箱网格采用拉格朗日算法。在模型对称面上施加对称边界约束,在空气边界施加无反射边界条件。TNT炸药采用高能爆轰模型(MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN)和JWL状态方程,密度取1.61g/cm3,其他参数见文献[16,18]。空气采用空物质材料模型(MAT_NULL)和线性多项式状态方程(EOS_LINEAR_POLYNOMIAL),密度取为1.293×10-3g/cm3。钢箱采用Johnson-Cook材料模型和GRUNEISEN状态方程,该模型可描述金属材料的大变形、高应变率及温度效应等[18-19],钢材料模型及状态方程参数见表1。

【参考文献】：
期刊论文
[1]地下建筑内爆炸冲击波荷载分布规律研究[J]. 邬玉斌,田宇隆,张斌.  武汉理工大学学报. 2012(09)
[2]舱内爆炸冲击载荷特性实验研究[J]. 侯海量,朱锡,李伟,梅志远.  船舶力学. 2010(08)



本文编号：3509751