高原环境爆炸冲击波传播特性的数值模拟与实验研究

摘要

本文主要对不同海拔高度下爆炸冲击波的传播规律进行研究。从一维球面爆炸空气冲击波的特性出发，分析了空气冲击波的传播变化规律。基于奥尔连科提出的云爆公式，推导至高原环境，比较在不同海拔高度下的冲击波参数（超压、超压冲量、正压作用时间）以及动压冲量的变化规律，定量给出了爆炸冲击波传播特性的高原影响程度。计算结果显示，冲击波的超压峰值随着海拔高度的增加而降低，并且随着海拔高度的增加，冲击波超压峰值下降程度加剧。冲击波正压冲量随着海拔高度的增加而降低，研究发现冲击波的正压冲量随距离增大而下降程度几乎一致。冲击波动压冲量则随着海拔高度的升高而增加。正压作用时间在近场差异不大，在远场则随着海拔高度的增加而延长，固定海拔高度，正压作用时间随着距离的增大而增大。
　　通过海拔200m和海拔4500m的静爆试验与适用于高原环境下的修正公式理论值进行分析对比，为不同海拔高度下的冲击波毁伤元的变化规律提供了试验数据支撑，证实了高原效应对爆炸冲击波传播特性的重要性。同时运用LS-DYNA和AUTO-DYN数值模拟软件还原试验场景，再现了不同海拔环境下球形装药爆炸冲击波传播的全过程，通过数值模拟结果观察到了冲击波的绕流、拐角效应、马赫反射等物理现象。静爆试验与仿真模拟的结果对比表明了数值模拟的有效性，为爆炸冲击波高原传播特性的研究进一步提高了说服力。此问题的研究对于爆炸防护及利用具有重要参考意义。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 选题的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 爆炸冲击波理论研究进展

1．2．2 爆炸冲击波试验研究进展

1．2．3 爆炸冲击波数值模拟研究进展

1．3 本文主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

2 爆炸冲击波特性研究

2．1 基本物理现象

2．2 冲击波传播规律研究

2．3 爆炸冲击波威力计算与反射理论

3 简单球面爆炸冲击波的传播规律

3．1 活塞问题的流体动力学基础

3．2 一维球面冲击波传播的计算方法

3．3 一维球面冲击波流场的计算结果

3．4 本章小结

4 不同海拔高度下爆炸冲击波参数理论计算

4．1 奥尔连科云爆公式

4．2 理论计算结果

4．2．1 冲击波超压峰值分析

4．2．2 冲击波正压冲量分析

4．2．3 冲击波正压作用时间分析

4．2．4 冲击波动压冲量分析

4．3 本章小结

5 爆炸冲击波参数高原修正式

5．1 高原环境下爆炸冲击波超压峰值修正式

5．2 高原环境下爆炸冲击波冲量与正压作用时间修正式

5．3 本章小结

6 静爆超压试验研究

6．1 测试系统

6．2 试验条件

6．3 靶场布置与试验方案

6．4 试验结果

6．4．1 平原靶场试验结果

6．4．2 高原靶场试验结果

6．5 本章小结

7 TNT球形装药爆炸场数值模拟研究

7．1 LS-DYNA有限元方法的模拟研究

7．1．1 模型与方法

7．1．2 TNT炸药材料参数与状态方程

7．1．3 空气材料参数与方程

7．1．4 200m平原爆炸场数值模拟结果

7．1．5 4500m高原爆炸场数值模拟结果

7．2 AUTO-DYN有限元方法的模拟研究

7．2．1 模型和方法

7．2．2 200m平原爆炸场数值模拟结果

7．2．3 4500m高原爆炸场数值模拟结果

7．3 本章小结

8 结论

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表的论文