兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (4): 929-939.doi: 10.12382/bgxb.2022.1220
胡榕1(), 姜春兰1,*(
), 卢广照2, 王在成1, 毛亮1
收稿日期:
2022-12-05
上线日期:
2023-04-28
通讯作者:
作者简介:
胡榕(1996—), 女, 博士研究生,研究方向为弹药战斗部工程与高效毁伤技术。E-mail: bithr96@163.com
HU Rong1(), JIANG Chunlan1,*(
), LU Guangzhao2, WANG Zaicheng1, MAO Liang1
Received:
2022-12-05
Online:
2023-04-28
摘要:
针对反跑道弹药战斗部对机场跑道内爆毁伤效应评估的需求,为系统开展机场跑道在装药内爆载荷作用下的毁伤效应研究与构建工程函数模型,在量纲分析的基础上开展不同装药质量、不同装药埋深下的机场跑道内爆毁伤实验和数值仿真,探究装药量和装药埋深对机场跑道毁伤形态以及毁伤场参数的影响规律。研究结果表明:装药量一定时,有效毁伤半径Red随装药埋深的增加呈先增大、后减小的趋势;装药埋深一定时,毁伤效应参量随装药量的增加而增大;装药量和装药埋深的最适匹配可达到理想的毁伤效果。基于实验与数值仿真研究获得的弹坑形态和裂纹特征与跑道内爆炸作用机理分析,提出将毁伤模式和毁伤场特征参量相结合的评估方法来有效表征多层混凝土介质内爆毁伤效应,采用敞坑、隆起和隐坑3种毁伤模式来描述跑道的破坏形态,采用特征参量弹坑半径Rc、有效毁伤半径Red、最大爆腔半径Ric,以及弹坑深度H定量描述跑道内爆毁伤场区域;结合大量仿真和实验数据拟合得到机场跑道内爆毁伤模式和毁伤场特征参量的工程化函数模型,可对机场跑道内爆毁伤效应进行快速预测。
胡榕, 姜春兰, 卢广照, 王在成, 毛亮. 机场跑道内爆炸毁伤效应及工程化函数模型[J]. 兵工学报, 2023, 44(4): 929-939.
HU Rong, JIANG Chunlan, LU Guangzhao, WANG Zaicheng, MAO Liang. Damage Effects and Engineering Computational Model of Internal Explosion of Airfield Runway[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(4): 929-939.
实验方案 | 装药量/kg | 装药埋深/cm |
---|---|---|
1 | 2 | 43 |
2 | 2 | 53 |
3 | 3 | 53 |
表1 材料参数标定实验方案
Table 1 Experiments for material parameter calibration
实验方案 | 装药量/kg | 装药埋深/cm |
---|---|---|
1 | 2 | 43 |
2 | 2 | 53 |
3 | 3 | 53 |
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ0/(g·cm-3) | 2.525 | E/GPa | 20.68 |
Y/MPa | 48 | v | 0.18 |
Kic/(MPa·m1/2) | 2.74 | k | 0.1077 |
m | 6 | Fs | 0.5 |
Fd | 0.5 |
表2 混凝土材料参数
Table 2 Material parameters of concrete
参数 | 数值 | 参数 | 数值 |
---|---|---|---|
ρ0/(g·cm-3) | 2.525 | E/GPa | 20.68 |
Y/MPa | 48 | v | 0.18 |
Kic/(MPa·m1/2) | 2.74 | k | 0.1077 |
m | 6 | Fs | 0.5 |
Fd | 0.5 |
实验方案 | 实验结果 | 仿真结果 |
---|---|---|
1 | | |
2 | | |
3 | | |
表3 参数标定实验与仿真毁伤效果对比
Table 3 Damage results obtained by experiments and simulations
实验方案 | 实验结果 | 仿真结果 |
---|---|---|
1 | | |
2 | | |
3 | | |
装药埋深/cm | 装药量/kg | |||
---|---|---|---|---|
2 | 3 | 4 | 5 | |
43 | | | | |
53 | | | | |
63 | | | | |
73 | | | | |
表4 跑道内爆炸实验结果
Table 4 Results of runway internal explosion experiments
装药埋深/cm | 装药量/kg | |||
---|---|---|---|---|
2 | 3 | 4 | 5 | |
43 | | | | |
53 | | | | |
63 | | | | |
73 | | | | |
装药量 w/kg | h/ cm | Rc/ cm | Red/ cm | Ric/ cm | H/ cm | 毁伤 模式 | 数据 来源 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
43 | 84 | 84 | 86 | 96 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 82 | 82 | 72 | 104 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 74 | 74 | 120 | 116 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 72 | 76 | 118 | 116 | 敞坑 | 仿真 | |
2 | 63 | 60 | 60 | 106 | 120 | 隆起 | 实验 |
68 | 62 | 74 | 106 | 122 | 隆起 | 仿真 | |
73 | 10 | 10 | 100 | 128 | 隐坑 | 实验 | |
78 | 18 | 20 | 96 | 140 | 隐坑 | 仿真 | |
88 | 12 | 12 | 62 | 150 | 隐坑 | 仿真 | |
98 | 8 | 8 | 54 | 156 | 隐坑 | 仿真 | |
43 | 100 | 142 | 98 | 96 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 100 | 130 | 98 | 110 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 136 | 164 | 140 | 108 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 132 | 168 | 104 | 134 | 敞坑 | 仿真 | |
3 | 63 | 158 | 168 | 150 | 126 | 敞坑 | 实验 |
68 | 130 | 166 | 144 | 132 | 隆起 | 仿真 | |
73 | 105 | 156 | 135 | 138 | 隆起 | 实验 | |
78 | 98 | 94 | 122 | 150 | 隐坑 | 仿真 | |
