水下爆炸冲击波载荷作用下冰层破碎特性及其影响因素

王莹 肖巍 姚熊亮 秦业志

王莹, 肖巍, 姚熊亮, 秦业志. 水下爆炸冲击波载荷作用下冰层破碎特性及其影响因素[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(7): 073103. doi: 10.11883/bzycj-2018-0141
引用本文: 王莹, 肖巍, 姚熊亮, 秦业志. 水下爆炸冲击波载荷作用下冰层破碎特性及其影响因素[J]. 爆炸与冲击, 2019, 39(7): 073103. doi: 10.11883/bzycj-2018-0141
WANG Ying, XIAO Wei, YAO Xiongliang, QIN Yezhi. Fragmentation of ice cover subjected to underwater explosion shock wave load and its influence factors[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(7): 073103. doi: 10.11883/bzycj-2018-0141
Citation: WANG Ying, XIAO Wei, YAO Xiongliang, QIN Yezhi. Fragmentation of ice cover subjected to underwater explosion shock wave load and its influence factors[J]. Explosion And Shock Waves, 2019, 39(7): 073103. doi: 10.11883/bzycj-2018-0141

水下爆炸冲击波载荷作用下冰层破碎特性及其影响因素

doi: 10.11883/bzycj-2018-0141
基金项目: 国家自然科学基金(51509228,51779056)
详细信息
    作者简介:

    王 莹(1990- ),女,博士研究生,wangying1990@hrbeu.edu.cn

    通讯作者:

    肖 巍(1988- ),男,博士,讲师,wxiao@hrbeu.edu.cn

  • 中图分类号: O382.1

Fragmentation of ice cover subjected to underwater explosion shock wave load and its influence factors

  • 摘要: 水下爆炸破冰是复杂的爆破工程,为了研究冰层在水下爆炸冲击波载荷作用下的破碎特性及规律,利用几何动力分析软件LS-DYNA对水下爆炸破冰的过程进行数值模拟,并将计算结果与实验结果进行对比,误差在8%以内,验证了数值模型的有效性。根据本文中的建模方法及建立的模型,计算不同的实验工况:实验场地环境不变,调整爆距分析不同爆距下冰层破碎特性;调整药量、爆距和冰厚,通过正交设计方法设计9组实验方案,应用灰色系统理论对3种因素进行分析,建立了各个因素与破冰半径之间的灰色关联度系数及灰色关联度。分析结果表明:药量为100 g,冰厚为29 cm,水深为2.9 m,爆距范围为0.3~1.5 m破冰的半径范围为0~1.1 m,最佳爆距范围在0.3~0.45 m之间;根据以上9种工况的分析可知,药量(100、200、300 g)、爆距(0.3、0.6、0.9 m)和冰厚(24、28、32 cm)对破冰半径的影响的主次关系依次为爆距、药量、冰厚。
  • 图  1  水下爆炸过程

    Figure  1.  Underwater explosion

    图  2  覆冰水下爆炸冲击波路径

    Figure  2.  Shock wave paths for an underwater explosion with overlying ice

    图  3  冰层破碎图

    Figure  3.  Ice cover fragment

    图  4  实验爆破前

    Figure  4.  Experiment sife

    图  5  冰层水压力云图

    Figure  5.  Water pressure contour of ice cover

    图  6  冰层破坏图

    Figure  6.  Ice cover fragment

    图  7  爆距对破冰的影响

    Figure  7.  Diameter of ice breaking holdversus denonation distance

    表  1  数值模拟中的材料模型和状态方程

    Table  1.   Material models and equation of statefor numerical simulation

    材料 本构模型 状态方程
    炸药 MAT_HIGH_EXPLOSIVE_BURN JWL
    MAT_NULL Grüneisen
    MAT_ISOTROPIC_ELASTIC_FAILURE
    土壤 MAT_ NULL LINER_POLYNOMAL
    空气 MAT_ NULL LINER_POLYNOMAL
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    表  2  正交试验因素水平

    Table  2.   Factor level of orthogonal experiment

    水平 X1/g X2/m X3/m
    1 100 0.3 0.24
    2 200 0.6 0.28
    3 300 0.9 0.32
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    表  3  正交试验设计方案

    Table  3.   Factor level of orthogonal experiment

    工况 X1/g X2/m X3/m
    1 100 0.3 0.24
    2 100 0.6 0.28
    3 100 0.9 0.32
    4 200 0.3 0.32
    5 200 0.6 0.24
    6 200 0.9 0.28
    7 300 0.3 0.28
    8 300 0.6 0.32
    9 300 0.9 0.24
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    表  4  正交试验各序列区域值

    Table  4.   Sequences region value of orthogonal experiment

    工况 x1 x2 x3 y
    1 0 0 0 0.112
    2 0 0.5 0.5 0.557
    3 0 1.0 1.0 0.447
    4 0.5 0 1.0 0.223
    5 0.5 0.5 0 1.000
    6 0.5 1.0 0.5 0.223
    7 1.0 0 0.5 0.111
    8 1.0 0.5 1.0 0
    9 1.0 1.0 0 0.668
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    表  5  不同因素在不同水平下对破冰半径的关联度系数及关联度

    Table  5.   Gray relational degrees and gray incidence coefficients between radius ofbreaking ice breaking hole and different factors at different levels

    工况 关联度系数
    药量X1 爆距X2 冰厚X3
    1 0.940 0.970 0.940
    2 0.632 1.000 1.000
    3 0.687 0.633 0.633
    4 0.796 0.834 0.543
    5 0.659 0.659 0.476
    6 0.796 0.543 0.796
    7 0.507 0.94 0.721
    8 0.476 0.659 0.476
    9 0.757 0.757 0.584
    关联度 0.694 0.774 0.685
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-04-26
  • 修回日期:  2018-07-13
  • 网络出版日期:  2019-07-25
  • 刊出日期:  2019-07-01

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