兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (12): 3851-3861.doi: 10.12382/bgxb.2023.0021
所属专题: 爆炸冲击与先进防护
夏柳1, 武伟超1,*(), 潘艾刚1, 王亚飞1, 王强1, 闫伸2
收稿日期:
2023-01-09
上线日期:
2023-12-30
通讯作者:
XIA Liu1, WU Weichao1,*(), PAN Aigang1, WANG Yafei1, WANG Qiang1, YAN Shen2
Received:
2023-01-09
Online:
2023-12-30
摘要:
为获得三点阵列接触爆炸的毁伤规律及增益效果,开展钢筋混凝土梁三点阵列接触爆炸、单点接触爆炸试验和数值模拟研究。观测在相同总装药量下的局部破坏特征,分析在不同毁伤模式下对局部毁伤效应的影响。研究结果表明:总装药量相同时,三点阵列爆炸过程中多个爆炸压缩波在梁构件内部传播并发生耦合增强效应,有效提升破坏威力,构件发生正面成坑、侧面崩落、背面震塌和截面冲切4种局部破坏模式,而单点毁伤模式仅发生正面成坑、侧面崩落和背面震塌3种局部破坏模式;结合有限元仿真结果,发现在一定范围内,随着炸药之间距离的降低,梁跨中的毁伤深度越大但迎爆面的损伤面积减小,随着炸药数量的增加,其迎爆面的损伤面积增大,但损伤深度相应的减小,这表明在接触爆炸载荷作用下,钢筋混凝土梁的破坏不仅与装药阵列距离和装药数量有关,还与阵列中单体装药的质量有关;研究成果可为钢筋混凝土梁的高效毁伤和提高爆炸能量利用率的研究提供一定的参考。
中图分类号:
夏柳, 武伟超, 潘艾刚, 王亚飞, 王强, 闫伸. 单点及三点阵列毁伤模式对钢筋混凝土梁的毁伤效能比较[J]. 兵工学报, 2023, 44(12): 3851-3861.
XIA Liu, WU Weichao, PAN Aigang, WANG Yafei, WANG Qiang, YAN Shen. A Comparison of Damage Effectivenesses of Reinforced Concrete Beams by Single-point and Three-point Array Damage Patterns[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(12): 3851-3861.
工况 编号 | 爆炸 方式 | 放置 位置 | 炸药 数量/颗 | 单节点装 药量/kg | 药间 距/mm | 起爆 方式 |
---|---|---|---|---|---|---|
梁1 | 接触 | 顶部 | 1 | 1.5 | 单点起爆 | |
梁2 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 200 | 同时起爆 |
表1 钢筋混凝土梁试验工况
Table 1 Test conditions of reinforced concrete beams
工况 编号 | 爆炸 方式 | 放置 位置 | 炸药 数量/颗 | 单节点装 药量/kg | 药间 距/mm | 起爆 方式 |
---|---|---|---|---|---|---|
梁1 | 接触 | 顶部 | 1 | 1.5 | 单点起爆 | |
梁2 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 200 | 同时起爆 |
编号 | 爆炸 坑深 度/mm | 混凝土 最大 破坏 长度/mm | 跨中 位移/ mm | 迎爆面 钢筋最 大水平 位移/mm | 迎爆面 钢筋最 大纵向 位移/mm | 暴露 箍筋 数量/ 根 |
---|---|---|---|---|---|---|
梁1 | 270 | 960 | 32 | 80 | 45 | 4 |
梁2 | 400(贯穿) | 1100 | 197 | 346 | 148 | 7 |
表2 破坏特征对比
Table 2 Comparison of damage characteristics
编号 | 爆炸 坑深 度/mm | 混凝土 最大 破坏 长度/mm | 跨中 位移/ mm | 迎爆面 钢筋最 大水平 位移/mm | 迎爆面 钢筋最 大纵向 位移/mm | 暴露 箍筋 数量/ 根 |
---|---|---|---|---|---|---|
梁1 | 270 | 960 | 32 | 80 | 45 | 4 |
梁2 | 400(贯穿) | 1100 | 197 | 346 | 148 | 7 |
材料 | 本构模型 | 输入参数 | 数值 |
---|---|---|---|
泊松比 | 0.2 | ||
混凝土 | *MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3(MAT_72) | 密度/(g·cm-3) | 2.4 |
混凝土强度/MPa | 31 | ||
泊松比 | 0.3 | ||
纵筋 | *MAT_PLASTIC_KINEMATIC(MAT_003) | 杨氏模量/GPa | 200 |
屈服应力/MPa | 450 | ||
极限应变 | 0.1 | ||
泊松比 | 0.3 | ||
箍筋 | *MAT_PLASTIC_KINEMATIC(MAT_003) | 杨氏模量/GPa | 200 |
屈服应力/MPa | 400 | ||
极限应变 | 0.1 | ||
密度/(g·cm-3) | 1.695 | ||
炸药 | *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN(MAT_008) | 爆速/(m·s-2) | 8300 |
爆压/GPa | 30 |
表3 数值模拟材料模型及参数
Table 3 Numerical simulation material model and parameters
材料 | 本构模型 | 输入参数 | 数值 |
---|---|---|---|
泊松比 | 0.2 | ||
混凝土 | *MAT_CONCRETE_DAMAGE_REL3(MAT_72) | 密度/(g·cm-3) | 2.4 |
混凝土强度/MPa | 31 | ||
泊松比 | 0.3 | ||
纵筋 | *MAT_PLASTIC_KINEMATIC(MAT_003) | 杨氏模量/GPa | 200 |
屈服应力/MPa | 450 | ||
极限应变 | 0.1 | ||
泊松比 | 0.3 | ||
箍筋 | *MAT_PLASTIC_KINEMATIC(MAT_003) | 杨氏模量/GPa | 200 |
屈服应力/MPa | 400 | ||
极限应变 | 0.1 | ||
密度/(g·cm-3) | 1.695 | ||
炸药 | *MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN(MAT_008) | 爆速/(m·s-2) | 8300 |
爆压/GPa | 30 |
工况 种类 | 编号 | 接触 方式 | 炸药 位置 | 炸药数 量/颗 | 单节点装 药量/kg | 各爆点 距离/m |
---|---|---|---|---|---|---|
试验工况 | L1 | 接触 | 顶部 | 1 | 1.5 | |
L2 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 0.2 | |
C1 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 0.1 | |
数值模拟 | C2 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 0.3 |
C3 | 接触 | 顶部 | 2 | 0.75 | 0.2 | |
C4 | 接触 | 顶部 | 5 | 0.3 | 0.2 |
表4 钢筋混凝土梁试验与数值模拟工况
Table 4 Experiment and numerical simulation conditions of reinforced concrete beam
工况 种类 | 编号 | 接触 方式 | 炸药 位置 | 炸药数 量/颗 | 单节点装 药量/kg | 各爆点 距离/m |
---|---|---|---|---|---|---|
试验工况 | L1 | 接触 | 顶部 | 1 | 1.5 | |
L2 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 0.2 | |
C1 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 0.1 | |
数值模拟 | C2 | 接触 | 顶部 | 3 | 0.5 | 0.3 |
C3 | 接触 | 顶部 | 2 | 0.75 | 0.2 | |
C4 | 接触 | 顶部 | 5 | 0.3 | 0.2 |
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