88 | 50 | 50 | 114 | 150 | 隐坑 | 仿真 | |
98 | 40 | 40 | 96 | 160 | 隐坑 | 仿真 | |
43 | 136 | 164 | 140 | 124 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 142 | 154 | 136 | 112 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 157 | 164 | 140 | 126 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 140 | 168 | 142 | 132 | 敞坑 | 仿真 | |
4 | 63 | 172 | 172 | 140 | 138 | 敞坑 | 实验 |
68 | 172 | 186 | 138 | 146 | 隆起 | 仿真 | |
73 | 176 | 198 | 132 | 132 | 隆起 | 实验 | |
78 | 92 | 156 | 124 | 154 | 隆起 | 仿真 | |
88 | 64 | 64 | 122 | 158 | 隐坑 | 仿真 | |
98 | 42 | 42 | 116 | 160 | 隐坑 | 仿真 | |
43 | 150 | 130 | 94 | 124 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 164 | 192 | 144 | 112 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 165 | 132 | 130 | 124 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 168 | 202 | 128 | 128 | 敞坑 | 仿真 | |
5 | 63 | 196 | 196 | 136 | 118 | 敞坑 | 实验 |
68 | 172 | 206 | 142 | 146 | 敞坑 | 仿真 | |
73 | 170 | 238 | 150 | 122 | 隆起 | 实验 | |
78 | 130 | 162 | 136 | 158 | 隆起 | 仿真 | |
88 | 84 | 168 | 150 | 158 | 隆起 | 仿真 | |
98 | 68 | 68 | 152 | 164 | 隐坑 | 仿真 |
表5 不同装药埋深下的毁伤参量及毁伤模式
Table 5 Damage parameters and damage modes with different buried depth levels of charges
装药量 w/kg | h/ cm | Rc/ cm | Red/ cm | Ric/ cm | H/ cm | 毁伤 模式 | 数据 来源 |
---|---|---|---|---|---|---|---|
43 | 84 | 84 | 86 | 96 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 82 | 82 | 72 | 104 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 74 | 74 | 120 | 116 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 72 | 76 | 118 | 116 | 敞坑 | 仿真 | |
2 | 63 | 60 | 60 | 106 | 120 | 隆起 | 实验 |
68 | 62 | 74 | 106 | 122 | 隆起 | 仿真 | |
73 | 10 | 10 | 100 | 128 | 隐坑 | 实验 | |
78 | 18 | 20 | 96 | 140 | 隐坑 | 仿真 | |
88 | 12 | 12 | 62 | 150 | 隐坑 | 仿真 | |
98 | 8 | 8 | 54 | 156 | 隐坑 | 仿真 | |
43 | 100 | 142 | 98 | 96 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 100 | 130 | 98 | 110 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 136 | 164 | 140 | 108 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 132 | 168 | 104 | 134 | 敞坑 | 仿真 | |
3 | 63 | 158 | 168 | 150 | 126 | 敞坑 | 实验 |
68 | 130 | 166 | 144 | 132 | 隆起 | 仿真 | |
73 | 105 | 156 | 135 | 138 | 隆起 | 实验 | |
78 | 98 | 94 | 122 | 150 | 隐坑 | 仿真 | |
88 | 50 | 50 | 114 | 150 | 隐坑 | 仿真 | |
98 | 40 | 40 | 96 | 160 | 隐坑 | 仿真 | |
43 | 136 | 164 | 140 | 124 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 142 | 154 | 136 | 112 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 157 | 164 | 140 | 126 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 140 | 168 | 142 | 132 | 敞坑 | 仿真 | |
4 | 63 | 172 | 172 | 140 | 138 | 敞坑 | 实验 |
68 | 172 | 186 | 138 | 146 | 隆起 | 仿真 | |
73 | 176 | 198 | 132 | 132 | 隆起 | 实验 | |
78 | 92 | 156 | 124 | 154 | 隆起 | 仿真 | |
88 | 64 | 64 | 122 | 158 | 隐坑 | 仿真 | |
98 | 42 | 42 | 116 | 160 | 隐坑 | 仿真 | |
43 | 150 | 130 | 94 | 124 | 敞坑 | 实验 | |
48 | 164 | 192 | 144 | 112 | 敞坑 | 仿真 | |
53 | 165 | 132 | 130 | 124 | 敞坑 | 实验 | |
58 | 168 | 202 | 128 | 128 | 敞坑 | 仿真 | |
5 | 63 | 196 | 196 | 136 | 118 | 敞坑 | 实验 |
68 | 172 | 206 | 142 | 146 | 敞坑 | 仿真 | |
73 | 170 | 238 | 150 | 122 | 隆起 | 实验 | |
78 | 130 | 162 | 136 | 158 | 隆起 | 仿真 | |
88 | 84 | 168 | 150 | 158 | 隆起 | 仿真 | |
98 | 68 | 68 | 152 | 164 | 隐坑 | 仿真 |
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