基于仿真与量纲分析的不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律研究

焦晓龙 赵鹏铎 姚养无 张磊 李旭东 池海

焦晓龙, 赵鹏铎, 姚养无, 张磊, 李旭东, 池海. 基于仿真与量纲分析的不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(8): 085101. doi: 10.11883/bzyjc-2019-0438
引用本文: 焦晓龙, 赵鹏铎, 姚养无, 张磊, 李旭东, 池海. 基于仿真与量纲分析的不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律研究[J]. 爆炸与冲击, 2020, 40(8): 085101. doi: 10.11883/bzyjc-2019-0438
JIAO Xiaolong, ZHAO Pengduo, YAO Yangwu, ZHANG Lei, LI Xudong, CHI Hai. Regulation of different quantity TNT blasting in multi-cabin structure based on simulation and dimensional analysis[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(8): 085101. doi: 10.11883/bzyjc-2019-0438
Citation: JIAO Xiaolong, ZHAO Pengduo, YAO Yangwu, ZHANG Lei, LI Xudong, CHI Hai. Regulation of different quantity TNT blasting in multi-cabin structure based on simulation and dimensional analysis[J]. Explosion And Shock Waves, 2020, 40(8): 085101. doi: 10.11883/bzyjc-2019-0438

基于仿真与量纲分析的不同药量TNT内爆下多舱室结构毁伤规律研究

doi: 10.11883/bzyjc-2019-0438
详细信息
    作者简介:

    焦晓龙(1993- ),男,硕士研究生,419277865@qq.com

    通讯作者:

    赵鹏铎(1983- ),男,博士,工程师,zhaopengduo@163.com

  • 中图分类号: O383.3

Regulation of different quantity TNT blasting in multi-cabin structure based on simulation and dimensional analysis

  • 摘要: 利用流固耦合算法,模拟了不同药量TNT内爆下大尺寸多舱室结构的毁伤效应。将各舱室划分为爆炸舱、共面邻舱、共边界邻舱和共点邻舱,再划分内爆下多舱室结构的毁伤等级。通过量纲分析,研究了内爆载荷下舱壁的变形失效规律,推导了内爆下多舱室结构的无量纲毁伤数,该毁伤数考虑了内爆载荷、材料性能和作用空间等因素,最后给出快速毁伤预测方法。研究结果表明:(1)内爆下多舱室结构的毁伤特点主要表现为舱壁挠曲变形、舱壁中心冲切失效、舱壁边界撕裂;(2)舱壁挠曲变形的挠厚比δ/H和固定边界撕裂的裂缝长厚比l/H均与药量-单舱室容积比m/V有明显线性关系;(3)提出的无量纲毁伤数和快速预测方法能够反映内爆下多舱室结构的毁伤情况,可为舰船毁伤研究提供参考。
  • 图  1  多舱室结构模型和1/8模型

    Figure  1.  Whole model and 1/8 model of multi-cabin structure

    图  2  多舱室结构有限元模型

    Figure  2.  Finite element model of multi-cabin structure

    图  3  实验装置和测点布置[12]

    Figure  3.  Experimental device and pressure gauge arrangement[12]

    图  4  结构分类

    Figure  4.  Structural classification

    图  5  各种毁伤等级对应的典型毁伤情况

    Figure  5.  Typical damage situations corresponding to various damage grades

    图  6  最大挠度和裂缝长度与TNT药量的关系

    Figure  6.  Relationship of maximum deflection and tearing length with TNT charge

    图  7  内爆下多舱室结构毁伤等级预测曲线

    Figure  7.  Prediction curve of damage grade of multi-cabin structure under internal blast

    图  8  实验装置[23]

    Figure  8.  Experimental device[23]

    图  9  装置内部失效状况[23]

    Figure  9.  Device internal failure[23]

    表  1  实测压力峰值和数值模拟计算结果的对比

    Table  1.   Comparison of measured peak pressures and numerical simulation results

    测点压力峰值/MPa模拟计算
    误差/%
    实测模拟计算经验公式
    P11.1801.1530.928−2.29
    P20.1570.1710.150 8.92
    P30.4490.4710.451 4.90
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    表  2  结构分类

    Table  2.   Structural classification

    类别分类具体描述
    邻舱C1共面邻舱
    C2共边界邻舱
    C3共点邻舱
    舱壁A1共面邻舱中的外围(灰色)舱壁
    A2共面邻舱中的(绿色)舱壁
    A3共边界邻舱中的外围(蓝色)舱壁
    A4共点邻舱的所有舱壁(橙色)
    边界B1共边界邻舱和爆炸舱的共有(黄色)边界
    B2共面邻舱和共点邻舱的共有(黑色)边界
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    表  3  毁伤等级的描述

    Table  3.   Description of damage grade

    毁伤等级破损现象描述
    G1爆炸舱舱壁均向外挠曲变形,但未破损
    G2爆炸舱舱壁中心发生冲切破坏,甚至有破片飞出,残余舱壁有翻转撕裂或卷边现象;A1类舱壁向外挠曲变形,但未破损
    G3爆炸舱舱壁沿边界剪切失效后飞出;A1类舱壁的中心产生破口,甚至有破片飞出,残余舱壁发生翻转撕裂
    G4A2类舱壁沿B2类边界从靠近爆源一端向外撕裂破坏,此外A2类舱壁在垂直裂缝的方向上也有不同程度撕裂破坏;
    共点邻舱共点处的A4类舱壁均向该舱室内部塌陷挠曲变形;A3类舱壁向外挠曲变形
    G5A2类舱壁间的B1类边界从两端向中心撕裂贯穿;
    甚至在共点邻舱共点处的A4类舱壁的三面交接处发生反向撕裂,并伴随B2类边界不规则的扭曲现象
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    表  4  数值模拟结果与准静态压力经验公式结果的对比

    Table  4.   Comparison between numerical simulation results and quasi-static pressure empirical formula results

    m/kgpqs/MPa相对误差/%
    Carlson公式数值模拟
    202.3642.210–6.51
    300.6780.651–3.98
    400.8810.815–7.49
    601.2191.104–9.43
    801.5641.526–2.43
    1302.4142.266–6.13
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-11-18
  • 修回日期:  2020-03-28
  • 网络出版日期:  2020-07-25
  • 刊出日期:  2020-08-01

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